Julio 2010 • Nº 23 • Infraestructura Vial32 Mezclas con asfaltos modificados en la República de Panamá Pavimentos asfálticos Resumen Las especificaciones técnicas del Ministerio de Obras Públicas de Panamá, en su capítulo 24, consideran la ejecución y control de calidad de las “carpetas de hormigón asfáltico”. Dentro de este capítulo se incluyen las carpetas de hormigón asfáltico realizadas con asfalto modificado. El presente trabajo de colaboración entre Argentina y Panamá pretende mostrar la revisión realizada a estas especificaciones técnicas, dada la aparición de las primeras obras con asfalto modificado en la República de Panamá. Las exigencias de dichas especificaciones se revisan durante el año 2008, con el objeto de fijar una metodología que permita valorar al ligante asfáltico, la adherencia árido ligante y las prestaciones de este tipo de mezclas, tratando de incorporar límítes en las especificaciones que sean acordes al tipo de asfalto que importa Panamá y a los áridos de la región, los cuales presentan valores, en muchos casos, de altas porosidades y elevados desgastes. Además muestra el plan de modernización en los laboratorios de control de calidad del MOP, para hacer frente al cumplimiento de las especificaciones, debido a que este organismo se constituye en la autoridad de fiscalización de dichas obras. También se muestra como estas acciones deben ir acompañadas de un plan de capacitación de todos los actores del control y ejecución de las obras Palabras clave: Especificaciones de carreteras en Panamá, mezcla con asfalto modificado, control de calidad de mezcla asfáltica, laboratorio de ensayo, diseño de mezcla asfáltica. Abstract Chapter 24th, of road construction specifications of the Ministry of Public Works in Panama (MOP), deals with asphalt mix construction and design requirements, including mixes using modified asphalts. This article presents the technical specifications review for modified asphalt mixes, under a cooperation agreement between Panama and Argentina, given that Panama is starting to use this mix type in recent projects. The specs review was performed in 2008 to define the methodology to evaluate the asphalt binder, the aggregate- asphalt adhesion requirements and the expected performance of modified asphalt mixes, using the properties of typical imported asphalt in Panama and the local aggregates. The aggregates in Panama usually have high porosity values and high abrasion losses after tested. This article also shows the updating process for quality control laboratories facilities in MOP Panama, to deal with the new requirements for controlling modified asphalt mixes, since this laboratory has the mission of executing technical supervision of public works. It is also shown that these actions must be supported by a comprehensive training program for all people involved in road construction quality control and supervision. Fecha de recepción: Febrero del 2010 Fecha de aprobación: Junio del 2010 Mgt. Ing. H. Gerardo Botasso LEMaC. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata. lemac@frlp.utn.edu.ar Ing. Julián Sanjur y Inga. Alba Bravo Ministerio de Obras Públicas Ciudad de Panamá. jsanjur@mop.gba.pa Key words: Panama road specifications, modified asphalt mix, asphalt mix quality control, laboratory testing, mix designs. 1. INTRODUCCIÓN La provisión de ligante asfáltico en la República de Panamá, es producto de la importación desde la República de Venezuela, la cual se realiza frente a los requerimientos de la demanda nacional. El gobierno de Panamá es el encargado de la importación. Los envíos del ligante asfáltico se realizan en buques por el océano Pacífico. Antes de proceder a la distribución del ligante asfáltico, el gobierno de Panamá, a través del Laboratorio de Materiales del Ministerio de Obras Públicas de la Nación realiza los controles de calidad que permitan garantizar la calidad del producto y por ende la durabilidad de las obras viales en las que el mismo se utiliza. El producto controlado es comercializado por Refinería Panamá S.A. Las mezclas asfálticas en caliente que se ejecutan en Panamá, se desarrollan en el Capítulo Nº 24 de las Especificaciones Técnicas Nacionales denominado “Carpetas de hormigón asfáltico”. En este capítulo se desarrollan las exigencias a cumplir por las mezclas en caliente con asfalto convencional y con asfalto modificado con polímeros. La durabilidad de las capas de rodamiento asfálticas en Panamá ha sido en general baja, observándose fenómenos de desintegración que se podrían asignar a una combinación de: • Condiciones ambientales extremas: altas temperaturas y elevada humedad ambiente, jugando a favor la homogeneidad de estas variables a lo largo del día y del ciclo invierno-verano. • Elevadas cargas que circulan por la red principal: la actividad comercial del país es intensa con el mercado centroamericano, al cual lo conecta con el canal, que el país explota desde el año 2000. Se observan Infraestructura Vial • Nº 23 • Julio 2010 33 configuraciones de ejes de camiones de gran porte y deficiente control de cargas. • Tecnología de la fabricación: se dispone de plantas asfálticas distribuidas en todo el país, con disímil tecnología según la región. Se observa menor disponibilidad en la región de Darién que limita con Colombia, siendo una de las regiones con menor densidad de rutas por kilómetro cuadrado. Las especificaciones son incompletas en cuanto a las exigencias a fin de uniformizar criterios de aceptación en las diferentes obras. • Los áridos son en general un verdadero problema en muchas regiones de Panamá, principalmente por el elevado valor de desgaste “Los Ángeles”, el valor alto de su absorción y por la tecnología dispar de trituración que produce áridos de forma achatada y elongada. • El ligante asfáltico no se caracteriza en forma completa, en las variables de composición química, su comportamiento reológico y físico mecánico. Delimitar las variables de envejecimiento que permitan monitorear la manipulación del mismo. • Criterios de afinidad de árido ligante. Suceptibilidad al agua, adherencia. Completar, validar y exigir criterios de diseño de las mezclas asfálticas en caliente en las diferentes etapas de la obra. El objeto central del capítulo 24 consistirá en especificar: “…el suministro y colocación de una o más capas o carpetas de agregado pétreo y cemento asfáltico para uso vial caliente, mezclados en una planta central, extendidas y compactadas sobre una superficie preparada, de acuerdo con estas especificaciones y en conformidad con los alineamientos, pendientes, espesores y secciones transversales, mostrados en los planos o fijados por el Ingeniero Residente”. Cabe señalar que el capítulo tratará el diseño de mezclas asfálticas en caliente del tipo densas. 2. ANÁLISIS DE LOS ÁRIDOS El capítulo 24 fija un apartado 2 para los materiales que componen la mezcla asfáltica en caliente. Se expresan las exigencias a cumplir por los áridos. En el presente trabajo se señalarán los cambios principales que se han propuesto modificar o incorporar a este capítulo que permitan definir las variables más significativas para un concreto asfáltico en caliente. Desde el punto de vista del diseño se expresa que al menos para el diseño debe haber como mínimo un total de tres fracciones en la composición de la mezcla incluido el relleno mineral. Se hacen modificaciones en la definición del árido grueso y en sus características. Se destacan los siguientes aportes que van a tener en especial una marcada influencia sobre la prestación de los concretos asfálticos. En primera instancia se define que el árido grueso es aquel que es retenido en el tamiz N° 4 de ASTM, como así también árido fino el que pasa dicho tamiz y es retenido en el tamiz N° 200 de ASTM. Se define además el concepto de filler que se verá más adelante. Esta simple clasificación se hace notar como importante debido a que las empresas contratistas que trabajan en las principales obras nacionales presentan sus formulaciones con disparidad de criterios en cuanto a las fracciones que la componen. Se da así que las fracciones que integran las formulaciones guardan más relación con las formas de producción de las chancadoras o de cómo se obtenían del yacimiento natural que con lo exigido en una formulación de al menos tres fracciones. Este simple concepto trae aparejado serios problemas en la clasificación en las tolvas de las plantas asfálticas y a su vez inconvenientes en los procesos de ajustes de las mismas. Luego se fijan exigencias en cuanto al coeficiente de pulimento acelerado en base a la norma AASHTO T 279 ó ASTM D 3319 que resultan ser adecuados. Al árido grueso se sugiere incorporar como limitante dos índices de forma que tienen efectos sobre el desempeño de los concretos. En tal sentido se resaltan: • El índice laminar, de partículas achatadas o planas al cual se le fija un valor del 25% como máximo, siendo este un límite razonable para las vías principales del país. Se piensa en próximas modificaciones ver cómo se pueden analizar variables que contemplen variaciones en este índice en función del tipo e intensidad de tránsito. • El índice de ajugado o de agujas, limitándolo en un 25%, lo que garantiza eliminar fracciones de áridos gruesos en donde predominan una de las dimensiones por sobre las otras. Se propone como marco normativo considerar las normas NLT Normas de ensayo del Laboratorio de Transporte y Mecánica del suelo del Centro de Estudios y Experimentación del Ministerio de Obras Públicas – CEDEX- , España. NLT 354. Julio 2010 • Nº 23 • Infraestructura Vial34 Estas exigencias son de probada eficiencia en trabajos realizados en diferentes países, se considera de vital importancia modificarlas, para en especial impactar sobre la trabajabilidad de las mezclas en caliente en el proceso constructivo, mientras que en servicio impactar sobre las deformaciones plásticas permanentes, ahuellamiento, el módulo resiliente, y los parámetros mecánicos. La medición de los impactos en los cambios sobre los productos finales obtenidos es parte de los desafíos de investigación que se realizan en las formulaciones sobre diferentes tipos de mezclas en las provincias del país. Esta especificación traerá un verdadero cambio en los procesos de chanqueo y trituración, para lo cual se han mantenido reuniones con las principales empresas dedicadas a la comercialización de áridos, y se han especificado los cambios tecnológicos necesarios para lograr esta exigencia. En general se suma un proceso más en una cámara de triturado posterior al primer chanqueo. Se ha observado la posibilidad de obtener estos parámetros con cierta facilidad y mínima inversión en el sector. Los áridos gruesos se clasifican en gravas trituradas y piedras trituradas, según provenga de fragmentos naturales pequeños o explotación de rocas macizas respectivamente. A las determinaciones habituales exigidas tales como límites en el polvo adherido (menor al 0,5 %), contenido de arcilla, durabilidad en sulfato de sodio (menor al 12 %), se destacan, como acuerdo obtenido con los diferentes sectores, que se limiten los siguientes aspectos de fundamental importancia: • Desgaste Los Ángeles AASHTO T 96 menor al 25 % • 60 % de partículas con dos o mas caras fracturadas frescas Figura 1 Trituración de rocas en la cantera Santa Fé, Panamá Estas limitaciones son posibles de cumplir y representan un efecto de significación sobre la durabilidad de las capas y el comportamiento mecánico. Se realizarán las determinaciones de absorción de acuerdo a lo establecido en la norma de caracterización general AASHTO M 283. Cabe señalar aquí el serio problema que presentan algunos yacimientos en regiones completas del país en donde la absorción es elevada, superior al 2 % habitualmente aceptado. En cuanto al árido fino se hace especial hincapié en limitar la fracción natural que pueda participar en las mezclas de vías principales. En tal sentido y como paso progresivo, se definió limitar al 7 % en peso el porcentaje máximo admitido de árido fino natural que pueda participar en una formulación. Esta limitación responde a los continuos problemas de ahuellamientos observados en las vías principales, y en la heterogeneidad de los áridos naturales que genera verdaderos comportamientos inesperados y erráticos de las mezclas. El resto de los ensayos aparecen como adecuados tales como libres de contenidos de arcillas y materia orgánica, limitando la plasticidad del material que pasa el tamiz Nº 200 de ASTM menor al 4 % y la determinación de equivalente arena mayor al 50 % según el AASHTO T 176, pérdida en peso del 15 % en sulfato de sodio AASHTO T 104 y los requisitos generales establecidos en la norma AASHTO M29 y ASTM D 1073. En cuanto al relleno mineral se define como natural al proveniente del árido finamente triturado y deberá estar de acuerdo a la norma AASHTO M 17. Se agregan los siguientes conceptos que son de vital importancia para el desempeño de los concretos asfálticos Infraestructura Vial • Nº 23 • Julio 2010 35 Figura 2Debate sobre mezclas asfálticas con representantes del país Figura 3Detalle de desprendimientos prematuros de vía principal zona exclusa Atlántico canal Panamá Se considera toda la fracción que pasa el tamiz de 75 micrométros, N° 200 de ASTM. Densidad aparente en tolueno (Norma NLT de Ministerio de Fomento de España N° 176) 0,5 gr/cm3