LA DIVERSIÓN ESTÁ EN LA MASA



SIETE RAZONES
 POR LAS QUE DOSIFICAMOS MEZCLAS BITUMINOSAS CON POCO BETÚN
                                                                                        
Una antigua regla de oro, en relación con la dosificación de betún en las mezclas bituminosas rezaba así: una mezcla bituminosa debe contener tanto betún como sea posible, sin que sea demasiado betún.

No es una regla tan obvia como puede parecer. Es sabido, por una parte, que la durabilidad de una mezcla bituminosa depende muy directamente de la cantidad de ligante que contiene; por otra, que en España dosificamos con proporciones de betún muy bajas comparadas con las utilizadas en la mayoría de países de nuestro entorno (incluso en los alejados de nuestro entorno). Trataré de exponer a continuación varias razones que explican una escasez que, según un amplio consenso técnico, compromete la calidad y la durabilidad de nuestros pavimentos.

PRIMERA: LOS CONTENIDOS MÍNIMOS DE BETÚN ESPECIFICADOS SON BAJOS

Sin duda, esta puede ser una razón de peso: que en Alemania y en Francia las capas  de rodadura AC16, por ejemplo, se dosifiquen con contenidos de betún superiores al 5% s/m debe de tener algo que ver con que las especificaciones alemanas y francesas exijan contenidos mínimos de betún superiores 5%. s/m. Y que en España los contenidos de betún, en ese mismo tipo de mezclas suelan ser inferiores al 5% también debe de guardar alguna relación con que nuestras especificaciones establezcan su contenido mínimo de betún en un modesto 4,50% s/m.

Ciertamente, el fabricante podría poner algo de su parte y hacer más por superar con holgura los valores mínimos especificados, pero si las obras de rehabilitación de firmes se adjudican mediante subasta, con el único criterio de premiar la propuesta más económica, ¿cabe esperar esa tendencia, o más bien la contraria?. Tenemos aquí, pues, una primera razón: pliegos de prescripciones técnicas que especifican bajos contenidos mínimos de betún junto con procedimientos de contratación que incentivan la máxima aproximación a esos contenidos mínimos.

Es una razón que me trae a la memoria una añeja historia referida a la visita de un obispo de temido carácter a cierta aldea (gallega creo). Según leí, después de la recepción por parte de las autoridades locales y ya a solas, el obispo y el cura párroco mantuvieron una conversación de este tenor:

- Ha ido todo bastante bien, querido párroco, salvo una cosa.
- Dígame que ha sido, señor obispo, por favor
- Es bien  obvio. Según marca el protocolo eclesiástico, las campanas de la Iglesia debieron tocar a fiesta en el momento de mi llegada.
- ¡Ah, señor Obispo! –empezó a excusarse el cura con toda humildad- le presento mis disculpas Monseñor pero verá…, no he hecho sonar las campanas por tres razones
- A ver, a ver, diga cuáles son esas razones -respondió, impaciente, el obispo-
- Pues mire, señor obispo, la primera, porque no tenemos campanas,

Y en ese mismo instante, parece ser que el obispo interrumpió la respuesta del cura con un exabrupto irreproducible y diciéndole dónde podía poner las otras dos razones.

Dejando aparte los modos, debe reconocerse que la respuesta del obispo tuvo su lógica. Probablemente, en relación con los contenidos de betún, también pueda decirse que esta primera razón hace innecesario apuntar más. Sin embargo, y aún conociendo lo arriesgado del intento (pero aprovechando que nadie me interrumpe mientras escribo), trataré de hacer lo que no pudo el cura gallego, añadiendo hasta seis razones más a esta que acabo de exponer.

SEGUNDA: LA ENERGÍA DE COMPACTACIÓN UTILIZADA EN LABORATORIO ES INDEPENDIENTE DE LA CATEGORÍA DE TRÁFICO...

Tal vez la vida imite al arte, como postuló Oscar Wilde, pero cuando se trata de diseñar mezclas bituminosas, por más arte que le atribuyamos a esta tarea, no conviene confiar excesivamente en las dotes imitadoras de las mezclas puestas en obra. El objetivo de un correcto diseño de mezclas es el contrario: conseguir que la mezcla de laboratorio imite a la que se encontrará en el pavimento en servicio durante la mayor parte de su vida útil. Sólo así podremos considerar que nuestros criterios de diseño son acertados y esperar que los ensayos de laboratorio estimen correctamente las propiedades de la mezcla realmente puesta en obra.

Y puesto que la densidad in situ, después de la post-compactación proporcionada por el tráfico, suele depender, entre otras circunstancias, de las cargas de tráfico, parecería conveniente establecer alguna relación entre energía de compactación en laboratorio y categoría de tráfico. En cambio, cualquiera que sea la categoría de tráfico de proyecto, obtenemos la densidad de referencia aplicando la misma energía de compactación, es decir, 75 golpes por cara en mezclas tipo AC y 50 con las mezclas discontinuas (o las equivalentes si empleamos otro tipo de compactadores). Es sencillo comprobar que reducir la energía de compactación en laboratorio conduce a obtener contenidos óptimos de betún más elevados, si mantenemos las exigencias de huecos en mezcla, de modo que podemos tener aquí una segunda razón, al menos para las categorías de tráfico inferiores o para casi toda la red de carreteras que no es de titularidad estatal. No es un criterio muy novedoso: relacionar niveles de tráfico y energía de compactación en laboratorio ha sido y es un criterio de diseño típico en los Estados Unidos, antes con el método Marshall y hoy con SUPERPAVE.


TERCERA: ...Y LA ENERGÍA DE COMPACTACIÓN UTILIZADA EN LABORATORIO ES INDEPENDIENTE DEL ESPESOR DE CAPA.

La imitación en laboratorio de la mezcla que se hallará realmente en servicio también puede mejorarse si se toma en cuenta la influencia del espesor de capa en la compactación en obra y en la post-compactación por el tráfico. De nuevo, reduciendo la energía de compactación en laboratorio cuando se diseñen mezclas para ser empleadas en capas finas, se obtendrían contenidos óptimos de betún más elevados. Tampoco hay mucha novedad en este criterio: el método francés de diseño de mezclas se basa en simular la densidad in situ utilizando energías de compactación (número de giros en la PCG) que disminuyen con el tamaño máximo del árido, lo que es tanto como decir con el espesor de capa. Diseñar mezclas bituminosas prescindiendo del espesor de capa, después de prescindir de considerar las cargas de tráfico, puede aducirse como una tercera razón que conduce a dosificar bajos contenidos de betún.


CUARTA: LOS HUECOS EN ÁRIDOS EXIGIDOS, CUANDO SE EXIGEN, SON INSUFICIENTES.

En el método Marshall de diseño de mezclas el contenido mínimo de betún se establece como consecuencia de limitar el máximo valor de huecos en mezcla, mientras se imponen límites inferiores a uno de estos dos valores: huecos en áridos o huecos rellenos (sólo uno de los dos, porque cualquiera  de ellos, junto con huecos en mezcla determina el valor del otro, obviamente).

Huecos en mezcla y huecos en áridos (o huecos rellenos) determinan, por otra parte, el contenido de betún. Tenemos, pues, cuatro magnitudes tan relacionadas que dos de ellas bastan para obtener el valor de las otras dos, lo que explica porqué especificar huecos en mezcla y huecos en áridos equivale a especificar contenido de betún. Desde otro punto de vista, especificar tres de las magnitudes indicadas es sobre-especificar. Pero ese otro tema, sin duda muy interesante, distinto del que nos ocupa en estos momentos.

El ilustre MacLeod concibió hace años un sencillo gráfico que muestra perfectamente bien estas relaciones volumétricas. El gráfico es válido para cualquier mezcla bituminosa, independientemente de las densidades de los áridos y el betún que contega, motivo por el cual, algunos autores se refieren a él como gráfico universal de MacLeod. El nombre es, quizás, algo pomposo porque las relaciones que expresa son tan simples que el gráfico es perfectamente prescindible; pero ya que me entretuve dibujándolo, y tratándose de MacLeod, lo reproduzco a continuación.

  
Figura 1: Gráfico universal de Mac Leod y variación de huecos en mezcla


Sobre el gráfico universal de MacLeod he dibujado unas líneas de trazos y una flecha señalando qué sucede cuando el valor máximo de huecos en mezcla pasa del 5% al 6% manteniéndose el valor mínimo de huecos en áridos igual al 15%: el volumen de betún correspondiente pasa del 10% al 9%, es decir, se reduce la exigencia sobre el contenido mínimo de betún.

Conociendo la densidad del betún y de la mezcla bituminosa podemos, además, convertir volumen de betún en proporción ponderal de betún y comprobar qué supone ejercer la exigencia opcional sobre huecos en áridos prevista en el PG-3. Así, volviendo a nuestra mezcla AC16 para capa de rodadura (y tráficos T00 a T2), si las densidades citadas fueran 1,030 y 2,395 t/m3, respectivamente, exigir huecos en áridos superiores al 15% equivale a establecer el contenido mínimo de betún en un 3,90% s/m, cuando antes, con huecos en mezcla menores de 5% equivalía a hacerlo en el 4,30% s/m.

En definitiva, la actual exigencia (opcional) de que los huecos en áridos sean mayores o iguales al 15% para cualquier valor de huecos en mezcla, es una cuarta razón: en lugar de imponer (opcionalmente) contenidos mínimos de betún más elevados, no tiene efecto alguno sobre los contenidos mínimos establecidos con carácter general.


QUINTA: LAS ESPECIFICACIONES DE CONTENIDOS MÍNIMOS DE BETÚN NO TIENEN EN CUENTA LA ABSORCIÓN DE BETÚN…

La figura 2 que se presenta a continuación para ilustrar su análisis volumétrico nos muestra que son cuatro y no tres las fases que deben distinguirse en una mezcla bituminosa: áridos, betún, huecos… y betún absorbido por la porosidad de los áridos. Este último es un betún perdido, que debe distinguirse del resto de betún ya que no constituye parte de la película de ligante que envuelve los áridos. Así pues, debe restarse del betún total cuando se trata de medir la cantidad de ligante que contribuye a la durabilidad de la mezcla bituminosa. Utilizar los mismos contenidos mínimos de betún independientemente de cuál sea el alcance de esta absorción es inconsistente: supone aceptar como igualmente ricas en betún mezclas tanto más pobres cuanto mayor sea su absorción de betún.

Se ha dado en denominar betún efectivo al resultante de restar al betún total el betún absorbido y sobre este betún se prescriben en muchos países los contenidos mínimos (tanto da si se establecen como proporciones ponderales o volumétricas, mediante el espesor aparente de la película de ligante, o recurriendo a valores mínimos de huecos en áridos). Prescribir contenidos mínimos de betún referidos al betún total en lugar de al betún efectivo es la quinta razón que puede llevar a dosificar mezclas bituminosas con poco betún cuando la absorción de betún sea relevante: con áridos de cierta porosidad, y/o con betunes poco viscosos, y/o cuando la fabricación tiene lugar a temperaturas muy elevadas, y/o cuando las distancias de transporte o las circunstancias de la obra llevan a que transcurra mucho tiempo entre la fabricación y la puesta en obra de la mezcla bituminosa.



Figura 2: Volumetrías de una mezcla bituminosa


SEXTA: LOS HUECOS EN ÁRIDOS SE CALCULAN SIN TENER EN CUENTA LA ABSORCIÓN DE BETÚN

Es curioso (e inconsistente) que Europa haya importado de los Estados Unidos el método Rice (ASTM D2041) de medición de la densidad máxima (aquí, Procedimiento A: Procedimiento volumétrico en la norma UNE-EN 12697-5) para tener en cuenta la absorción de betún en la medición de huecos en mezcla, y se sigan midiendo huecos en áridos como cuando no se tenía en cuenta la absorción de betún. En efecto, huecos en áridos (HA) se obtienen, según la norma europea, como suma de huecos en mezcla (HM) y volumen de betún (VB) cuando deben medirse (HA) sumando huecos en mezcla (HM) y volumen de betún efectivo (VBEF). La inconsistencia que supone contar con el betún absorbido para medir huecos en mezcla, mientras se prescinde de él para medir huecos en áridos, conduce a sobreestimar estos en la cuantía del betún absorbido respecto al valor que se obtenía antes del importar el método Rice de determinación de la densidad máxima, es decir, cuando usábamos el denominado Procedimiento C: Procedimiento matemático en la Norma UNE UNE-EN 12697-5.

La figura 3 es la misma figura 1, si quien mide huecos en áridos es ahora un estadounidense en lugar de un europeo. O si lo hiciéramos nosotros mismos antes del importar el método Rice de determinación de la densidad máxima, es decir, cuando usábamos el procedimiento que la Norma UNE UNE-EN 12697-5 denomina matemático (en la representación se ha supuesto una absorción de betún del 1% en volumen, ó 0,4% s/m en peso).


  
 Figura 3: Gráfico universal de Mac Leod, variación de huecos en mezcla (figura 1) sumando el efecto de medir huecos en áridos sin contar con el betún absorbido.

El gráfico universal de MacLeod (y también una simple resta) nos dice que, si realmente tenemos un 14% de huecos en áridos cuando medimos un 15%, estamos reduciendo el contenido mínimo de betún impuesto mediante huecos en áridos en un 1% en volumen ó un 0,4% en peso s/m adicional: en nuestro ejemplo de mezcla AC16 para capa de rodadura, la exigencia (opcional) de que los huecos en áridos sean mayores o iguales al 15% es una sexta razón, pues equivale a establecer (opcionalmente) el contenido mínimo de betún ¡en un 3,50% s/m!.

Admito que esta es una razón bastante irrelevante, pues si el volumen mínimo de huecos en áridos ya antes (cuarta razón) no suponía imposición alguna sobre el contenido mínimo de betún, esta nueva rebaja no puede tener muchas consecuencias. También es cierto que con el método Rice medimos hoy, en la misma probeta, más huecos en mezcla que antes (la diferencia es también el volumen de betún absorbido) y no se han corregido los intervalos de huecos en mezcla especificados. Verdaderamente, esta cancelación de errores no deja de ser un modo de neutralizar el efecto de la actual sobreestimación de huecos en áridos, que aumenta la irrelevancia de mi sexta razón. Debe aceptarse, sin embargo, que sí tendría consecuencias en el caso de que las especificaciones sobre huecos en áridos cumpliesen la función que se pretende al establecerlas. 


SÉPTIMA: DEFORMACIONES PLÁSTICAS Y BETÚN NO TIENEN TANTA RELACION COMO, EN MUCHAS OCASIONES, ACOSTUMBRA A SUPONERSE

Sé que ahora estoy haciendo un juicio de valor. aunque intentaré argumentarlo por si tuviera algún fundamento. Me parece demasiado habitual relacionar la aparición de deformaciones plásticas con el contenido y/o las características del betún presente en la mezcla bituminosa afectada. Naturalmente que esta relación puede existir en ocasiones, pero la resistencia al corte de una mezcla bituminosa AC o BBTM a las temperaturas estivales depende, en primer lugar, del rozamiento interno que le otorga su esqueleto mineral y, sólo en segundo término, de la cohesión proporcionada por el ligante bituminoso. Por esta razón es habitual que el origen de las roderas (bien infrecuentes en España, por cierto) se halle en un diseño de mezclas incorrecto antes que en contenidos de betún excesivos. La aparición de deformaciones plásticas puede prevenirse, siempre, sin necesidad de diseñar mezclas con bajos contenidos de betún. 

Hasta es posible que este tipo de prevenciones haya ejercido algún influjo en nuestras especificaciones. Al menos, esa es la explicación que encuentro a la enigmática prescripción que impide reutilizar en central, en ningún caso, áridos  procedentes del fresado de mezclas bituminosas que presenten deformaciones plásticas (roderas). Tal vez no sea sólo un juicio de valor esta séptima razón: definitivamente hay que admitir que solemos imputar al betún la responsabilidad de unos deterioros que, en muchas ocasiones, poco o nada tienen que ver ni con sus características ni con su dosificación.


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