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.
Blog de Jorge Ortiz Ripoll. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
lunes, 3 de julio de 2017
Siete razones por las que dosificamos mezclas con poco betún
Primera: los contenidos mínimos 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.
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 también 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 sobre el contenido mínimo 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: ... y tampoco se tiene en cuenta la absorción de betún para calcular los huecos en áridos
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 mantienen siempre la relacion que 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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