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ACERCA DEL PORCENTAJE DE PARTICULAS CHATAS Y ALARGADAS

Ing. German Vivar Romero Calle Barcelona Nº 571 Pueblo Libre Lima 21 / gvivar@terra. /  gvivar@terra. com.pe / com.pe  / Telefax: 461 4673 / Celular: 9997 9662

1.0 INTRODUCCION Las Especificaciones Tecnicas Generales del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (EG2000) establecen lo siguiente respecto de los porcentajes admisibles de particulas chatas y alargadas en los diferentes materiales de pavimentacion: Cuadro 1. Requisitos de los Porcentaje de Particulas Particulas Chatas y Alargadas para para diferentes materiales de pavimentacion segun MTC EG-2000

* En estos casos se indica que la relación a emplearse sea 1/3 (espesor/longitud) (espesor/longitud) .

2.0

EL PROBLEMA

2.1 La norma de ensayo MTC E221-1999 se denomina: Índice de Aplanamiento y de Alargamiento de los Agregados para Carreteras y están basada en las normas BS 812 (británica) y NLT 354 (española). 2.2 En esta norma se define como el Indice de Aplanamiento de una fracción del agregado grueso, al porcentaje en peso de las partículas que la forman, cuya dimensión mínima (espesor), es inferior a 3/5 de la dimensión media de la fracción. Asimismo, se define al Índice de Alargamiento de una fracción del agregado grueso, como el porcentaje en peso de las partículas que la forman, cuya dimensión máxima máxima (longitud), (longitud), es inferior a 9/5 de la dimensión media de la fracción. 2.3 Para las determinaciones de los Índices de Aplanamiento y de Alargamiento, utiliza dos calibradores metálicos: uno de ranuras para calibrar espesores (ver Fotografía 1 y Figura 1) y uno de barras para calibrar longitudes (ver Fotografía 2 y Figura 2). 2.4 El tamaño mínimo del agregado que se utiliza con este método de ensayo es de ¼”. 2.5 La expresión de resultados en esta norma es para cada fracción ensayada o para el total de la muestra, pero considerando por separado a los Índices de Aplanamiento y de Alargamiento . 2.6 La norma de ensayo ASTM D 4791-99 se denomina:  Método de Ensayo Estándar para Partículas Chatas, Partículas Alargadas, o Partículas Chatas y Alargadas en el Agregado Grueso

y tiene como Referencias Normativas a otras normas ASTM, todas de un solo país de origen ( EE.UU.). 2.7 Según esta norma, Partículas Chatas y Alargadas del Agregado, son aquellas partículas que tienen una relación de longitud a espesor mayor que un valor especificado. Las relaciones largo: espesor que se pueden determinar con esta norma son: 2/1, 3/1, 4/1 y 5/1. 2.8 El tamaño mínimo del agregado que se utiliza con este método es de 3/8” a Nº 4. 2.9 Para la determinación del porcentaje porcentaje de partículas chatas y alargadas, utiliza utiliza uno de dos calibradores- comparadores de proporciones: uno de dos postes fijos y un eje móvil (ver Fig. 3) y otro de varios postes fijos y un eje móvil (ver Fig. 4). En el primero de ellos se fija la longitud y se define a la partícula chata y alargada como aquella que pasa por la abertura menor, prefijada según una proporción determinada. determinada. Si se se usa el segundo segundo calibrador en las las pruebas, se fija el espesor espesor y se define a la partícula chata y alargada como aquella cuya longitud no pasa por la abertura mayor, según una proporción prefijada.

Fotografía 1 y Figura 1. Calibrador de Aplanamiento del MTC. 2.10 La expresión de resultados en este método es en porcentaje calculado por número, por masa o por ambos de: de: (a) partÃculas chatas; (b) partÃculas alargadas; y (c) total de partÃculas chatas y alargadas . Figura 2. Calibrador de Alargamiento del MTC.

3.0 ANALISIS 3.1 Las especificaciones del MTC para Sub-Base y  Base, establecen que el ensayo de PartÃculas Chatas y Alargadas se haga siguiendo las normas MTC E-221 y ASTM D 4791, como si fueran equivalentes o similares; no obstante, tienen diferencias fundamentales (ver Cuadro 2). 3.2 Cuestionamos la validez de la norma MTC E-221 en la determinación del Porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadas por lo siguiente: (a) No toma en cuenta el requisito de la relación 1/3 (espesor/longitud) a emplearse en los ensayos, especificado en las EG-2000. Las fracciones consideradas en esta norma son 3/5 (Indice de Aplanamiento) y 9/5 (Indice de Alargamiento) . La norma ASTM D 4791 considera proporciones de 1/2, 1/3, 1/4 y 1/5; (b) No expresa sus resultados como lo requieren las EG-2000: en Porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadas, sino como Indices de Aplanamiento y de Alargamiento, lo que conduce a la práctica errónea de sumar los resultados individuales, con evidente perjuicio para el material que está siendo analizado (ver Cuadro 3). La norma ASTM D 4791 si expresa sus resultados como lo requieren las EG-2000; y POSTE FIJO BRAZO OSCILANTE PERNO DE ALETAS PLANTA BASE POSTE FIJO POSTE FIJO POSTE FIJO BRAZO OSCILATORIO PERFORAR 3 AGUJEROS PARA EL PERNO DE ALETAS

Figura 3. Calibrador de proporciones proporciones de la ASTM con un eje móvil y dos ejes fijos.

Figura 4. Calibrador de proporciones de la ASTM con un eje móvil y varios postes fijos. (c) Contiene errores (algunas de las dimensiones del calibrador de aplanamiento en la Figura 1 son diferentes a las correspondientes de la Tabla 1 de la norma); y omisiones (la Tabla 1 de la norma no incluye las llamadas 1 y 2 indicadas en “Abertura de la Ranura� y en “Separación de las Barras�, respectivamente) . La norma ASTM D 4791 no contiene errores ni omisiones.

Cuadro 2. Comparativo entre normas de ensayo MTC E-221 y ASTM D 4791 3.3 Las especificaciones del MTC para Pavimento de Concreto Asfáltico Mezcla en Caliente (Sección 410) y las especificaciones de Pavimento de Concreto Hidráulico (Sección 501) y de Concreto para Obras de Arte y Drenaje (Sección610), establecen que el ensayo de partÃculas chatas y alargadas se haga siguiendo únicamente la norma MTC E-221. Habiéndose demostrado que esta norma es cuestionable pues contiene errores y omisiones y lo que es más importante: no permite obtener el Porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadas, a menos que se cometa el error de sumar sus resultados (ver Cuadro 3), se deduce que las EG-2000 contienen un error que solamente puede atribuirse a una de las siguientes posibilidades: (a) A suponer que la norma MTC E-221 permite obtener el Porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadas, lo que se ha demostrado no es cierto, en cuyo caso las especificaciones debieran señalar solamente a la ASTM D 4971 como única norma de ensayo; o  b) A especificar un “Porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadasâ€� en vez de especificar un “Porcentaje de PartÃculas Chatasâ€� y otro “Porcentaje de PartÃculas Alargadasâ€�, por separado, lo que no representa el espÃritu de la norma, pues el primero siempre será mayor que la suma de los dos últimos. En el Cuadro 3 se consignan los resultados de ensayos efectuados con las dos normas de ensayo sobre materiales de cuatro canteras en una región con pisos altitudinales comprendidos entre 2,500 y 4,300 m.s.n.m., caracterizada por abundancia de esquistos, fillitas y pizarras (ver FotografÃa 3). Allà se aprecia que los ensayos ensayos efectuados con la norma ASTM ASTM D 4791 para una relación espesor:longitud de 1/3, arroja valores promedio de 3 y 0.3 para los Porcentajes de PartÃculas Chatas y de PartÃculas Alargadas respectivamente, mientras que el Porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadas para una relación espesor:longitud de 1/3 es de 29.7 en promedio, el mismo que se reduce a 8.1 cuando la relación espesor:longitud adoptada en los ensayos es de 1/5. Los ensayos con la norma MTC E-221 en cambio, arrojan valores de los Indices de Aplanamiento y Alargamiento de 17 y 52.2, respectivamente, cuya suma alcanza un valor de 69.1 (¡!), mientras que según la norma ASTM D 4791 la suma de los porcentajes de partÃculas chatas y de partÃculas alargadas serÃa de solamente 3.3.

3.4 La Especificació n Estándar AASHTO M 147-65 (1990): “ Materiales para para Capas de Subbase, Base y Superficie Superfici e [1]  , de Agregados y Suelo-Agregadosâ€�, no pone lÃmites al porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadas en los agregados gruesos. La Especificació n Estándar AASHTO M 80-87 “ Agregado Grueso para Concreto de Cemento Pórtland â€ â€� tampoco limita el porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadas. La Especificació n Estándar AASHTO M 283-83 (1990) “ Agregados Gruesos para la Construcción Construcción de Carreteras Carreteras y Aeropuertosâ€�, en cambio dice a la letra:  La porción de agregados retenida en la malla de 9.5 mm (3/8†�  )  , no deberá �), contener más de 15 por ciento en peso de partÃculas que sean chatas, alargadas o ambas, cuya relación entre las dimensiones máxima y mÃnima de un prisma rectangular circunscrito exceda de  5:1. En este caso, se entiende que la AASHTO no pone limitaciones para los materiales de Subbase y Base e incluso de Afirmado (que a diferencia de los otros dos, estará sometido a las cargas directas no solamente del equipo de obra sino también del tránsito vehicular en servicio),

debido a que la resistencia a flexión de los agregados, es varias veces inferior a la resistencia de cualquier tipo de roca Ãgnea, sedimentaria o metamórfica. En el caso de los concretos asfáltico e hidráulico en cambio, el problema fundamental es la trabajabilidad, que en el caso del concreto hidráulico puede ser controlada usando aditivos, pero no asà en el caso del concreto asfáltico. Esto explica la aparente “omisiónâ€� en las especificaciones de la AASHTO para concreto de cemento Portland. FotografÃa 3. Detalle de los agregados tÃpicos tÃpicos de las canteras analizadas analizadas en el Cuadro 3. 3.5 Comentario aparte merece el porcentaje máximo permisible por la AASHTO de 15% para cualquier tipo de partÃcula, sea chata, alargada, o la suma de ambas; y el requerimiento de una relación 5:1 (largo:espesor) especificado para el concreto asfáltico. Entendemos que esos valores son resultado de una gran cantidad de investigación y experiencias recopiladas a lo largo del tiempo en paÃses como los EE.UU., en los que esas prácticas son comunes. En nuestro paÃs, sin tradición de investigación ni acumulación orgánica de experiencias, no se justifica que la entidad responsable de la normalización en carreteras, emita una especificació n añadiendo o modificando, sin aval ni sustento, requisitos que luego no podrán ser cumplidos en la práctica.

4.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 Las EG-2000 del MTC especifican la determinación de los Porcentajes de PartÃculas Chatas y Alargadas para todos los materiales de pavimentación mediante la norma de ensayo MTC E-221. La norma ASTM D 4791 solo es permitida como alternativa en los casos de Sub-base y Base Granulares, para las que especifica una relación espesor: longitud de 1/3. En los otros casos (concretos asfáltico y de cemento Pórtland) no especifica esa relación. Sin embargo, los métodos de ensayo MTC E-221 y ASTM D 4791 no son equivalentes. El método de ensayo MTC E-221 solo permite determinar los Indices de Aplanamiento y de Alargamiento por separado, empleando relaciones de 3/5 (espesor : dimensión media de la fracción de ensayo) y 9/5 (longitud : dimensión media de la fracción de ensayo), mientras que el método de ensayo ASTM D 4791 permite determinar los Porcentajes de: (a) PartÃculas Chatas, (b) PartÃculas Alargadas y (c) PartÃculas Chatas y Alargadas, con relaciones ancho : espesor y longitud : ancho comprendidas entre 2/1 a 5/1. Esto obliga a los usuarios a la práctica frecuente (y errónea) de sumar los resultados de los Indices de Aplanamiento y Alargamiento, lo que puede pasar desapercibido en regiones con agregados procedentes de rocas Ãgneas y sedimentarias, sin contenidos apreciables de ese tipo de partÃculas, pero que cobra especial interés en zonas de rocas metamórficas del tipo pizarras, lutitas y esquistos, donde siguiendo esa práctica, no es posible cumplir con las exigencias de las especificaciones. 4.2 El método de ensayo ASTM D 4791 es más completo que el método de ensayo MTC E221 pues permite determinar los Porcentajes de: (a) PartÃculas Chatas, (b) PartÃculas Alargadas y (c) PartÃculas Chatas y Alargadas, con diferentes relaciones ancho: espesor y longitud: ancho; y es el único entre ambos que permite cumplir con las especificaciones EG-2000 del MTC. Por lo demás, la norma de ensayo MTC E-221 E-221 contiene errores y omisiones, omisiones, que sumado a lo descrito, cuestionan su aplicabilidad. 4.3 Por lo expuesto concluimos en que la determinación del Porcentaje de PartÃculas Chatas y Alargadas debe ser hecha siguiendo el método de ensayo contenido en ASTM D 4791. La norma MTC E-221, la que debe ser revisada y corregida, o mejor aún, anulada. 4.4 Los contenidos de partÃculas chatas, de partÃculas alargadas, y/o de partÃculas chatas y alargadas perjudican la distribución y compactación de las mezclas asfálticas, motivo por el cual son limitados en las Especificació n Estándar AASHTO M 283-83 (1990) “ Agregados

Gruesos para la Construcción de Carreteras y Aeropuertosâ€�. Entendemos que no se limitan en las Especificaciones Estándar correspondientes a Sub-base y Base Granulares, porque el problema con las partÃculas quebradizas es mÃnimo cuando esos materiales quedan cubiertos por la Carpeta Asfáltica. Entendemos también que no se restringen en las especificaciones de Concreto de Cemento Pórtland de la AASHTO y del ACI, debido a que los problemas de trabajabilidad se pueden resolver usando aditivos. En tal sentido, recomendamos la revisión y corrección de las EG-2000 en lo concerniente a las normas de ensayo para la determinación de los Porcentajes de PartÃculas Chatas y Alargadas, que deberán referirse únicamente a la norma ASTM D 4791; asà como en lo concerniente al porcentaje porcentaje permisible de de PartÃculas Chatas y Alargadas en la Carpeta Asfáltica, cuyo valor deberá ser 15% para una relación relación ancho : espesor o longitud : ancho, de 5/1, tal como se especifica en AASHTO M 283-83, hasta que investigaciones locales justifiquen otros valores. Igualmente, se propone eliminar la exigencia de PartÃculas Chatas y Alargadas en las especificaciones de Sub-Base, Base y Concreto Hidráulico.

REFERENCIAS 1.- EG-2000 2.- EM-1999 3.- Especificaciones Estándar AASHTO 4.- Ensayos de Materiales AASHTO. 5.- Catálogos Humboldt y ELE Internacional.