Diseño de Tratamientos Superficiales

Los tratamientos superficiales se han vuelto una solución idónea tanto para la construcción de rodaduras nuevas, como para la conservación de rodaduras asfálticas existentes. 

¿Qué es un doble tratamiento superficial?

Un tratamiento superficial consta de una capa de un ligante bituminoso, tal como lo es una emulsión asfáltica sencilla o modificada, normalmente de rompimiento rápido (CRR) seguida de una capa de áridos de similar tamaño compactados encima del ligante bituminoso. En caso de ser un tratamiento doble, el tamaño de los áridos de la capa inferior, debe ser superior al tamaño de los áridos en la capa superior, de esta forma, la capa superior se entierra y fija en la capa inferior, dándole así, un buen módulo que nace desde la matriz de rodadura.  Los dobles tratamientos y simples tratamientos también son conocidos como tratamiento superficial monocapa y bicapa. Por último han cogido mucha fuerza en los recientes años, los triples tratamientos superficiales, donde se agrega una tercera capa de áridos o bien de arena para darle un refuerzo a la matriz, es lo mismo que agregar un simple tratamiento encima de el doble tratamiento. 

Una aproximación holística al diseño de pavimento

Lo primero a tener en cuenta es el objetivo del tratamiento y asimismo determinar el tipo de tratamiento que mejor se adapte a la necesidad a evaluar, sea simple tratamiento, doble o triple. El diseño de pavimento también debe tener en cuenta el tipo de tecnología y equipos disponibles para la ejecución del tratamiento, bien sea un equipo de riego sincronizado o una ejecución manual. Lo principal es tener en cuenta los diversos factores que pueden influir en la calidad de los trabajos, desde el diseño y clasificación de tratamientos, hasta la ejecución del tratamiento y  su mantenimiento, siempre con el mayor control posible para garantizar la calidad y durabilidad de los trabajos. 

Adicionalmente, es importante conocer bien la norma aplicable de donde se está trabajando, por ejemplo,  si es un tratamiento superficial doble INVIAS (Colombia), un tratamiento superficial DNIT (Brasil), o por ejemplo dobles tratamientos Provias (Perú), entre otros. Las especificaciones son similares, sin embargo, pueden existir variaciones en las especificaciones técnicas exigidas para los trabajos, bien sea en requisitos a la hora de entregar las obras, o en las condiciones técnicas de los materiales; tal como las especificaciones técnicas de la emulsión asfáltica o bien el desgaste de los áridos, entre otros factores. 

En resumen, es necesario considerar las variables que afectan el diseño del tratamiento superficial tal como el tráfico, clima, estructura, junto con la normatividad aplicable con la que se va a controlar la obra y por último, los materiales y por último, la tecnología disponible para la ejecución de tratamientos y el procedimiento constructivo del doble tratamiento superficial, bien sea un tratamiento automatizado o hasta manual. 

Metodologías para el diseño de un tratamiento superficial 

Existen diversas referencias literarias donde se puede consultar la metodología para el diseño de un tratamiento superficial doble. En estos textos es posible consultar los diferentes tipos de tratamientos, sean simples tratamientos, dobles tratamientos o bien el tipo de emulsión asfáltica a utilizar, triturados, así como el tipo de superficie en la que se instala la rodadura. Se puede consultar cuantas variables son posibles en el diseño, sin embargo, es importante buscar la metodología que más se adapte a las condiciones del trabajo a realizar. 

Entre los textos recomendados a consultar, están los siguientes: 

• Chipseaing in New Zealand de NZ Transport Agency
• Low-Volume Road Engineering de Robert A. Douglas 
• Minnesota Seal Coat Handbook del Minnesota Department of Transportation

Existen otros textos, pero estos son recomendados por su practicidad y versatilidad de implementación. 

En principio, es necesario garantizar una cobertura mínima del árido con la dosificación de emulsión en el tratamiento, independientemente si se está trabajando en simples tratamientos o dobles tratamientos. 

Primeras fórmulas de trabajo para la dosificación de un tratamiento superficial

En los comienzos de la determinación de la dosificación de un tratamiento superficial, F. M. Hanson (Nueva Zelanda) estableció que para que el sellado sea satisfactorio es necesario rellenar parcialmente los vacíos entre los áridos. Comprobó que los áridos tenían vacíos de aproximadamente el 50% cuando estaban recién extendidos (sueltos). Después de compactar, los vacíos se reducen al 30% y con la apertura al tráfico quedan en 20%. Este fue el comienzo del “voids concept” o el concepto de vacíos. Determinó además que el cemento asfáltico debía ocupar entre el 65% y el 70% del volumen de vacíos final (2/3 del árido aproximadamente). Además descubrió que la capa de áridos era igual a la dimensión mínima promedio (Average Least Dimension – ALD), por lo anterior, la dosificación del ligante bituminoso estaba ligada a este índice del tamaño de los áridos. Basándose en estas observaciones, Hanson desarrolló una relación sencilla para la tasa de aplicación de cemento asfáltico residual: 

R=ALD\times0.2\times0.7\Rightarrow R=ALD\times0.14

donde, 

R = rata de aplicación de asfalto residual expresado en Lt/m2

ALD = Dimensión mínima promedio del árido expresada en mm

Refinamiento de la fórmula para la dosificación de un tratamiento superficial

Posteriormente, otros refinamientos basados en ensayos de campo a escala real construidos entre 1965 y 1966, supervisados durante tres años, conllevaron a la introducción de nuevas variables a tener en cuenta, tal como los efectos del tráfico y la textura de la superficie sobre la que se extiende el tratamiento superficial, y así quedó la nueva fórmula del diseño de pavimento:

V_{b} = \left(ALD \times 0.7 \times T_{d}\right)\times\left[0.291 - 0.025 \times log_{10}\left(T_{f} \times T \times 100 \right)\right]

Donde,

Vb = rata de aplicación del cemento asfáltico residual, expresada en Lt/m2

ALD = Dimensión mínima promedio del árido expresada en mm

T_d = La profundidad de la textura del substrato expresada en mm

T_f = factor camión (Ver fórmula para el factor camión abajo)*

T = tráfico expresado en vehículos por carril por día (vehículos/carril/día)

Ecuación del Factor Camión: 

T_{f}=1 + 0.09 \times m

Donde,

T_f = Factor Camión

m = es el porcentaje del volumen del tráfico total que corresponde a vehículos comerciales

Fórmulas tomadas de: NZTA. Chipsealing in New Zealand, N.Z. Transport Agency (NZTA), Wellington, Nueva Zelanda.