1. INTRODUCCIÓN. 1 Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia

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1 CAPÍTULO 9 ASPECTOS PETROLÓGICOS DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA PAVIME TOS E COLOMBIA 1. INTRODUCCIÓN Geol M. Sc. Juan Montero Olarte 1 La calidad y durabilidad de los pavimentos depende en parte del buen uso de los pétreos que hacen parte de su estructura y en el caso Colombiano de que la representatividad de los ensayos de calidad, así como las normas y especificaciones se ajusten a la disponibilidad de tales materiales en el medio. El deterioro prematuro del pavimento puede ocurrir por varias razones, una de las cuales tiene que ver con el comportamiento y durabilidad de los agregados pétreos que se usan en sus capas constitutivas. Estos materiales deben cumplir un conjunto de requisitos de calidad física y mecánica; emplearse de manera apropiada; mantenerse estables frente a los agentes climáticos y no reaccionar de manera inconveniente con los componentes del concreto. Aptitudes como la deficiente adhesividad del asfalto con ciertos agregados, causa el deterioro de la capa superior del pavimento y finalmente algunas características de los agregados pétreos como su textura superficial -inherente o adquirida- la forma de las partículas y otros rasgos debidos a su textura, se reflejan en ocasiones en un mal comportamiento de las capas estructurales del pavimento. Por otra parte, en la tecnología de los pavimentos se han adoptado varios ensayos con base en los cuales se pretende establecer los requisitos que deben cumplir los agregados para que los pavimentos se comporten satisfactoriamente y sean durables. El papel y validez de estos ensayos tienen mucha influencia en la caracterización y evaluación del comportamiento de los materiales de pavimentos. En este trabajo se exponen y comentan varios aspectos petrológicos y litológicos de los agregados pétreos, con alguna influencia en el comportamiento y durabilidad de los pavimentos: la relación entre la textura y composición química y mineral de los agregados pétreos y las solicitaciones de calidad de los materiales, junto con los ensayos y requisitos de calidad previstos en ingeniería de pavimentos; el papel del clima; el papel y validez de algunos de los ensayos; y la aplicabilidad de los requisitos de calidad establecidos para nuestro medio. Se comenta brevemente a continuación la distribución, calidad y uso potencial de las fuentes de agregados en Colombia, en particular en la Sabana de Bogotá, y se propone finalmente un programa de seguimiento del comportamiento de los pavimentos en el Distrito Especial de Bogotá, encaminado a mejorar nuestra tecnología en el campo del diseño racional de pavimentos y optimizar los procedimientos constructivos y el control de calidad, en beneficio de la optimización del servicio de nuestra malla vial 1 Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia

2 2. INFLUENCIA DE LA PETROLOGÍA EN EL COMPORTAMINTO DE LOS PAVIMENTOS 2.1 Generalidades La estabilidad y calidad de los pavimentos depende de un conjunto de factores íntimamente relacionados: (1) Las condiciones de estabilidad y comportamiento general de la sub-rasante. (2) Las condiciones de drenaje en el terreno de fundación y en las capas del pavimento. (3) Las características de resistencia y deformabilidad de los agregados incorporado en las capas estructurales del pavimento. (4) Las características de adhesividad del agregado pétreo que se liga con el asfalto en la carpeta asfáltica. (5) El uso apropiado 2 de los materiales. (6) La durabilidad de los agregados 3 (7) La limitación en el uso de materiales pétreos que contengan minerales reactivos. 4 A pesar de que es difícil substraer del tema otros factores de mucha importancia relacionados con el comportamiento de los pavimentos, se trata de destacar en esta presentación los aspectos que tienen que ver con el desempeño de los agregados pétreos empleados en las diferentes capas de los pavimentos y en los concretos en general. En la Tabla I se muestran las principales solicitaciones de calidad que determinan el buen comportamiento de los pavimentos y se correlacionan de una manera general estas solicitaciones con factores petrológicos y los ensayos de calidad. Las rocas constituyen mezclas muy variables de minerales, con texturas diferentes, factores éstos que dependen de su origen, y que se proyectan de alguna manera en su comportamiento en las obras de ingeniería. Su composición y textura reflejan una serie encadenada de hechos que precedieron su larga historia de su formación y su interacción con el medio ambiente plantea un delicado equilibrio químico constantemente alterado por los agentes climáticos y otros factores. Su comportamiento en ingeniería puede considerase que sintetiza todos los procesos que antecedieron a su génesis. Por otra parte, los agregados pétreos comprenden el 80% a 90% del material usado en la construcción de los pavimentos y entonces no es sorprendente que el comportamiento físico y mecánico de estas estructuras guarde una estrecha relación con la génesis de estos materiales. 2.2 RESISTENCIA 2 Uso apropiado: se refiere a que la estabilidad no esté comprometida por factores tales como dosificación inapropiada, deficiente manejo de las mezclas, o inadecuados procedimientos constructivos en general, entre otros. 3 Durabilidad de los agregados: Que los agregados cumplan los requisitos de calidad requeridos, durante todo el período de diseño del pavimento 4 Minerales reactivos: deterioro del concreto por la presencia de minerales que reaccionan químicamente con los componentes del concreto (reacción sílica-agregado, reacción sílica carbonato y otras) 138

3 Los agregados y en su conjunto las capas constitutivas del pavimento deben soportar y transmitir en forma adecuada las cargas estáticas y dinámicas impuestas por el tráfico, para Tabla I AGREGADOS PÉTREOS: CORRELACIÓN DE LAS SOLICITACIONES DE CALIDAD CON LA LITOLOGÍA Y LOS ENSAYOS ÍNDICE SOLICITACIONES DE COMPORTAMIENTO RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DE LOS AGREGADOS PETROLOGÍA TEXTURA (FÁBRICA) GRADO DE METEORIZACIÓN RASGOS DE ESFUERZOS ENSAYOS INDICE DESGASTE DMA DURABILIDAD DE LOS AGREGADOS REACTIVIDAD MINERAL MINERALOGÍA CLIMA MINERALOGÍA SOLIDEZ EN SULFATOS ANÁLISIS PETROLÓGICO ADHERENCIA PÉTREO-ASFALTO CONTENIDO DE CUARZO TEXTURA SUPERFICIAL ADHERENCIA (F/B) ANÁLISIS PETROGRÁFICO DRENAJE MINERALOGÍA CLIMA GRADACIÓN lo cual deben cumplir ciertos requisitos de resistencia, deformabilidad, tenacidad y abrasión. Las rocas con fábrica cristalina masiva, sean ígneas, sedimentarias o metamórficas, como diabasa, cuarcita o caliza, son las más resistentes y menos deformables de todas y en su condición de roca fresca y sana 5, cumplen satisfactoriamente las solicitaciones de calidad citadas. Solo un 30% de las rocas metamórficas foliadas (filitas y esquistos por ejemplo) y el 10% al 15% de las 5 Roca fresca: aquella que no se ha degradado por meteorización química. Roca Sana: aquella que no se ha degradado mecánicamente en la naturaleza (cizalladura en zonas de falla, por ejemplo) 139

4 sedimentarias clásticas (areniscas bien cementadas, limolitas silíiceas,) satisfacen esta calidad. Es conveniente además que los agregados pétreos posean ciertas características de forma, angularidad y rugosidad, y que dentro de la capa donde se usen, cumplan además requisitos especiales de gradación. En la Tabla II se complementan los factores y correlaciones contenidas en la Tabla I, respecto de estos últimos aspectos, los cuales influyen en parte, en que los agregados se puedan acomodar en la forma más compacta posible durante la construcción y en parte, en que se optimice la resistencia del conjunto. Tabla II PETROLOGÍA DE PAVIMENTOS: CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTÍCULAS CARACTERÍSTICAS DE INTERÉS PETROLOGÍA ENSAYOS FORMA PLANARIDAD- ELONGACIÓN ANGULARIDAD (REDONDEZ) TEXTURA Y FABRICA INDICES AL-AP TEXTURA SUPERFICIAL RUGOSIDAD TEXTURA DESGASTE NATURAL DESCRIPCIÓN FÍSICA GRADACIÓN TAMAÑO DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS PRESENCIA DE FINOS PLÁSTICOS LITOLOGÍA PROCESOS DE TRITURACIÓN MÉTODOS CONSTRUCTIVOS DESCRIPCIÓN FÍSICA ESPECIFICACIONES 140

5 Con respecto a las características de forma, angularidad, rugosidad y gradación, con basee en observación y experimentación de han podido definir algunas características de comportamiento: Experimentalmente se ha podido establecer que la mayor proporción de partículas planas en un agregado, incrementa la abrasión, fracturación y deformación permanente acumulada bajo cargas repetidas y hace decrecer la rigidez 6 La mayor parte de las rocas laminadas dentro de las sedimentarias (shales, y otras con abundante arcilla y mica); las foliadas, dentro de las metamórficas (pizarra, esquisto) y muchas lavas (debido a su alto contenido de vidrio, estas rocas se astillan en el proceso de trituración, si están algo descompuestas) El incremento en la angularidad de las partículas, si bien incrementa la resistencia al corte, incrementa también su tendencia a la fracturación, en detrimento de la rigidez. Con un mismo esfuerzo de compactación, la mayor proporción de material angular contribuye a propiciar una mayor relación de vacíos que se traduce en menos incremento en resistencia, comparado con el caso de que la relación de vacíos se mantenga constante. Finalmente la mayor cantidad de partículas rugosas contribuye a incrementar la resistencia al corte del conjunto de los agregados en una capa, efecto que es mayor a relación de vacíos constante que a esfuerzo de compactación constante. La angularidad y rugosidad de las partículas depende mucho de la textura del agregado, del origen del agregado en la fuente y del proceso de trituración. Los agregados provenientes de rocas de grano grueso por lo general son rugosos, pero los agregados de origen aluvial presentan generalmente textura lisa, en especial si son cuarzosos. 2.3 DURABILIDAD Los agregados deben ser aptos para resistir la acción de la temperatura, la humedad, los ciclos naturales de humedecimiento-secado y otros agentes climáticos, sin que se invalide el Diseño. Ciclos de humedecimiento- secado La meteorización debida a ciclos de humedecimiento-secado puede afectar la durabilidad de ciertos agregados que poseen minerales con altos coeficientes de expansión-retracción. En presencia de ciclos de humedecimiento-secado estos minerales se expanden cuando se humedecen y luego se contraen cuando se desecan, con lo cual se fisuran y se desintegran muy rápidamente provocando el deterioro prematuro del pavimento. Este tipo de comportamiento afecta en particular a los Shales-Tipo Suelo 7. También algunas areniscas (grawaca) y pizarras, y otras rocas con un alto 6 Ensayos triaxiales en calizas duras trituradas con diferentes proporciones de partículas planas (Dunn and Bora); resultados de ensayos de desgaste DMA, corte-triaxial y compatación, con diferentes gradaciones y porcentajes de partículas planas (Gur, Shklarsky and Livneh); y varios más citados por Thomas Telford (1994) 141

6 porcentaje de minerales arcillosos. En contraste las rocas ricas en cuarzo, feldespato y carbonato de calcio como el granito y otras rocas plutónicas; la cuarcita, entre las metamórficas y la caliza, entre las sedimentarias, no se deterioran tanto por la acción del clima. Es difícil limitar el uso de las lutitas y otras rocas susceptibles a ciclos de humedecimiento-secado en pavimentos. Se considera entones muy conveniente tener mejor información sobre los tipos de rocas y variedades de éstas cuyo uso se debe limitar. Ciclos de congelamiento deshielo En zonas donde se presentan condiciones naturales de Congelamiento-Deshielo, puede ocurrir la descamación o agrietamiento de la pasta de cemento o de los agregados del concreto. Se presenta sobre todo en concretos externos y se relaciona con la porosidad, absorción y estructura de los poros. Un agregado puede absorber tanta agua, que no permite acomodar la expansión y presión hidráulica generada durante el congelamiento rápido del agua que se acomoda en sus poros, lo cual puede traducirse en el deterioro del concreto como consecuencia de la expansión del agregado. Se afectan principalmente en los agregados más gruesos, con porosidades más altas y poros con tamaños entre 0.1 y 5 µm que se saturan más fácilmente y causan deterioro del concreto. Poros más gruesos se saturan con más dificultad y en poros más finos pocas veces se alcanza a congelar el agua rápidamente. Poros de este tamaño son lo bastante grandes para permitir la entrada del agua pero no suficientemente grandes para que el agua drene fácilmente bajo la presión ejercida por el hielo. ( IL-SEOK OH, 2001) El agrietamiento de los agregados pétreos depende entonces principalmente, del tamaño y características de los poros de ciertos tipos de rocas y del ambiente climático. Con respecto al clima, solamente en regiones muy frías, con temperaturas alrededor del punto de congelación del agua. El problema se reduce seleccionado bien los agregados por su historia de comportamiento en ciclos de congelamiento-deshielo o reduciendo al máximo el tamaño de las partículas en el caso de usar materiales marginales. Es muy probable que el deterioro de los concretos por congelamiento deshielo no se da en nuestro país, ni siquiera en la sabana de Bogotá u otros sitios donde la temperatura desciende bastante, pero no lo suficiente para que se presenten condiciones de congelamiento-deshielo. 7 Shales bien cementados y limolitas silíceas 142

7 REACTIVIDAD MINERAL En la fabricación de concretos debe limitarse o restringirse el uso de agregados pétreos que posean dentro de sus componentes substancias minerales reactivas con los componentes del concreto o prever el ataque de soluciones químicas nocivas. Tres reacciones se consideran particularmente preocupantes: la reacción Álcali-Sílica RAS, la reacción Alcali-Carbonato RAC y el ataque del concreto por sulfatos. Reactividad álcalis-sílica (RAS) Se trata de una reacción química entre los álcalis del cemento Pórtland y ciertos agregados que contienen calcedonia, ópalo y otras formas de sílice amorfa, microcristalina o criptocristalina. El proceso se inicia con la disolución de los álcalis del cemento y su concentración en el agua, a partir de la mezcla inicial con el cemento y los agregados pétreos. Esta concentración de álcalis aumenta gradualmente a medida que el agua se va consumiendo en el proceso de hidratación. La solución resultante ataca los agregados ricos en sílice amorfa y se forman geles de sílice alcalina que provocan altas presiones osmóticas. A causa de estas presiones se forman pequeñas fisuras donde los geles se van inyectando de tal manera que, más tarde, las fisuras se agrandan y se propagan hasta alcanzar la superficie del hormigón donde las grietas así formadas exudan los geles. Esto ocasiona un serio deterioro del concreto. Aunque el daño puede tardar algunos años antes que se haga notorio, una vez que se inicia es prácticamente imposible contrarrestarlo, es decir que lo más aconsejable es prevenirlo. Los tipos comunes de agregado que contienen sílica reactiva se presentan en la Tabla III El daño se manifiesta con un patrón característico de grietas en la superficie de las losas, señales de exudación de los geles y rasgos de expansión como cierre de juntas, separación de astillas o láminas y soplos. Entre las medidas sugeridas para mitigar la reacción RAS se cuentan las siguientes: Limitar el acceso de agua al interior del concreto Usar cementos con una cantidad limitada de álcalis (< 0,6%) Limitar el uso de rocas con minerales reactivos Usar compuestos inhibidores como hidróxido de litio (costoso) Usar cementos especiales añadir puzolanas a las mezclas para inhibir la reacción El GGBFS es un cemento especial: se trata de un cemento granulado de alto horno, que contiene silicato y alumino-silicato de calcio vítreo, que se produce como subproducto en la fabricación del acero. Entre las ventajas que comentan sus fabricantes, en este cemento la cantidad de álcalis es reducida y además consumida en el procesos e hidratación; además, la porosidad es reducida, lo cual dificulta la movilidad de los álcalis y reduce la cantidad del liquido que reacciona con el agregado reactivo. 143

8 Tabla III ROCAS Y MINERALES SUSCEPTIBLES A LA REACCIÓN ÁLCALIS-SÍLICA - RAS Rocas Minerales Rocas sedimentarias Chert opalino Chert calcedónico Caliza silícea Rocas volcánicas Riolitas, Andesitas, dacitas y sus tobas Rocas Metamórficas Filitas Ópalo (0,25%) 8 Calcedonia (5%) Ópalo y/o Calcedonia Vídrio volcánico (3%), vidrio devitrificado y tridimita (illita) Tomado de Krynine and Judd Reactividad álcali-carbonato(rac) Se trata de otro deterioro causado por una reacción entre los álcalis de la solución de poros y caliza dolomítica. Se produce descomposición de dolomita en carbonato de calcio e hidróxido de magnesio, acompañada de expansión, con formación de brucita y otros productos. Dos factores contribuyen a esta reacción: la gradación y la alcalinidad de la solución del cemento. Entre más gruesos sean los agregados, mayor es la tasa de expansión. El 8 Límite de aceptabilidad por peso del mineral en una mezcla (Fred G. Bell, 1993) 144

9 incremento del ph de la solución del cemento incrementa el potencial de reacción. (Farny and Kosmatka, 1997; ACI, 1998) El deterioro del concreto se manifiesta de manera similar al caso de la RAS: se observa un patrón irregular de grietas en la superficie del pavimento acompañado de rasgos de deterioro como astillas y soplos. La manera más efectiva de evitar el deterioro por causa de la RAC es evitar el uso de materiales susceptibles los cual es por lo general fácil (los agregados susceptibles no son muy comunes) pero en el caso de usarlos, conviene mezclarlos con materiales no susceptibles y/o reducir su tamaño máximo. También ayuda reducir el contenido de álcalis aún más que en el caso de la RAS. En este caso el uso de las puzolanas no es tan efectivo. Ataque de Sulfatos Es una reacción que ocurre cuando el concreto se expone a contaminación externa de iones-sulfato presentes en el agua subterránea o en el subsuelo (ataque externo) o ataque iones-sulfato presentes en el klinker 9 o en otras sustancias que se hayan mezclado en el concreto (ataque interno). En el caso del ataque externo se forma yeso (combinación de iones de sulfato y calcio) y/o etringita que es un sulfato aluminato de calco (combinación de iones de sulfato y calcio aluminato hidratado) que se expanden, con un alto poder destructivo en el caso de la etringita. En el caso del ataque interno se forma también Etringita (Retardada o Secundaria) con consecuencias similares pero poco estudiadas hasta ahora. En pavimentos de concreto, el deterioro causado por el ataque externo del sulfato se manifiesta principalmente en grietas cerca de las juntas y bordes de las losas, generalmente en pocos años. Finas grietas longitudinales pueden también ocurrir paralelas a las juntas. Medidas tomadas para prevenir el desarrollo de deterioros por AES incluyen minimizar la cantidad de aluminato tricalcico en el cemento o reducir la cantidad de hidróxido de calcio en la pasta hidratada de cemento mediante el uso de materiales puzolánicos. También se recomienda reducir a menos de 0.45 la relación agua cemento como una medida de mitigación. Solo recientemente se ha investigado el ataque interno de los sulfatos como un potencial de daño del concreto y la manera de controlarlos no se conoce bien todavía. Se recomienda por ejemplo limitar el contenido del sulfato en el cemento y se cree que la ceniza volátil puede prevenirlo, pero nada se ha especificado al respecto. 9 cemento hidráulico en el estado que se encuentra cuando sale del horno de producción 145

10 LIGA PÉTREO - ASFALTO Según Krynine (1961) las rocas como el granito, debido a su contenido de cuarzo, son hidrófilas, es decir que poseen gran afinidad por el agua y en consecuencia repelen los bitúmenes. Este aspecto de la mineralogía es todavía un poco confuso y parece que además de la presencia de cuarzo dentro de los agregados con dificultad de liga, también influyen otros factores: (1) el asfalto adhiere mejor con partículas rugosas que con partículas lisas (tensión interfacial), (2) la porosidad provee un mecanismo que favorece el entrabe ligante-agregado; (3) entre más seca sea la superficie del agregado, es más difícil que se desprenda el ligante. 3. DISCUSIÓN SOBRE LOS ENSAYOS Y LA CALIDAD DE LOS MATERIALES Los ensayos de calidad que normalmente se realizan para evaluar el posible comportamiento de los agregados pétreos, deben considerarse solo como valoraciones índice que lo son, es decir, ofrecen únicamente al ingeniero de pavimentos una idea del comportamiento de los materiales en la obra, cuyo desempeño real pueden ser en ocasiones muy diferentes a lo pronosticado. Los límites de aceptabilidad previstos en estos ensayos debe ser el resultado de juiciosas investigaciones y verificaciones de la calidad de los agregados usados en la práctica de la ingeniería, de los criterios de diseño aplicados, de los procedimientos constructivos empleados, del control de calidad establecido y de varios factores más. Además, los agregados pétreos de los pavimentos que se construyen en la Sabana de Bogotá, se obtienen como en otras regiones del país de las fuentes de cantera o aluvión conocidas tradicionalmente que han sido objeto de muy pocos estudios y muestreos de tal manera que la representatividad del muestreo es muy limitada. Además, en la Sabana existen otras posibles fuentes de materiales que no han sido identificadas y caracterizadas suficientemente; mucho menos, usadas, como se plantea más adelante. En la Tabla IV se presentan algunos comentarios sobre la validez de los ensayos más conocidos y usados en nuestro medio. Los análisis petrológicos (Macro y Micro) y los análisis químicos se están usando regularmente en otros países para el estudio de las características de los materiales y muchas instituciones y agencias ha establecido desde hace algunos años métodos y normativas especiales al respecto, en especial para el estudio de los minerales reactivos en los concretos. En nuestra normatividad y términos de referencia para estudios de materiales se citan estos estudios pero no se fijan pautas al respecto. Por otro lado, aunque disponemos de excelentes petrólogos, estos especialistas tienen muy poca experiencia en ingeniería de materiales. 146

11 Tabla IV EVALUACIÓN DE LA VALIDEZ DE ALGUNOS ENSAYOS DE CALIDAD ENSAYO COMENTARIOS Desgaste DMA Índice Alargamiento- Aplanamiento Solidez en Sulfatos de Na y Mg Ha mostrado modelar de manara aceptable las solicitaciones de tenacidad y abrasión a que son sometidos los agregados pétreos en las capas del pavimento. Permiten evaluar directamente el porcentaje de partículas que no poseen formas regulares o equidimensionales. No permiten valorar otro aspecto importantes de la forma de las partículas como su angularidad. La forma de la partícula está influida además de la petrología, por el procedimiento usado para producir el triturado. Se trata de evaluar la resistencia de los agregados a la degradación por su exposición a ciclos de humedecimiento-secado y /o congelamiento-deshielo. Su uso es criticado por muchos investigadores e ingenieros de materiales quines afirman que ninguno de estos ensayos simula las condiciones reales de degradación y que además, no es reproducible en diferentes laboratorios, especialmente cuando se usa Sulfato de Sodio. 10 Adherencia en Frasco y Bandeja Estos ensayos dan alguna idea de la adhesividad de los agregados con el asfalto. Sin embargo podrían no simular las condiciones de humedad en el terreno. Se debe tener en cuenta simultanea mente el porcentaje de caras fracturadas (Se sabe que las partículas rugosas adhieren mejor que las partículas lisas) Es necesario destacar el papel de la petrología y de la geología en general en los estudios de materiales para pavimentos: en cuanto a la petrología: la mutua relación entre la génesis de los agregados pétreos y su calidad-durabilidad (el comportamamiento - durabilidad de un pavimento es en una gran medida el comportamiento durabilidad de sus materiales) En la identificación de una fuente, así como en su caracterización y desarrollo minero, juegan un papel fundamental los aspectos geológicos que tienen que ver con el tipo y naturaleza del descapote, la proporción de estériles, el volumen y geometría de los niveles útiles etc. 10 En el caso del desleimiento durabilidad de las rocas lodosas (shales tipo suelo) existen ensayos como el Ensayo de Durabilidad en Jarro (Jar-Slake Test) y el de Durabilidad al Desleimiento (Slake-Durability Test) los cuales, especialmente el segundo, podría usarse y calibrarse para evaluar las rocas lodosas (lutitas) que se usan en pavimentos. Estas rocas son las más vulnerables a la degradación en ciclos de humedecimiento secado. 147

12 4. DISCUSIÓN SOBRE LAS NORMAS Y ESPECIFICCIONES Hace muchos años el Ministerio de Obras Públicas de nuestro país adoptó normas y especificaciones usadas en países más desarrollados, sin validar su aplicabilidad a las condiciones de nuestro país, en cuanto a las características del tráfico y las condiciones climáticas y técnicas en general, pero sobre todo, sin consultar sobre las características de nuestros materiales pétreos, en particular su tipo, calidad y disponibilidad. Esas normas y especificaciones se han ido cambiando de manera más bien arbitraria y somos concientes de que la calidad de nuestros pavimentos ha sido en general deficiente. En los años ochenta el MOPT realizó un inventario nacional de fuentes de materiales que permitió establecer que la calidad de los materiales es muy variable y que solamente en el occidente del país se pueden obtener materiales de buena calidad en cantidad suficiente para atender la demanda. Parece entonces que el camino razonable es conocer primero nuestros agregados pétreos: sus características, comportamiento en obra, distribución y limitaciones, y después si embarcarse en la adopción de normas y especificaciones acordes con esa realidad. Al evaluar correctamente la variable petrológica, es posible valorar la columna estratigráfica respecto de la disponibilidad de materiales con unas ciertas propiedades y un cierto comportamiento (resistencia, resilencia, durablidad, índice de pulimento, forma de las partículas, minerales reactivos, comportmamiento y su variabilidad con el clima etc). Por otra parte en el diseño de los pavimentos se ha hecho un tránsito muy lento del uso de métodos empíricos de diseños al empleo de los métodos racionales, que convierten el diseño de pavimentos en un ejercicio geotécnico, y una vez más, en este escenario es ante todo necesario conocer la petrología de los materiales y el ambiente geológicos y climático en general. 4. DISPONIBILIDAD DE AGREGADOS PÉTREOS EN COLOMBIA Y EN LA SABANA La Facultad de Ingeniería de la Universidad nacional de Colombia realizó dos investigaciones regionales sobre el carácter y distribución de los agregados pétreos en el país Montero (1980); Castellanos y Gómez (1989), con base en las cuales se ha podido establecer la distribución de los agregados pétreos para pavimentos y concretos en Colombia, y proponer una clasificación de los mismos. (Tabla V) De acuerdo con esta clasificación, y teniendo en cuenta la distribución de las rocas en el país, se ha podido establecer lo siguiente: En el occidente del país donde abundan las rocas cristalinas ígneas y metamórficas, abundan rocas de las familias 3 y 4 (cristalinas ígneas graníticas y basálticas) de buena calidad, pero en general cubiertas por suelo residual que encarece su explotación y genera dificultades pos la disposición de estériles sobrantes. En el oriente del país, abundan las rocas sedimentarias de las familias 2, 5 y 6 (chert, shale, arenisca) cuya calidad es regular en varios aspectos, den particular en las fuentes que se 148

13 están explotando. También aquí es descapote y los estéríles plantean dificultades de explotación y disposición. En la zona del caribe abundan las rocas de las familias 1 y 2 (caliza, chert) de buen comportamiento general y relativamente fácil explotación. En todo el país existen fuentes de aluvión cuya calidad guarda una estrecha relación con la geología del entorno. La calidad de las fuentes aluviales es algo mejor debido al papel selectivo de la erosión en ese tipo de fuentes. Un aspecto de mucha trascendencia es el de las restricciones ambientales para la explotación de fuentes. Se requiere replantear la naturaleza de esas restricciones y concertar con las autoridades ambientales la aplicación racional de esas normas. En la Figura 1 se muestran datos sobre la calidad promedio de los materiales en la Sabana. De destaca lo siguiente: 1. Tres unidades litológicas son de interés: la Arenisca Dura, el Chert y materiales silíceos similares y Limolitas Silíceas 2. Los datos esta tabla muestran que la calidad de los agregados es similar a la calidad promedio para el país. Sin embargo en el caso de la Arenisca Dura, su calidad es superior al promedio para el país, pero debe aclararse que los datos contenidos en esta tabla no corresponden necesariamente con datos de las fuentes que están siendo usadas. 3. Muchas fuentes de cantera de las que se están usando, tienen deficiencias relacionadas con la planaridad de las partículas y solidez, además de sus limitaciones en la resistencia al desgaste (DMA) 149

14 Familia 01. Rocas Sedimentarias Calcáreas Ej: Caliza 02. Rocas silíceas Ej: Chert. 03. Rocas cristalinas masivas con poco cuarzo. Ej: Basalto Tabla V. Tendencias de calidad de los agregados pétreos para pavimentos en Colombia Desgaste (%) Impacto (%) Adherencia (%) y sy Cvy y sy Cvy Frasco Bandeja ± ± ± ± ± ± /48 100% 20/21 95% 41/ % 46/ % 15/20 75% 35/ % Solidez (%) 66/ % 35/ % 73/ % Índice de aplan. (%) 56/ % 29/ % 44/ % Índice de alarg. (%) 39/ % 23/ % 41/ % 04. Rocas cristalinas con cuarzo. Ej. Granito ± ± / % 21/ % 8/ % 38/ % 29/29 100% 05. Rocas laminadas y foliadas con minerales arcillosos Rocas Metamórf. Foliadas (ej Filitas) Rocas Sediment. Laminadas (ej.shales) Toda la familia ± ± ± ± ± ± /6 83.3% 4/7 57.1% 11/ % 22/ % 3/6 50% 4/5 80% 20/ % 27/ % 49/ % 3/ % 13/20 65% 18/ % 7/20 35% 13/ % 24/ % 06 Rocas Silíceas Clásticas y : sy: Cvy: Arenisca(K) ± ± Arenisca(T) ± ± Ambas (K y T) ± ± /20 75% 12/15 80% 20/ % Promedio 5/5: Número de muestras que cumplen / Número total de muestras Desviación estándar Coeficiente de variación 56/ % 9/ % 12/15 80% 36/ % 26/ % 98/ % 23/ % 17/ % 62/ % 20/23 87% 44/80 55% 4/ % J. Montero (1980) 203

15 AD Arenisca Dura AT Arenisca Tierna AU Arenisca de Une CH Chert AD Arenisca Dura AT Arenisca Tierna AU Arenisca de Une CH Chert DA depòsito Aluvial LS Limonita Silìcea PL Plaener PL+AT Combinadas En las tablas de Frecuencia Relativa Acumulada se muestra la variación de la resistencia al desgaste para rocas Colombianas en base a datos de más de 1000 fuentes de materiales (9 tablas) 204

16 FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE FAMILIA 01 - ÍGNEAS CRISTALINAS BÁSICAS, FAMILIA BASALTO BASALTO DIABASA 120,0 100,0 ANDESITA OTRAS ROCAS FAMILIA 01 80,0 Hi(%) 60,0 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 DESGASTE (%) FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE FAMILIA 02 - SEDIMENTARIAS CALCÁREAS, FAMILIA CALIZA CALIZAS 120,0 CALIZAS BIOCLASTICAS FAMILIA ,0 80,0 Hi(%) 60,0 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 DESGASTE (%) 205

17 FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE FAMILIAS 03 y 07 - SEDIMENTARIAS CLÁSTICAS, FAMILIA ARENISCA SED. CLASTICAS EDAD K 100,0 SED. CLASTICAS EDAD T FAMILIAS 03 y 07 80,0 60,0 Hi(%) 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 DESGASTE (%) FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE FAMILIA 04 - SEDIMENTARIAS LAMINADAS, FAMILIA LUTITA Y METAMÓRFICAS FOLIADAS FOLIADAS SANAS 120,0 TODAS LUTITAS FAMILIA ,0 80,0 Hi(%) 60,0 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 DESGASTE (%) 206

18 FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE FAMILIA 05 - ÍGNEAS CRISTALINAS ÁCIDAS, FAMILIA GRANITO GRANITO Y GRANODIORITA 120,0 CUARZODIORITA 100,0 OTRAS ROCAS FAMILIA 05 80,0 Hi(%) 60,0 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 DESGASTE (%) FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE FAMILIA 06 - SEDIMENTARIA CRISTALINA SILÍCEA, FAMILIA CHERT O LIDITA CHERT 120,0 LIDITA 100,0 FAMILIA 06 80,0 Hi(%) 60,0 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 DESGASTE (%) 207

19 FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE MATERIAL IGNEO-METAMORFICO ALUVION IGNEO- METAMORFICO 120,0 100,0 TERRAZA IGNEO- METAMORFICO MNC IGNEO- METAMORFICO 80,0 Hi(%) 60,0 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 DESGASTE (%) FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE MATERIAL SEDIMENTARIO 120,0 100,0 80,0 ALUVION SEDIMENTARIO TERRAZA SEDIMENTARIA MNC SEDIMENTARIO Hi(%) 60,0 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 DESGASTE (%) 208

20 FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADAS DESGASTE MATERIAL NO CONSOLIDADO 120,0 100,0 MNC IGNEO- METAMORFICO MNC SEDIMENTARIO TODO EL MNC Hi(%) 80,0 60,0 TODO MATERIAL DE CANTERA 40,0 20,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 DESGASTE (%) 209

21 CRITERIOS PETROLÓGICOS PARA CLASIFICAR LOS AGREGADOS PÉTREOS COMO MATERIALES DE PAVIMENTOS GRUPOS RESISTENCIA ADHERENCIA DURABILIDAD ÍNDICE DE FORMA 01. Rocas cristalinas con poco cuarzo o sin cuarzo. Ej: Basalto, diorita, gabro, diabasa, andesita, neis básico, anfibolita Varía de Muy Alta a Alta si la roca es fresca Excelente, salvo las variedades de grano fino o vítreas, las cuales se conocen por su textura suave y pulida. Mayor cantidad de minerales ferromagnesianos afecta su calidad en clima cálido y húmedo Trituran en fragmentos equidimensionales; sin embargo, algunos basaltos o diabasas se fragmentan en astillas En general estas rocas son problemáticas cuando están descompuestas debido a que pueden contener minerales deletéreos como la montmorillonita (expansible) o clorita, serpentina, y sericita (desleíbles). Algunas lavas como los basaltos y las andesitas con abundante vidrio usadas en concretos pueden presentar problemas de reqctividad álcali-sílica o no ahherir bien con los asfaltos en la capa de rodadura. Montero J

22 CRITERIOS PETROLÓGICOS PARA CLASIFICAR LOS AGREGADOS PÉTREOS COMO MATERIALES DE PAVIMENTOS GRUPOS RESISTENCIA ADHERENCIA DURABILIDAD ÍNDICE DE FORMA 02. Rocas con CaCO 3 : Cáliza, dolomita. Alta, comparable con algunas rocas ígneas Excelente Satisfactoria Trituran en fragmentos equidimensio-nales si no contienen impurezas Desmejora en todas sus cualidades en la medida que contengan impurezas de mica y arcilla con lo cual se vuelven porosas y débiles. Su tendencia a la disolución no afecta su calidad como agregado de pavimentos, debido a que, en este caso, los carbonatos reprecipitan dentro del pavimento sin perder su capacidad auto-aglutinante. Algunas calizas biógenas son problemáticas. Montero J