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jueves, 13 de diciembre de 2018

¿Cómo hemos llegado a los actuales firmes asfálticos? Unos pequeños apuntes históricos - Parte 4 llegando a las mezclas asfalticas actuales

    Hasta avanzado el siglo XIX, en la década de los 70s, no se prodría hablar de verdaderos antecedentes de las composiciones asfálticas actuales, de mezclas con una granulometría definida.
    Hasta entonces, las mezclas asfálticas, o asfaltos como se les denominaba, empleadas desde la década de los 30s, ya descritas en los artículos anteriores, partían de macadam regado con alquitrán in situ o bien eran morteros de asfalto natural con arena de aportación externa además de la propia de constitución de la roca asfáltica que aportaba el ligante a la mezcla. En los másticos de asfalto natural, la alta proporción de asfalto natural (alrededor del 40% de la mezcla) suponía un factor de coste que hace surgir la idea de incorporar áridos locales, para reducirlo. No es hasta 1870 que la idea fructifica exitosamente.

lunes, 19 de noviembre de 2018

¿De cuándo son el primer ensayo y primeros criterios para caracterizar una mezcla bituminosa en caliente? Todo indica que se deberían al ingeniero de Ponts et Chaussées M.Coulaine, que los publicó en 1849.

   A un ingeniero francés de Ponts el Chaussées, menos conocido de lo que merece, es a quién debemos lo que es, probablemente, el primer ensayo para caracterizar una mezcla bituminosa y poder decidir la composición idónea de la misma. 

     Estamos a mediados del Siglo XIX, en Francia, en la zona de Saumur de la que era responsable este gran ingeniero, pionero en la investigación de las aplicaciones en pavimentos de carreteras y puentes de composiciones derivados de los asfaltos naturales de Seyssel. Hablamos de M. de Coulaine.  

¿Cómo hemos llegado a los actuales firmes asfálticos? Unos pequeños apuntes históricos- III. Las rocas bituminosas y el desarrollo del empleo de asfaltos naturales



         Continuando la serie “¿Cómo hemos llegado a los actuales firmes asfálticos?”, tras los firmes de piedra partida y los tratados con alquitrán de hulla, ahora toca indagar en los antecedentes del empleo moderno del asfalto en la pavimentación urbana y de las carreteras, en las etapas que se desarrollan desde el siglo XVIII hasta principios del XX, dejando de lado o saltando los consabidos usos de betún nativo en otras épocas de la Antigüedad.

       Comenzamos con el desarrollo de las aplicaciones basadas en  asfaltos naturales, es decir los derivados de rocas bituminosas, y se continñua con la historia de la introducción de estos asfaltados en España, a mediados del XIX.

miércoles, 14 de noviembre de 2018

Reciclar, reciclar y volver a reciclar: economía circular sin fin de los firmes asfálticos, pero, ¿Sabemos cuál es el ligante que, realmente, gobierna el comportamiento de la mezcla y en qué proporción?

Comunicación presentada en el Simposio Nacional de Firmes de 2018 (SNF2018)

     Existe riesgo de presencia de  "Árido Negro" por insuficiente calentamiento y disgregación del RAP en mezclas recicladas, cuando se incorpora RAP frío y se sobrecalientan los áridos para conseguir la temperatura necesaria en la mezcla. Ello puede alterar sustancialmente tanto la hipótesis de partida de mezcla del ligante envejecido del RAP con el nuevo (o rejuvenecedor, en su caso) de aportación como los resultados del control de calidad en cuanto a granulometría real de la mezcla y contenidos del ligante "activo"
Árido negro envuelto en ligante nuevo               Mezcla reciclada con presencia de áridos negros

martes, 13 de noviembre de 2018

La evolución tecnológica del Guerrero del Termómetro: Lo que se hacía, lo que se hace y lo que debe hacerse en el control térmico de las mezclas asfálticas


   La evolución del Guerrero del Termómetro y su armamento, una alegoría de los avances en el control de calidad, en cuanto a la temperatura en la puesta en obra de las  mezclas bituminosas en caliente.
     En el reciente Simposio Nacional de Firmes, SNF1048, se trató el control térmico de las mezclas asfálticas y se citó lo yo llamé en su día, en la VII Jornada de Ensayos de mezclas bituminosas celebrada en 2017, El Guerrero del Termómetro.
     En aquella Jornada se discutió en una Mesa redonda sobre cómo dar valor a los controles internos de las empresas y, concretamente, acerca de la necesidad de complementariedad de los Controles de Producción en Factoria (FPC), el control requerido en el PG-3 (u otro pliego) y las asistencias.

jueves, 8 de noviembre de 2018

¿Cómo hemos llegado a los actuales firmes asfálticos? Unos pequeños apuntes históricos - Parte 2. Los firmes se tiñen de oscuro hullero.

Los problemas del polvo de las carreteras y calles con las tipologías de firme de Telford y MacAdam, agravados con la aparición del automóvil (descritos en la literatura de entonces "como nubes de polvo que levanta el paso con velocidades de meteoro de los automóviles"), impulsaron el estudio y aplicación de soluciones basadas en incorporar ligantes que aportasen cohesión, como aceites, petróleo, alquitrán de hulla o asfaltos, bien en forma de riego sobre el macadam ya colocado, ya sea superficial o profundo,  o bien como revestimientos con capas conglomeradas con esos ligantes.
En este artículo se hace un pequeño recorrido por la generación de las soluciones basadas en alquitrán de hulla.

jueves, 11 de octubre de 2018

¿Cómo hemos llegado a los actuales firmes asfálticos? Unos pequeños apuntes históricos - Parte I. Antecedentes y firmes granulares

Unos pequeños apuntes históricos     

      La ingeniería viaria romana supuso un enorme y decisivo avance en la concepción, construcción y conservación de su vastísima red de calzadas, las carreteras interurbanas (por favor, no confundirlas,  como es frecuente, con las calles urbanas pavimentadas con losas) con unos eficientes diseños de la sección del firme, siendo pioneros en la introducción del concepto multicapa en su estructura. Desgraciadamente, tras la desaparición del imperio romano y su fuerte autoridad, estos conceptos se fueron perdiendo y dejando de aplicar a lo largo de la Edad Media, a la vez que desaparecía la organización de las responsabilidades de mantenimiento, por lo que la red de calzadas romanas, huérfanas de una adecuada conservación se fue degradando hasta  casi desaparecer. Así, en el Medievo, a poco que las condiciones climáticas no fueran favorables, los caminos se convertían en prácticamente intransitables.
     Transcurrieron así penosas centurias y no fue hasta finales del siglo XVII en que se empieza a comprender la importancia de las comunicaciones terrestres y la necesidad de disponer de vías transitables para los carruajes. Ello hace que aparezcan nuevas ideas y diseños en los firmes de los caminos, que se podrían considerar precursores de los conceptos actuales como los de, sucesivamente, Trésaguet, Telford y McAdam, que se describen en lo que sigue.

La técnica francesa.  

Como Francia fue una de las primeras naciones modernas en asimilar las necesidades del transporte, es ahí donde, en el XVIII, surgen instrucciones gubernamentales a los ingenieros provinciales de Ponts et Chaussées para mejora de la red de caminos y su mantenimiento, como la del 13/6/1738 “Memoire instructif sus la reparation des chemins” emitida por Philibert Orry, controlador general de finanzas del Reino. Ello hace que aparezcan nuevas ideas y diseños de los firmes de las carreteras que se podrían considerar precursores de los conceptos actuales.
     Los más relevantes e influyentes fueron los debidos a Pierre Marie Jérôme Trésaguet (1716-1834), ingeniero de P. et C., Inspector general  de la región de Limoges, que presentó en septiembre de 1775 una síntesis de diversas experiencias y sus propias reflexiones en su “Mémoire sur la construction et l'entretien des chemins de la Génératité de Limoges”, que fue al poco propuesta como modelo por la Asamblea de P. et C. al resto de ingenieros. Trésaguet acabo siendo nombrado Inspector General de Ponts et Chaussées de Francia por Luis XVI
Fig.1 Trésaguet
     En ella Trésaguet proponía una estructura del firme de unas 10 pulgadas de espesor (menor que las alternativas comúnmente usadas), constituida por una explanada en bombeo sobre la cual sitúa sistema tricapa, con una capa de base construida con piedras ligeramente piramidales encajadas de canto a mano, una capa intermedia de piedras más pequeñas colocadas manualmente, rotas y encajadas con pisones para rellenar los huecos y finalmente, una última capa de 3 pulgadas de espesor de piedra muy dura y menuda (“del tamaño de una nuez”) obtenida por fragmentación con martillo. En la Fig.2 se recoge la descripción original y sus dibujos).
Fig 2 Tipo de estructura de firme propuesta por Trésaguet
       A su vez, introduce y da importancia a los conceptos relativos al drenaje superficial con la disposición de cunetas laterales que, además, hace que se revistan con piedra para evitar su erosión por el agua en tramos con pendientes (Fig.3).
Fig 3– Secciones de una carretera

La técnica de afirmado en Gran Bretaña

Posteriores a las ideas de Trésaguet son las aportaciones del autodidacta escocés Thomas Telford (1757-1834) (sí, el que es más conocido por sus puentes y ser fundador del Instituto de Ingenieros Civiles). 
Fig.4 Thomas Telford.
     Telford, a partir de 1802 tras ser nombrado supervisor de las obras públicas en las Highlands escocesas empezó a interesarse por las carreteras y sus problemáticas, proponiendo limitar las pendientes del trazado a 1/30 para no incrementar el número de animales de tiro de los carros y generando diseños inspirados en resistir las mayores cargas a que se sometían, focalizando su resistencia en un robusto cimiento. Con esas ideas construyó más de 1000 km de carreteras, que se revelaron resistentes y duraderas, aunque con un coste de construcción alto.
     La estructura de firme era del tipo tricapa, con una capa de base muy resistente formada por una capa de piedras grandes cuidadosamente colocadas a mano con un  espesor variable que iba desde 17 cm (7”) en el centro a 10 cm (4”) en el borde, con las que se conseguía el bombeo (no inferior a 1%), para evacuar el agua de la calzada a las cunetas. Encima se colocaba una capa de 17 cm (7”) de piedra partida con 50 mm de tamaño máximo y, finalmente, una rodadura de una pulgada de espesor piedra machacada.
Fig.5  Estructura de firme de Telford y aplicación en una carretera
     En las fotos que siguen se aprecia una aplicación tardía, 1894, del sistema Telford en una calzada norteamericana, en Seminary Ridge
Elaboración de material para la capa de base
Sección de la capa de base
la sección a falta de la ultima capa de rodaje
Sección terminada, compactación con triciclo a vapor
Fig.6  Seminary Ridge -Ejecución de firme  

  Un estándar. La macadización de las carreteras

Tras las ideas anteriores surgió una nueva concepción, la de John Loudon MacAdam, que publicó en 1820 su “Remarks on the present system od road making. The method of making, repairing and preserving roads”, que supuso un cambio muy importante en la pavimentación de las carreteras, introduciendo el drenaje de la base del firme con una plataforma con bombeo acusado y una estructura granular en capas.
     Esta tipología, más barata que la de Telford, se expandió rápidamente por todo el mundo a partir de 1820. Además, no implicaba tanto trabajo artesanal como la colocación de la primera capa en las soluciones de Trésaguet y Telford. 
Fig.7 John Loudon MacAdam y su famoso documento

     La pintura de Carl Rakeman que sigue describe el proceso manual de "macadización" en carreteras, con las cunetas, picapedreros, extensión de las capas, los supervisores, etc. El cuadro de 1823 se refiere a la primera superficie de este tipo en construcción en USA, en la Boonsborough Turnpike Road, en Maryland. Su compactación ya se hizo con un cilindro de acero tirado por caballo (al fondo del cuadro).
Fig.8  Ejecución de macadam en Turnpike Road, Maryland - 1823 (Carl Rakeman).
         En las estructuras de firme de MacAdam se incluía un drenaje la explanada, por lo que tendría siempre un bombeo que permitiese la evacuación del agua. Las capas de­berían ser de piedra partida para tener una buena angularidad. Un firme tipo tenía un espesor de unos 25 cm, con dos primeras capas con un tamaño máximo de 75 mm y una última de rodadura de 5 cm con tamaño máximo de 25 mm. La razón de utilizar el tamaño de árido máximo de 25 milímetros (1 pulgada) era proporcionar un pavimento “liso” para las ruedas del carro. La compactación de las capas se llevaba a cabo con cilindros remolcados por caballerías o, una vez disponibles, por compactadores autopropulsados, inicialmente a vapor (steam roller) y luego con motores de explosión. 
         Con la progresiva mecanización desaparecieron los picapedreros y la obtención in situ de la piedra de las capas de firme, transportándose el material ya elaborado desde las instalaciones de machaqueo en las canteras. En la Fig.10 se muestra un tren de dúmperes remolcados por un tractor de vapor.

Fig.9 Construcción de la capa de base. 
Operarios, la mayoría con gafas, con martillos para acabar de reducir los tamaños.

Fig.10  El transporte de macadam desde la machacador en cantera en 1910.

El macadam se impuso con rapidez en ese siglo en las carreteras, hasta que la aparición del automóvil y sus mayores velocidades dio lugar a nuevos y serios problemas: generación de polvo y erosiones. Se llegaron a emplear equipos de pulverización de agua sobre el pavimento para  reducir la generación de polvo.
Fig.11  Recarga de agua en un equipo de regado de carreteras
     El polvo era, además, un aspecto muy negativo que solía hacer inviable su empleo en calles urbanas; de hecho tras varias experiencias en calles de Londres entre 1824 y 1826, la oposición de los habitantes llegó a obligar a reponer las tipologías anteriores en algunas calles macadamizadas  (Darcy- Ref.1). Además, el polvo daba lugar, junto con la contaminación de excrementos de las caballerías de carruajes, a barros y lodos en época de lluvias, amén de malos olores; para evitarlo se usaban profusamente equipos de limpieza como del de la Fig 11a
Fig 11a-Equipo de limpieza  y perfilado (Delano 1880)

No obstante, en otros casos, una adecuada elección de los materiales y una cuidadosa ejecución llegaban a ofrecer buenos resultados, como los obtenidos en ciertas calles de Madrid según describe detalladamente, y con cierto entusiasmo, Mariano de Castro en un artículo de 1899 en la Revista de Obras Públicas (Ref.2):
     "Se construyen en Madrid con tal cuidado, que bien puede decirse que son un verdadero modelo. Podría citar alguna calle construida hace diez años, que con un movimiento regular, superior seguramente al de la mayoría de las carreteras, no ha presentado en este tiempo una sola rodada, y se ha desgastado tan por igual, que ha sido necesario hacerle un recargo general con un espesor casi el mismo que se le dio al construirla. Este hecho indica no sólo el esmero de su construcción y conservación, sino también la bondad de los materiales y los excelentes medios de que aquí podemos disponer.     ....... 
    Conservación. Afirmados Mac-Adam.-Los pavimentos de esta naturaleza tienen sus peones camineros, que se cuidan de barrerlos, quitarles el barro, etc. Alguna vez es necesario bachear, cuando el afirmado está muy desgastado; pero jamás es preciso tapar rodadas, debido sin duda á la buena construcción y conservación. Un punto hay, sin embargo, que requiere algún cuidado, y en el que es seguro hay que bachear cuando la calle está bastante trabajada, y es, el mordiente de unión de la cuneta de granito y el firme. Sin duda el no poder comprimir esta parte el cilindro de vapor y al propio tiempo la difícil unión del afirmado y los adoquines, llega á producir este resultado.  .........
     Todos los años se receban las calles, y esta operación se ejecuta así que se ve que empiezan a descarnarse, y durante el estío se tiene cuidado de regarlos de cuando en cuando. para evitar la desagregación del material; pero he de consignar aquí que durante el verano de 1898, por carecer de manguitos para cargar las cubas de agua, nos vimos privados de este gran auxilio, sin que por ello sufrieran grave alteración la mayor parte de los afirmados del ensanche, que es á los que en todo esto me vengo refiriendo"
   También resulta destacable como este artículo ya muestra la aplicación de prácticas de reciclado de residuos de construcción y demolición en la formación de la base o explanada donde apoyar el macadam:
     "Abierta la caja dándole ya, por lo regular, algún bombeo, se hace entrar el cilindro de vapor que la apisona bastante bien con unas cuantas pasadas. Se echa en seguida una capa de escombros procedentes de derribos, y á los que se conoce con el nombre de calizo. Si en estas condiciones entrara de nuevo la máquina, se reducirían estos escombros á polvo, sin haber conseguido ningún efecto útil, por esta razón se riega en abundancia, pero no tanto que pueda producirse barro, y entonces es cuando pasa de nuevo la máquina; otra vez vuelve á regarse, y después de haber dejado que el suelo se oree, se hace pasar de nuevo el cilindro, quedando construido el cimiento con dureza tal, que podría pasar impunemente cualquier carro sin alterar la superficie."

      Las tres tipologías descritas se muestran en el esquema de la Fig.12. Esas estructuras multicapa, habían sentado unos conceptos que se difundieron en la ingeniería de carreteras.  
Fig 12 Esquema con tipologías de firme del XVIII y XIX           (Enciclop.britanica)
      Los problemas del polvo de las carreteras y calles con las tipologías anteriores se resolvieron cuando se empezaron a incorporar ligantes que aportaban cohesión, como aceites, alquitrán de hulla o, más tarde, asfaltos, en forma de riego profundo, de penetración, de ligante caliente sobre el macadam ya colocado o ya propiamente revestimientos con capas de mezclas conglomeradas con esos ligantes. Su generación y secuencia histórica se trata en la segunda parte de este artículo.

Referencias

Ref.1 - M.Darcy - Rapport sur le pavage et macadamisage des chauseées de Londres et de Paris - Annales de Ponts et Chausees 1850
Ref.2 - Mariano de Castro-Los afirmados de las calles de Madrid- Revista Obras Publicas nº 1256 -1899

Continuación de este post: