La Mezcla Asfáltica SMA (Stone Mastic Asphalt) es una mezcla asfáltica de granulometría discontinua y alta durabilidad con un 70–80% de agregado grueso que forma un esqueleto piedra-contra-piedra, un mástico rico en ligante y filler, y estabilización con fibras. Se utiliza como capa de rodadura premium para autopistas y pistas de aeropuertos, proporcionando excepcional resistencia a la deformación permanente, durabilidad, fricción y reducción de ruido.
La Mezcla Asfáltica SMA (Stone Mastic Asphalt) — conocida en Norteamérica como Stone Matrix Asphalt y en las normas europeas (EN 13108-5) como Stone Mastic Asphalt — es una mezcla asfáltica en caliente (HMA) de granulometría discontinua diseñada en torno a un principio de soporte de carga fundamentalmente diferente al de las mezclas asfálticas convencionales de granulometría densa o continua. En la SMA, la fracción de agregado grueso (típicamente 70–80% del peso total del agregado) forma un esqueleto pétreo tridimensional entrelazado donde las partículas individuales de agregado están en contacto directo entre sí. Este esqueleto piedra-contra-piedra es la característica definitoria de la SMA y el mecanismo principal detrás de su excepcional resistencia a la deformación permanente.
El concepto se originó en Alemania en la década de 1960 como respuesta directa al severo desgaste del pavimento causado por los neumáticos de invierno con clavos en la red de autopistas Autobahn. Los ingenieros de carreteras alemanes reconocieron que el asfalto convencional de granulometría densa no podía soportar la acción abrasiva de los clavos metálicos combinada con el tráfico pesado de camiones. Su innovación fue crear una mezcla con una alta proporción de agregado grueso y durable que resistiera tanto el desgaste abrasivo de los clavos de los neumáticos como la deformación permanente (ahuellamiento) de las cargas de tráfico. Los primeros pavimentos SMA documentados se colocaron en la red Autobahn alemana a finales de los años 1960 y principios de los 1970, donde demostraron vidas útiles dos o tres veces más largas que el asfalto convencional bajo las mismas condiciones de tráfico. Suecia y otros países escandinavos con uso de neumáticos con clavos adoptaron pronto la SMA, y para la década de 1980 la SMA se había convertido en la capa de rodadura estándar para carreteras de alto tráfico en gran parte de Europa Occidental.
La SMA se introdujo en Estados Unidos en 1990 tras la Gira Europea de Estudio de Asfalto realizada conjuntamente por la Administración Federal de Carreteras (FHWA), la Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras y Transporte Estatales (AASHTO) y la Asociación Nacional de Pavimentos Asfálticos (NAPA). Una delegación de 20 ingenieros de pavimentos estadounidenses recorrió Alemania, Suecia, Dinamarca e Italia para observar la construcción y el rendimiento de la SMA de primera mano. El primer pavimento SMA en EE. UU. se colocó en Wisconsin en 1991 en un tramo de la US-45, seguido de proyectos demostrativos en Míchigan, Georgia y Missouri durante el mismo año. Para 2022, 18 estados utilizaban rutinariamente SMA en rutas interestatales y estatales con altos volúmenes de tráfico, según encuestas realizadas por asociaciones estatales de pavimentos asfálticos.
El comportamiento estructural de la SMA se verifica mediante el criterio de Vacíos en el Agregado Grueso (VCA), una verificación volumétrica fundamental que asegura que el esqueleto pétreo esté correctamente desarrollado. Se comparan dos valores de VCA: el VCA de la fracción de agregado grueso varillado en seco (VCADRC) determinado según AASHTO T 19 / ASTM C 29 (Método de Ensayo Estándar para Densidad Aparente y Vacíos en Agregados), y el VCA de la mezcla SMA compactada (VCAmezcla). Para que el esqueleto piedra-contra-piedra esté correctamente desarrollado, debe cumplirse la siguiente condición:
VCAmezcla < VCADRC
Cuando se cumple esta condición, el mástico (una mezcla de ligante asfáltico, filler mineral y fibras estabilizantes) llena solo los vacíos intersticiales entre las partículas de agregado grueso sin separarlas. Si VCAmezcla excede a VCADRC, el volumen de mástico es demasiado alto en relación con el espacio vacío disponible y separa las partículas de agregado grueso, destruyendo el contacto piedra-contra-piedra y comprometiendo la resistencia a la deformación permanente. Esta verificación se realiza utilizando el tamiz de punto de quiebre — el tamiz que separa el agregado grueso de la matriz. El tamiz de punto de quiebre es típicamente el tamiz de 4.75 mm (No. 4) para mezclas con TMAO de 12.5 mm y 19 mm, o el tamiz de 2.36 mm (No. 8) para mezclas con TMAO de 9.5 mm. Para TMAO de 25 mm, el punto de quiebre es 4.75 mm, y para TMAO de 4.75 mm, el punto de quiebre es 1.18 mm.
La SMA se define por su composición distintiva, que difiere marcadamente de la HMA convencional de granulometría densa. La mezcla consta de tres componentes estructurales primarios: agregado grueso para el esqueleto portante, mástico (ligante más filler mineral más aditivo estabilizante) para la unión y durabilidad, y el sistema de vacíos de aire que determina la permeabilidad y durabilidad.
La fracción de agregado grueso constituye el 70–80% del peso total del agregado y es responsable del esqueleto portante piedra-contra-piedra. Debido a que el esqueleto debe soportar las cargas de tráfico sin descomponerse, los requisitos de calidad del agregado en SMA son significativamente más estrictos que para la HMA convencional. El agregado grueso se considera generalmente como la fracción retenida en el tamiz de punto de quiebre, más comúnmente el tamiz de 4.75 mm (No. 4).
La norma AASHTO M 325 establece los siguientes umbrales de calidad para el agregado grueso en SMA:
| Ensayo | Método | Máximo / Mínimo |
|---|---|---|
| Abrasión Los Ángeles, % pérdida | AASHTO T 96 | 30 máx. |
| Partículas Planas y Alargadas (relación 3:1), % | ASTM D 4791 | 20 máx. |
| Partículas Planas y Alargadas (relación 5:1), % | ASTM D 4791 | 5 máx. |
| Absorción de Agua, % | AASHTO T 85 | 2.0 máx. |
| Solidez (5 ciclos, Na2SO4), % | AASHTO T 104 | 15 máx. |
| Solidez (5 ciclos, MgSO4), % | AASHTO T 104 | 20 máx. |
| Contenido Triturado (una cara), % | ASTM D 5821 | 100 mín. |
| Contenido Triturado (dos caras), % | ASTM D 5821 | 90 mín. |
La forma del agregado es crítica para el rendimiento de la SMA. Los agregados cúbicos son fuertemente preferidos porque proporcionan mejor trabazón y son menos propensos a fracturarse durante la compactación. Las partículas planas y alargadas — definidas como partículas con una relación de dimensión máximo-mínimo de 3:1 o mayor según ASTM D 4791 — están limitadas porque tienden a romperse durante la compactación y pueden alinearse horizontalmente bajo la carga del tráfico, reduciendo la efectividad del esqueleto pétreo. El DOT de Georgia ha establecido una relación entre la pérdida por abrasión LA y el contenido permitido de partículas planas y alargadas: los agregados con abrasión LA del 30% o menos pueden tolerar hasta un 20% de partículas planas y alargadas en relación 3:1, mientras que los agregados con abrasión LA del 25% o menos pueden tolerar hasta un 45% de partículas planas y alargadas. Esto demuestra que la tenacidad del agregado (resistencia a la abrasión) puede compensar en cierta medida una forma de partícula menos deseable.
La investigación en la Pista de Pruebas NCAT demostró que una SMA con TMAO de 12.5 mm con agregado de granito que contenía 28% de partículas planas y alargadas en relación 3:1 exhibió menos de 5 mm de ahuellamiento después de más de 10 millones de ESAL. Este hallazgo sugiere que el máximo estándar del 20% de partículas planas y alargadas especificado en AASHTO M 325 puede ser conservador para agregados con valores bajos de abrasión LA. El DOT de Georgia ha revisado desde entonces su especificación para usar una relación 5:1 con un máximo del 10% de partículas planas y alargadas, junto con una abrasión LA máxima del 45%.
El ligante asfáltico utilizado en SMA es típicamente dos grados de desempeño superiores al grado de alta temperatura estándar de la agencia para mezclas de granulometría densa en la misma zona climática. Por ejemplo, si una ubicación requiere PG 64-22 para HMA convencional, la especificación SMA exigiría PG 76-22 — un ligante modificado con polímeros con rigidez y elasticidad superiores a altas temperaturas. La selección sigue la norma AASHTO M 320 (Ligante Asfáltico Clasificado por Desempeño) con ajustes según AASHTO M 323 para la carga de tráfico y el clima de diseño.
La modificación del ligante para SMA utiliza comúnmente copolímeros de bloque SBS (estireno-butadieno-estireno) a tasas de dosificación del 3–5% del peso del ligante. La modificación con SBS proporciona mayor rigidez a altas temperaturas de servicio, mejor elasticidad para una resistencia a la fatiga mejorada, mejor adhesión al agregado para reducir el daño por humedad, y mayor viscosidad a las temperaturas de producción que contribuye a la prevención del escurrimiento. El caucho de neumático molido (GTR) de neumáticos reciclados también se utiliza como modificador del ligante en SMA, particularmente en estados con programas de reciclaje de neumáticos. Los ligantes modificados con GTR mejoran la resistencia a la deformación permanente, reducen el ruido neumático-pavimento y proporcionan beneficios ambientales mediante la utilización de neumáticos de desecho.
El alto contenido de ligante en SMA produce un espesor de película asfáltica aproximadamente 25% mayor que las mezclas convencionales de granulometría densa. Esta película más gruesa proporciona una reserva de ligante que ralentiza el envejecimiento oxidativo y extiende la vida a fatiga.
El contenido de filler mineral en SMA generalmente oscila entre el 8–12% del peso total del agregado — significativamente más alto que el 4–7% típico de la HMA de granulometría densa. El filler realiza varias funciones críticas: aumenta la rigidez del mástico, llena pequeños vacíos dentro del esqueleto pétreo, reduce el volumen efectivo de ligante disponible para el escurrimiento, y mejora la adhesión entre el ligante y el agregado. Los materiales de filler mineral utilizados en SMA incluyen polvo de trituración (finos de caliza o dolomita), cal hidratada, ceniza volante (Clase C o F), polvo de horno de cemento y finos de escoria. El filler debe tener un índice de plasticidad de 4 o menos, un límite líquido máximo del 25%, debe estar libre de impurezas orgánicas, y típicamente debe tener vacíos Rigden modificados de menos del 50%. La cal hidratada es particularmente común en SMA porque funciona tanto como filler mineral como agente anti-desprendimiento mediante la modificación química de la interfaz ligante-agregado.
Debido a que la SMA contiene una estructura de agregado de granulometría discontinua con partículas de tamaño arena eliminadas o reducidas y un alto contenido de ligante, la mezcla es susceptible al escurrimiento del ligante — el fenómeno donde el ligante líquido se separa del agregado y drena durante la producción, almacenamiento en silo y transporte. Sin estabilización, el ligante en la SMA fluiría por gravedad a través de los espacios vacíos creados por la estructura de agregado de granulometría discontinua. El escurrimiento se previene añadiendo aditivos estabilizantes, principalmente fibras, que absorben el ligante, crean una red de retención tridimensional y aumentan la viscosidad del mástico.
Las fibras celulósicas son el aditivo estabilizante más utilizado en SMA a nivel mundial. Son fibras orgánicas derivadas de pulpa de madera virgen (típicamente de pino o abeto) o procesadas a partir de papel reciclado. La celulosa se refina mediante un proceso termomecánico en fibras individuales con longitudes de 0.1–5.0 mm y diámetros de 15–45 micras. La tasa de dosificación típica es del 0.3% del peso total de la mezcla, equivalente a aproximadamente 3 kg de fibra por tonelada métrica de mezcla asfáltica.
Las fibras celulósicas previenen el escurrimiento mediante tres mecanismos complementarios: absorción de ligante — la estructura fibrosa proporciona una alta superficie específica (típicamente 0.5–1.5 m²/g), permitiendo que cada fibra absorba hasta 5–10 veces su propio peso en ligante líquido; formación de red tridimensional — las fibras se dispersan aleatoriamente por todo el mástico, creando una matriz entrelazada que restringe físicamente el flujo del ligante; y modificación de la tensión superficial — la presencia de fibras altera las fuerzas capilares dentro del mástico al aumentar la superficie interna.
Las fibras celulósicas están disponibles comercialmente en dos formas físicas: fibras sueltas (forma esponjada o triturada suministrada en sacos o fardos) y fibras pelletizadas. Los productos pelletizados como VIATOP® (fabricado por JRS GmbH/RETTENMAIER) combinan 65–70% de fibras celulósicas con 30–35% de betún como ligante en pequeños pellets cilíndricos de aproximadamente 4–6 mm de diámetro. Los pellets fluyen fácilmente a través de los equipos de dosificación, generan un mínimo de polvo en el aire y se dispersan uniformemente en el proceso de mezclado a medida que el componente bituminoso se funde a temperaturas superiores a 140°C.
Las fibras minerales (también llamadas lana de roca, lana de piedra o fibras de basalto) son fibras inorgánicas fabricadas a partir de basalto, diabasa o escoria fundidos que se hilan o estiran en forma fibrosa. La materia prima se funde a 1.400–1.600°C, luego se hila en fibras con longitudes de 0.1–10.0 mm y diámetros de 2–10 micras. La tasa de dosificación típica es del 0.3–0.4% del peso total de la mezcla.
| Propiedad | Fibra Celulósica | Fibra Mineral |
|---|---|---|
| Materia prima | Pulpa de madera / papel reciclado | Basalto / diabasa / escoria |
| Tasa de dosificación típica | 0.3% del peso de la mezcla | 0.3–0.4% del peso de la mezcla |
| Longitud de fibra | 0.1–5.0 mm | 0.1–10.0 mm |
| Diámetro de fibra | 15–45 micras | 2–10 micras |
| Estabilidad térmica | Se degrada por encima de 220°C | Estable hasta 650°C+ |
| Absorción de ligante | Alta | Moderada |
| Superficie específica | 0.5–1.5 m²/g | 0.2–0.8 m²/g |
| Manipulación | Las formas pelletizadas reducen el polvo | El polvo fibroso requiere ventilación |
| Costo relativo | Menor | Mayor |
Las fibras minerales ofrecen estabilidad térmica superior en comparación con las fibras celulósicas. No se queman, degradan ni pierden integridad estructural a las temperaturas de producción de asfalto (típicamente 160–180°C), lo que las hace particularmente valiosas cuando la SMA se produce a temperaturas más altas o cuando se anticipa un almacenamiento prolongado en silo. Sin embargo, su mayor densidad significa que una masa determinada de fibra mineral contiene menos fibras individuales que la misma masa de fibras celulósicas, requiriendo la tasa de dosificación más alta.
Los ligantes modificados con polímeros (PMB) se han utilizado cada vez más junto con la estabilización con fibras o como alternativas a esta. La modificación con polímeros — típicamente SBS (estireno-butadieno-estireno) al 3–5% del peso del ligante — aumenta la viscosidad del ligante a las temperaturas de producción, reduciendo la velocidad a la que el ligante puede drenar a través de la estructura del agregado. El FHWA TechBrief sobre SMA (FHWA-HIF-22-042) señala específicamente que el uso de ligante asfáltico modificado con polímeros junto con fibra aumenta la durabilidad y la resistencia tanto a la deformación permanente como al agrietamiento.
Se ha demostrado que los aditivos para Mezcla Asfáltica Tibia (WMA) reducen el escurrimiento en SMA al permitir la producción y compactación a temperaturas 20–40°C más bajas que la mezcla en caliente convencional. A temperaturas de producción más bajas, la viscosidad del ligante es mayor y el escurrimiento se reduce. Algunos aditivos WMA — particularmente los surfactantes químicos y las ceras orgánicas — también modifican las propiedades reológicas del ligante de maneras que reducen aún más el drenaje.
El ensayo de escurrimiento de ligante Schellenberg, estandarizado en Estados Unidos como AASHTO T 305 — Método de Ensayo Estándar para la Determinación de las Características de Escurrimiento en Mezclas Asfálticas Sin Compactar, es el método de ensayo definitivo para evaluar la efectividad de los aditivos estabilizantes en SMA. El ensayo lleva el nombre de su desarrollador alemán, el Dr. Karl Schellenberg, y también está especificado en EN 12697-18 (Mezclas Bituminosas — Métodos de Ensayo — Parte 18: Escurrimiento de Ligante) para aplicaciones europeas.
$$ \text{Escurrimiento (%)} = \frac{A - B}{C} \times 100 $$
Donde:
La norma AASHTO M 325 especifica un escurrimiento máximo del 0.3% del peso total de la mezcla cuando se ensaya a la temperatura de producción de la planta durante una hora. Las mezclas que exceden este umbral requieren ajustes como aumentar la tasa de dosificación de fibra, cambiar a un tipo de fibra diferente, usar ligante modificado con polímeros, ajustar la granulometría para aumentar el contenido de finos, o reducir la temperatura de producción. En la práctica, las mezclas SMA bien diseñadas con estabilización adecuada de fibras alcanzan típicamente valores de escurrimiento de 0.05–0.20%. El ensayo también se utiliza para establecer tiempos seguros de almacenamiento en silo.
El procedimiento de diseño de mezcla SMA está documentado en la norma AASHTO R 46 — Práctica Estándar para el Diseño de Stone Matrix Asphalt (SMA) y utiliza el Compactador Giratorio Superpave (SGC) para la compactación de probetas a 100 giros para el nivel de diseño. El procedimiento sigue cinco pasos básicos similares al diseño HMA convencional, con criterios específicos y ensayos de verificación únicos para SMA.
Los materiales se seleccionan y ensayan para verificar el cumplimiento de los requisitos de calidad de AASHTO M 325. La selección de materiales incluye agregado grueso (100% triturado, que cumpla con los requisitos de abrasión LA, planos/alargados, solidez, absorción y cara fracturada), agregado fino (100% triturado, no plástico, que cumpla con los requisitos de angularidad y solidez), filler mineral (IP ≤ 4, límite líquido ≤ 25%, libre de impurezas orgánicas), ligante asfáltico (típicamente dos grados PG superiores al estándar para el clima) y aditivo estabilizante (fibra celulósica al 0.3% o fibra mineral al 0.4%).
Se desarrollan tres mezclas de prueba — granulometría gruesa (porcentaje mínimo que pasa el tamiz de punto de quiebre), granulometría intermedia (rango medio) y granulometría fina (porcentaje máximo que pasa el tamiz de punto de quiebre) — dentro de las bandas granulométricas especificadas por la agencia. La granulometría debe ser discontinua, con las fracciones de tamices intermedios minimizadas para facilitar el contacto piedra-contra-piedra.
| Tamaño de Tamiz | Porcentaje que Pasa (TMAO 12.5 mm) |
|---|---|
| 19.0 mm (¾ pulg) | 100 |
| 12.5 mm (½ pulg) | 90–100 |
| 9.5 mm (⅜ pulg) | 50–80 |
| 4.75 mm (No. 4) — punto de quiebre | 20–35 |
| 2.36 mm (No. 8) | 16–24 |
| 0.075 mm (No. 200) | 8–11 |
Las probetas se compactan a 100 giros en el SGC y se evalúan para vacíos de aire (objetivo 4.0%), VMA (mínimo 17.0%), VCAmezcla (debe ser menor que VCADRC) y densidad (gravedad específica aparente Gmb según AASHTO T 166 o T 331).
Las probetas se compactan a tres o más contenidos de ligante (típicamente 5.5%, 6.0% y 6.5%). El contenido de ligante de diseño se selecciona para lograr 4.0% de vacíos de aire a 100 giros mientras se cumplen todos los requisitos volumétricos:
| Propiedad | Requisito (AASHTO M 325) |
|---|---|
| Vacíos de Aire (Va) | 4.0% |
| VMA | 17.0% mín. |
| VCAmezcla | < VCADRC |
| Contenido de Ligante Asfáltico | 6.0% mín. |
| Escurrimiento | 0.3% máx. |
| RTD | 80% mín. (o 70% si T > 100 psi) |
La fórmula de mezcla de trabajo final (JMF) se valida mediante:
La investigación realizada bajo el Proyecto NCHRP 9-8 estableció que el número de giros para la compactación de diseño de SMA debe seleccionarse en función de las características del agregado. Los agregados con mayor pérdida por abrasión LA tienden a descomponerse más durante la compactación en laboratorio, produciendo densidades artificialmente más altas y menores vacíos de aire. El nivel de giros de diseño recomendado varía de 80 a 120 giros dependiendo de la calidad del agregado.
La SMA ofrece un rendimiento superior en múltiples mecanismos de deterioro e indicadores de desempeño en comparación con la HMA convencional de granulometría densa. Los datos de desempeño de la Pista de Pruebas NCAT, las bases de datos de gestión de pavimentos de los DOT estatales y la experiencia internacional demuestran consistentemente las ventajas de la SMA en resistencia a la deformación permanente, durabilidad, fricción y reducción de ruido.
El esqueleto piedra-contra-piedra proporciona a la SMA una resistencia excepcional a la deformación permanente bajo cargas de tráfico pesado. En la Pista de Pruebas NCAT, 19 secciones de ensayo SMA exhibieron menos de 5 mm de ahuellamiento total después de más de 10 millones de ESAL. El DOT de Georgia reporta 30–40% menos ahuellamiento con SMA en comparación con mezclas estándar en pavimentos interestatales con 2 millones de ESAL por año. Un estudio de desempeño de 86 proyectos de pavimento SMA en múltiples estados encontró que más del 90% tenía mediciones de ahuellamiento inferiores a 4 mm después de 2–6 años de servicio. La intersección Thornton Quarry en Thornton, Illinois — con 1,800 camiones completamente cargados por día (aproximadamente 1 millón de ESAL anuales) — fue pavimentada con SMA a mediados de los años 1990 y sirvió durante más de dos décadas con mantenimiento mínimo antes de ser rehabilitada en 2017.
Las predicciones de vida útil de los sistemas de gestión de pavimentos de los DOT estatales muestran que la SMA supera a las mezclas convencionales en la mayoría de las comparaciones:
| Agencia | Vida Útil SMA | Mezcla de Comparación | Diferencia |
|---|---|---|---|
| DOT de Georgia | 16.0 años | Superpave 11.0 años | +45% |
| DOT de Virginia | 19.0 años | Superpave 14.4 años | +32% |
| DOT de Minnesota | 16.6 años | Superpave 11.3 años | +47% |
| Autopista de Peaje de Illinois | 13.5 años | Superpave 9.0 años | +50% |
| SHA de Maryland (Arterial Principal) | 32.2 años | Superpave 24.0 años | +34% |
La experiencia del DOT de Georgia muestra una vida a fatiga 3–5 veces mayor en comparación con las mezclas estándar, atribuida a la combinación de mayor contenido de ligante, películas de ligante más gruesas y las propiedades de distribución de tensiones del esqueleto pétreo.
La estructura de agregado de granulometría discontinua de la SMA produce una macrotextura superficial gruesa con profundidades de textura media (MTD) típicamente en el rango de 0.8–1.5 mm cuando se mide según ASTM E965 (Método del Parche de Arena). Esto se compara con 0.3–0.6 mm para la HMA de granulometría densa. Esta macrotextura proporciona una excelente resistencia al deslizamiento a altas velocidades, riesgo reducido de hidroplaneo mediante la evacuación rápida del agua, mejor visibilidad en clima húmedo y un menor ruido neumático-pavimento de 2–4 dB(A) en comparación con las superficies convencionales de granulometría densa.
La SMA se ha utilizado con éxito para retardar el agrietamiento reflejo en sobrecapas asfálticas sobre pavimentos de hormigón de cemento Portland (PCC). En la I-43 en Wisconsin, un pavimento de hormigón sobre el que se colocó una sobrecapa en 1993 con SMA en el carril exterior de camiones y HMA convencional en el carril interior mostró 40% menos agrietamiento reflejo en el carril SMA después de ocho años de servicio.
La Relación de Resistencia a la Tracción (RTD) según AASHTO T 283 para mezclas SMA típicamente supera el 85–90%, muy por encima del mínimo del 80% especificado en AASHTO M 325. Para aplicaciones aeroportuarias, la SMA ha demostrado una resistencia mejorada a derrames de combustible de aviación y fluidos hidráulicos en comparación con las mezclas convencionales P401 en las pruebas del AAPTP 04-04.
La SMA se ha utilizado en pistas de aeropuertos en todo el mundo durante más de 30 años. La FAA financió el Programa de Tecnología de Pavimentos Asfálticos para Aeródromos (AAPTP Proyecto 04-04) — un estudio exhaustivo de la Universidad de Auburn, NCAT y Advanced Materials Services — para evaluar la SMA para aeródromos y desarrollar especificaciones preliminares.
Para aplicaciones aeroportuarias, los parámetros de diseño de la SMA se ajustan en relación con las especificaciones de carreteras: vacíos de aire de diseño de 3.0–4.0%, contenido mínimo de ligante del 6.0%, grado de ligante PG 76-22 mínimo, fibras celulósicas al 0.3% o fibras minerales al 0.4%, escurrimiento máximo del 0.3%, ensayo de Hamburg máximo de 10 mm a 20,000 pasadas, y RTD mínima del 80%. El estudio AAPTP 04-04 concluyó que la SMA ofrece un rendimiento igual frente a la deformación permanente y una resistencia mejorada al agrietamiento, daño por humedad y derrames de combustible en comparación con las mezclas convencionales de granulometría densa FAA P401.
Aeropuerto Internacional de Pekín-Capital — La Pista Este (Pista 18R/36L) fue recubierta con SMA en 2001, seguida por la Pista Oeste (Pista 18L/36R) en 2003. La especificación china utilizó una SMA con TMAO de 16 mm con ligante modificado con polímero SBS al 6.0–6.5%, fibras celulósicas al 0.35% y una granulometría con 26–30% que pasa el tamiz de 4.75 mm. Las mediciones de macrotextura superficial mostraron profundidades de textura media de 1.0–1.2 mm y coeficientes de fricción que cumplían consistentemente con los requisitos de la OACI. Más de 15 años después de su colocación, las pistas exhibieron un ahuellamiento mínimo (< 5 mm) sin evidencia de desprendimiento de agregados.
Aeropuerto Internacional de Sídney — Un tramo de prueba en una calle de rodaje colocado en 2003 utilizó una granulometría con TMAO de 14 mm con agregado de diabasa triturada, ligante modificado con polímero SBS (equivalente a PG 82-22) y fibras celulósicas al 0.3%. Después de tres años de monitoreo, la sección SMA mostró menos de 2 mm de deformación superficial en comparación con 6–8 mm en las secciones adyacentes de HMA convencional.
Aeropuerto de Hamburgo — La pista principal fue rehabilitada con SMA en 2001 utilizando una mezcla SMA 0/11 S (TMAO de 11 mm) que cumplía con las especificaciones alemanas TL Asphalt-StB. La mezcla utilizó 6.8% de ligante modificado con polímeros, 0.3% de fibras celulósicas y agregado de basalto triturado, proporcionando excelente fricción (> 0.70 coeficiente de fricción) y reducción de ruido.
Aeropuerto Internacional de Indianápolis — La calle de rodaje H fue pavimentada con SMA en 2005 utilizando un diseño con TMAO de 12.5 mm con agregado de caliza triturada, ligante PG 70-22 y fibras celulósicas al 0.3%. Esta fue la primera colocación de SMA aprobada por la FAA en un aeródromo bajo jurisdicción estadounidense.
Base Aérea de Aviano, Italia — Una pista de la Base de la Fuerza Aérea de EE. UU. rehabilitada con SMA en 2002 utilizando TMAO de 12.5 mm con caliza triturada, ligante modificado con polímero SBS y 0.4% de fibras minerales mostró un ahuellamiento máximo de solo 1–2 mm después de años de operaciones de F-16 y C-130.
El Anexo 14 de la OACI (Aeródromos, Volumen I) y el Manual de Diseño de Aeródromos de la OACI Parte 3 (Doc 9157, Parte 3) establecen el marco para las características de la superficie de las pistas. Si bien la OACI no prescribe tipos de mezcla específicos, establece requisitos de desempeño para la macrotextura (≥ 1.0 mm para superficies nuevas), la fricción (CFME a 65 km/h ≥ 0.50) y la profundidad de ahuellamiento (≤ 3 mm).
| Parámetro | SMA | HMA de Granulometría Densa |
|---|---|---|
| Tipo de granulometría | Discontinua | Continua |
| Contenido de agregado grueso | 70–80% | 40–60% |
| Contenido de ligante | 6.0–7.5% | 4.5–6.0% |
| Vacíos de aire de diseño | 3.0–4.0% | 4.0% |
| VMA mínimo | 17.0% | 13–15% |
| Mecanismo de soporte de carga | Esqueleto piedra-contra-piedra | Agregado suspendido en ligante |
| Aditivo estabilizante | Requerido (fibras) | No requerido |
| Calidad del agregado | Más estricta | Estándar |
| Costo relativo del material | 15–30% más alto | Referencia |
| Aumento de vida útil | 20–40% más larga | Referencia |
| Macrotextura (MTD) | 0.8–1.5 mm | 0.3–0.6 mm |
| Reducción de ruido | 2–4 dB(A) más silencioso | Referencia |
La SMA es típicamente 20–30% más cara por tonelada que la HMA convencional de granulometría densa debido a los agregados de mayor calidad, mayor contenido de ligante (1.0–1.5 puntos porcentuales más), ligante modificado con polímeros (dos grados PG superiores), aditivos estabilizantes de fibra y mayor contenido de filler mineral. Sin embargo, los análisis de costo de ciclo de vida (LCCA) muestran consistentemente que la SMA es competitiva en costo cuando la vida útil extendida se incorpora al análisis. Las comparaciones de costo anual uniforme equivalente (CAUE) para varios DOT estatales muestran que la SMA y Superpave son comparables en términos de costo anual, con la SMA mostrando a menudo costos anuales 10–25% más bajos cuando la vida útil supera los 20 años.
La construcción exitosa de SMA requiere atención cuidadosa a la temperatura de producción, manejo de materiales, procedimientos de extendido y prácticas de compactación que difieren de la HMA convencional.
La SMA se produce a temperaturas más altas que la HMA convencional — típicamente 165–180°C en comparación con 150–165°C. La adición de fibra requiere equipo especializado: las fibras pelletizadas se añaden a través de sistemas de dosificación gravimétrica que alimentan al mezclador o tambor, requiriendo 30–60 segundos de tiempo de mezclado en seco para fundirse y dispersarse antes de la introducción del ligante. El filler mineral se añade a menudo a través de un silo de filler separado y un alimentador de tornillo porque la SMA requiere un contenido de filler mayor que el generado por el agregado.
El tiempo máximo permisible de almacenamiento en silo se determina mediante el ensayo de escurrimiento Schellenberg. En la práctica, la mayoría de las agencias limitan el almacenamiento en silo a 2–4 horas para SMA. Durante el transporte, los camiones deben cubrirse con lonas aislantes para mantener la temperatura.
Espesor mínimo de capa según TMAO: 19.0 mm (capa de 50–75 mm), 12.5 mm (38–50 mm), 9.5 mm (25–38 mm), 4.75 mm (15–25 mm). La velocidad de la extendedora debe ser de 2–3 m/min con barras de apisonado o reglas vibratorias. El trabajo manual debe minimizarse para evitar puntos de exceso de ligante.
La SMA requiere rodillado inmediato detrás de la extendedora porque la mezcla de granulometría discontinua se enfría rápidamente. La ventana de compactación típicamente se cierra dentro de los 10–15 minutos. El tren de compactación consiste en:
Densidad objetivo in situ: 96–98% de Gmm (2–4% de vacíos de aire in situ). La temperatura de cese es aproximadamente 100°C.
Las tecnologías de Mezcla Asfáltica Tibia (WMA) se han aplicado con éxito a la SMA, reduciendo las temperaturas de producción en 20–40°C y proporcionando menor escurrimiento de ligante, tiempo de compactación extendido, menor consumo de combustible y mejor seguridad para los trabajadores.
La inspección en campo de pavimentos SMA requiere comprender los modos de deterioro únicos y los métodos de evaluación específicos de este material.
Puntos de exceso de ligante (fat spots) — Áreas localizadas de exceso de ligante en la superficie, que aparecen como manchas oscuras de 0.1–2.0 m² de área. Causadas por escurrimiento de ligante, segregación, exceso de trabajo manual o paradas de la extendedora.
Ahuellamiento — Poco común en SMA correctamente diseñada, pero puede ocurrir si no se logra el contacto piedra-contra-piedra, la calidad del agregado es inadecuada, la compactación es insuficiente o el contenido de ligante es excesivo.
Desprendimiento de agregados (raveling) — Pérdida de partículas de agregado de la superficie. Raro en SMA debido a la gruesa película de ligante. Cuando se observa, indica contenido de ligante inadecuado, mala cobertura, daño por humedad o construcción a baja temperatura.
Agrietamiento — La SMA generalmente exhibe una resistencia superior al agrietamiento. El agrietamiento por fatiga indica una insuficiencia estructural debajo de la superficie SMA.
| Parámetro | Aceptable | Nivel de Acción |
|---|---|---|
| Fricción (CFME a 65 km/h) | ≥ 0.50 | < 0.40 |
| Macrotextura (MTD) | ≥ 1.0 mm | < 0.6 mm |
| Profundidad de ahuellamiento | ≤ 3 mm | > 3 mm en 10 m de longitud |
| Defectos superficiales | Ninguno | Cualquier área que requiera acción correctiva |
| Norma | Título | Alcance |
|---|---|---|
| AASHTO M 325 | Especificación Estándar para Stone Matrix Asphalt (SMA) | Criterios de material y volumétricos |
| AASHTO R 46 | Práctica Estándar para el Diseño de Stone Matrix Asphalt (SMA) | Procedimiento de diseño de mezcla |
| AASHTO T 305 | Determinación de las Características de Escurrimiento | Ensayo de escurrimiento Schellenberg |
| EN 13108-5 | Mezclas bituminosas — Stone Mastic Asphalt | Norma europea (SMA 8–22) |
| EN 12697-18 | Escurrimiento de ligante | Ensayo de escurrimiento europeo |
| IRC SP-79 | Especificaciones para Stone Matrix Asphalt | Norma india |
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