Instituto Universitario de Tecnología de Administración Industrial Extensión Valencia - Ampliación San Joaquín
INFORME DE EMULSIONES ASFÁLTICAS
Autor: Br. Jackbeny, Rodríguez. C.I: 18.316.287.
Guacara, Junio del 2014.
ÍNDICE GENERAL Pág. Portada……………………………………………… Portada…………………………………………………………………………… …………………………… I I Índice………………………………………………… Índice……………………………………………………………………………… ……………………………IIII Introducción……………………………………………… Introducción…………………… ……………………………………………….. …………………….. IV Bases legales……………………… legales……………………………………………………… ……………………………………….... ……….... 1 Reseña histórica……………………………………… histórica………………………………………………………………… ………………………… 2 Emulsiones asfálticas ………………………………………………… …………………………………………………………. ………. 3 Características ………………………… ……………………………………………………… ……………………………………….. ………….. 4 Tipos de emulsiones …………………………………………………………… …………………………………………………………… 6 Usos de emulsiones ……………………………………………………………. ……………………………………………………………. 8 Rompimiento Rompimiento de emulsiones asfálticas ……………………………………..14 ……………………………………..14 Ventajas de emulsiones asfálticas ………………………………………….. ………………………………………….. 15 Recomendaciones para el uso de emulsiones asfálticas………………...16 Clasificación del material ma terial pétreo …………………………………………….. …………………………………………….. 17 Producción de mezclas asfálticas asfálticas con emulsiones ……………………… 18 Fabricación con emulsiones …………………………………………………. …………………………………………………. 19 Proceso de emulsión ……………………………………………………………21 ……………………………………………………………21 Manejo y almacenamiento de las emulsiones asfálticas…………………23 Diseño y obtención de la fórmula de la mezcla …………………………... 25 Aplicación con emulsiones asfálticas en mezcla en frio………………... 28 Ensayos de emulsión…………………… emulsión………………………………………………… ……………………………………. ………. .32 Parte experimental del ensayo en el laboratorio ………………………… ………………………… 34 Materiales y tecnológicos……………………… tecnológicos………………………………………………… …………………………….. ….. 36
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ÍNDICE GENERAL Pág. Portada……………………………………………… Portada…………………………………………………………………………… …………………………… I I Índice………………………………………………… Índice……………………………………………………………………………… ……………………………IIII Introducción……………………………………………… Introducción…………………… ……………………………………………….. …………………….. IV Bases legales……………………… legales……………………………………………………… ……………………………………….... ……….... 1 Reseña histórica……………………………………… histórica………………………………………………………………… ………………………… 2 Emulsiones asfálticas ………………………………………………… …………………………………………………………. ………. 3 Características ………………………… ……………………………………………………… ……………………………………….. ………….. 4 Tipos de emulsiones …………………………………………………………… …………………………………………………………… 6 Usos de emulsiones ……………………………………………………………. ……………………………………………………………. 8 Rompimiento Rompimiento de emulsiones asfálticas ……………………………………..14 ……………………………………..14 Ventajas de emulsiones asfálticas ………………………………………….. ………………………………………….. 15 Recomendaciones para el uso de emulsiones asfálticas………………...16 Clasificación del material ma terial pétreo …………………………………………….. …………………………………………….. 17 Producción de mezclas asfálticas asfálticas con emulsiones ……………………… 18 Fabricación con emulsiones …………………………………………………. …………………………………………………. 19 Proceso de emulsión ……………………………………………………………21 ……………………………………………………………21 Manejo y almacenamiento de las emulsiones asfálticas…………………23 Diseño y obtención de la fórmula de la mezcla …………………………... 25 Aplicación con emulsiones asfálticas en mezcla en frio………………... 28 Ensayos de emulsión…………………… emulsión………………………………………………… ……………………………………. ………. .32 Parte experimental del ensayo en el laboratorio ………………………… ………………………… 34 Materiales y tecnológicos……………………… tecnológicos………………………………………………… …………………………….. ….. 36
II
Especificaciones granulométricas A.S.T.M. para mezclas asfálticas con emulsiones………………………………………………… emulsiones…………………… …………………………………………………. ……………………. 37 Descripción del procedimiento…………… procedimiento……………………………………… …………………………………. ………. 38 Asfaltos modificados a base ba se de polímeros………………………………… 39 Ventajas y desventajas del asfalto a sfalto modificado……………………………..40 modificado……………………………..40
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INTRODUCCIÓN
La investigación realizada consistió en el diseño de una emulsión asfáltica, cabe destacar que la emulsiones asfálticas tienen su aplicación en la preparación de mezclas asfálticas para trabajos de pavimentación a bajas temperaturas, lo que representa un significativo ahorro en en energía y maquinarias con respecto a las formuladas en caliente. Tal ventaja, se desprende del hecho que, las emulsiones son sistemas formados por dos fases parcial, o totalmente inmiscibles, en donde una forma la llamada fase continúa (dispersante) y la otra fase discreta (dispersa). En el caso de emulsiones asfálticas, los líquidos no miscibles son el agua y el asfalto. Adicionalmente se tiene el emulgente el cual se deposita en la interface entre el agua y el asfalto y estabiliza la emulsión; éste depende del tipo de emulsión que se requiera.
Actualmente, Actualmente, la pavimentación pavimentación de vialidad y carreteras carreteras en Venezuela, se realizan realizan empleando mezclas asfálticas en caliente. Sin embargo, la tendencia tendencia de la técnica de pavimentos se orienta cada vez hacia la utilización de las de tipo emulsionada ya que presenta la ventaja de su utilización en trabajos en fríos, menos costos y riegos para la seguridad de los operarios y trabajadores. Es así como, en una mezcla asfáltica para pavimentación en frio, se utilizan una emulsión y agregados pétreos (piedras) nuevos o provenientes de las vías existentes, los cuales representan una técnica de uso preferencial para la construcción de un pavimento adecuado. Otra de las razones por las cuales las emulsiones están siendo usadas ampliamente en la actualidad, es que mediante el uso de emulsificante apropiados, se puede controlar ampliamente el tiempo de ruptura de las emulsiones, ya que es posible tener emulsiones de rompimiento rápido, lento e intermedio.
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Esto permite tener un amplio control en el uso de las emulsiones para diferentes tipos de aplicación.
En este contexto, según Rodríguez y Castaño (2003), “La emulsión asfáltica es un material constituido por un ligante hidrocarbonado; que se ve sometido en el proceso de fabricación a esfuerzos de laminación y cizalla hasta conseguir que se
establezca su dispersión en un medio acuoso”. En otro orden de idea, los emulsificante son compuestos orgánicos de peso molecular relativamente elevado (entre 100 y 300 gr/mol); tiene una parte hidrofóbica (generalmente es una cadena hidrocarbonada ya sea lineal o cíclica) que es soluble en el medio orgánico (en este caso es el asfalto) y una parte hidrofílica (generalmente es un grupo polar de tipo orgánico o inorgánico), soluble en el medio acuoso.
Las emulsiones asfálticas se fabrican en instalaciones, o plantas, las cuales cuentan con el equipamiento necesario para producir la dispersión del ligante asfaltico en el agua. La calidad del producto depende de elementos mecánicos, que son relativamente independientes del volumen de producción de la planta.
Para su diseño, se emplean cementos asfalticos, agua desionizada y un emulsificante que puede ser catiónico o iónico según las características de los materiales pétreos o agregados. El proceso se inicia llevando el asfalto líquido a una temperatura de 140°C, luego se le adiciona el agua a una temperatura de 80°C, se ajusta el pH, según el tipo de emulsificante a utilizar, luego se adiciona el emulsificante. La mezcla se dispersa en un molino o agitador coloidal para producir del agua en el asfalto.
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BASES LEGALES
La presente investigación se sustenta sobre las siguientes bases legales: Ley Orgánica de Hidrocarburos, en su artículo 1, establece lo siguiente:
Artículo 1. Todo lo relativo a la exploración, explotación, refinación, industrialización, transporte, almacenamiento, comercialización, conservación de lis hidrocarburos, así como lo referente a los productos refinados y a las obras que la realización de estas actividades requiera, se rige por el presente Decreto Ley.
Del Título Disposiciones Generales se tiene que el articulo siguiente:
Artículo 49. La industrialización de los hidrocarburos refinados comprenden las actividades de separación, destilación, purificación; conservación, mezclas y transformación de los mismos, realizadas con el propósito de añadir valor a dichas sustancias mediante la obtención de especialidades de petróleo u otros derivados de hidrocarburos.
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Reseña histórica de las emulsiones asfálticas Las emulsiones del tipo asfáltico aparecieron en el mercado a principios del siglo XX en diferentes lugares y con usos muy diversos. A principios de 1900 (en 1905) se empleó por primera vez una emulsión asfáltica en la construcción de carreteras en la ciudad de Nueva York; la emulsión utilizada es del tipo aniónica y se empleó en lugar de los usuales caminos fabricados con material pétreo, como una alternativa para evitar el polvo cuando transitaban los vehículos. En 1914 el estado de Indiana comenzó a realizar trabajos de reparación de caminos empleando estas emulsiones aniónicas. En ese mismo año, en Hamburgo, Alemania, se construyó una carpeta asfáltica con un tratamiento superficial de varias capas, empleando una emulsión estabilizada la cual reacciona activamente con la arcilla del substrato pétreo. Las emulsiones aniónicas se comenzaron a emplear en Europa en 1925. En la fabricación de éstas se aprovecharon los ácidos nafténicos contenidos en el asfalto para que actuaran como el agente emulsificante en el momento de agregar agua con sosa cáustica al sistema y someterlo a una vigorosa agitación. En 1930 a 1935 Las emulsiones asfálticas se comenzaron a utilizar en México para la construcción de caminos. El gran inconveniente que tuvieron fue el largo tiempo de rompimiento de la emulsión, que en la época de lluvias causaba muchos retrasos y graves problemas de construcción. Por este motivo, los asfaltos rebajados ganaron la preferencia del constructor y hasta la fecha, no han podido ser desplazados totalmente. Las emulsiones asfálticas catiónicas aparecieron en Europa en 1953 y en Estados Unidos hasta 1958. Aparentemente, su aplicación inicial en la construcción de caminos coincidió con la aparición de nuevos productos químicos tenso-activos en el mercado, los cuales tienen, adicionalmente, otros usos como en el campo de las pinturas, en la industria petrolera, en la industria textil, etc.
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Al principio, tales emulsiones se usaron únicamente en la construcción de tratamientos superficiales, como riego de liga y de sello.
Al reconocerse la ventaja de las emulsiones catiónicas sobre las aniónicas y los rebajados, se inició la búsqueda de un emulsificante que produjera una emulsión de rompimiento lento, capaz de mezclarse con una granulometría para base o para carpeta. Las emulsiones catiónicas se conocieron en México en el año de 1960. En ese año se hicieron varias pruebas y los ingenieros mexicanos presentaron en el Congreso Panamericano de Carreteras en Bogotá, Colombia, un trabajo titulado:
“Primeras investigaciones realizadas en México con emulsiones asfálticas catiónicas”. En 1973, los países árabes, poseedores de la mayoría del petróleo mundial, aumentaron el valor del barril de petróleo crudo resultando afectados los derivados del mismo, entre ellos los solventes empleados en los asfaltos rebajados; esto provocó un incremento en el uso mundial de las emulsiones asfálticas. Los países con mayor producción de emulsiones asfálticas son, en orden de importancia: Estados Unidos, Francia, España y Japón. Entre estos cuatro países se fabrica un 40% aproximadamente de la producción mundial de emulsión asfáltica, que se estima actualmente próxima a los dieciséis millones de toneladas, de la que más del 85% es del tipo catiónico.
1. Emulsiones asfálticas Podemos definir una emulsión como una dispersión fina más o menos estabilizada de un líquido en otro, los cuales son no miscibles entre sí. Una emulsión asfáltica consiste de una dispersión de finas gotas de asfalto, estabilizadas en una fase acuosa, por la presencia de un agente emulsificante, obteniéndose un producto relativamente fluido.
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Pueden ser usadas sin adición de calor o de solventes, además, pueden ser bombeadas, almacenadas y aplicadas a temperaturas mucho más bajas que con otro tipo de utilización del asfalto.
2. Características de las emulsiones asfálticas Las características del asfalto se determinan mediante una serie de ensayos estandarizados, los cuales se describen a continuación:
Penetración
La penetración es la prueba mediante la cual se determina la dureza del asfalto a determinada temperatura. La prueba consiste en medir la penetración de una aguja de punta cónica estándar en función de la fuerza aplicada y del tiempo de aplicación. Corrientemente, se trabaja a 25 °C con una carga de 100 g. durante 5 minutos, y los resultados se expresan en décimas de milímetro. Se puede repetir dicha medición a varias temperaturas, para evaluar la susceptibilidad del asfalto a los cambios de temperatura. Entre dos asfaltos cualesquiera, el de mejor calidad será aquel que presente una menor susceptibilidad a la temperatura.
Punto de ablandamiento
Por ser mezclas complejas, los asfaltos no presentan un punto de fusión definido, sino que su consistencia se va haciendo más y más blanda a medida que aumenta
la
temperatura.
Arbitrariamente,
se
ha
definido
el
punto
de
ablandamiento como la temperatura a la cual el asfalto es suficientemente blando para que una esfera de acero (diámetro de 3/8" y masa de 3.5 g) pase a través de un anillo (Diámetro Interno de 5/8" y altura de 1/4") en el cual se encuentra la muestra de asfalto.
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El sistema está colocado en un baño de agua o de glicerina, cuya temperatura se incrementa a razón de 5 °C por minuto. Cuando la esfera atraviesa el anillo, la temperatura del baño corresponde al punto de ablandamiento.
Gravedad específica
Como para cualquier corte petrolero, la gravedad específica de un asfalto es su densidad relativa al agua en las mismas condiciones de temperatura.
Punto de Inflamación
El punto de inflamación de un combustible es una indicación de la peligrosidad de su manejo especialmente a altas temperaturas. Como para otros hidrocarburos, se utiliza el método Cleveland o de la copa abierta.
Ductilidad
La ductilidad es la capacidad de estirarse en forma de hilo sin romperse. La prueba se realiza en un aparato especial, en el cual se estira lentamente la muestra a una tasa fija de 5 cm/min, la muestra de la prueba se encuentra en un baño de maría a 25 °C. El alargamiento de la muestra a la ruptura indica la ductilidad. Esta es una propiedad importante para los asfaltos susceptibles a estar sometidos a flexiones, vibraciones, impactos o compresiones locales, como en el caso de pavimento o recubrimientos.
Viscosidad
Los asfaltos son generalmente sólidos a temperatura ambiente, y por tanto, se determina su viscosidad a alta temperatura (100-150 °C) en viscosímetros Couette (Brookfield) o Saybolt. Esta propiedad es importante para el manejo y aplicación del asfalto, así como para su desempeño en climas calientes.
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Resistencia al impacto
Esta prueba consiste en medir la facilidad con la cual el asfalto resiste el impacto. Esto es particularmente importante para los recubrimientos protectores delgados. Se toma un disco de asfalto de determinada dimensión, y se le hace caer encima un peso de varios centenares de gramos. El resultado se expresa como la mínima altura desde la cual se deja caer el peso que rompe la muestra.
Solubilidad
La solubilidad parcial de un asfalto en diferentes solventes permite determinar, en parte, sus características. Se disuelve una muestra de peso conocido en diferentes solventes (nafta 86 °API, CCl 4, CS2, benceno, etc.) y se pesa el residuo no disuelto, después de filtrarlo, lavarlo y secarlo. Los tres últimos solventes mencionados disuelven la totalidad de los asfáltenos, y por tanto, permiten determinar las impurezas orgánicas (arena, asbesto, sales, etc.). La nafta 86 °API disuelve los máltenos y las resinas, pero deja asfáltenos precipitados. La caracterización de un asfalto se realiza en función de su punto de ablandamiento, su penetración o a la combinación de éstas dos propiedades. A las clases duras, con puntos de ablandamiento superiores a 80 °C se les designa como de clase 80 a 90 °C, 110 a 120 °C, etc. y frecuentemente se les coloca el prefijo h, (hard = duro). A las clases más blandas, con penetración hasta 500 décimas de mm, a 25 °C, se les denomina según el valor de la penetración, por ejemplo: 60/70, 180/200, 400/500, etc. Para las clases oxidadas, la primera cifra se refiere al punto de ablandamiento y la segunda a la penetración, por ejemplo 85/25 designará a un asfalto con punto de ablandamiento igual a 85 °C y una penetración de 25 décimas de mm.
3. Tipos de emulsiones Las emulsiones asfálticas pueden ser clasificadas de acuerdo al tipo de emulgente usado.
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En este caso podemos hablar de dos tipos, Aniónicas y catiónicas.
Emulsiones Aniónicas:
En este tipo de emulsiones el agente emulsificante le confiere una polaridad negativa a los glóbulos, o sea que éstos adquieren una carga negativa.
Emulsiones Catiónicas:
En este tipo de emulsiones el agente emulsificante le confiere una polaridad positiva a los glóbulos, o sea que éstos adquieren una carga positiva. Respecto a la estabilidad de las emulsiones asfálticas, éstas se pueden clasificar en los siguientes tipos:
De Rompimiento Rápido:
Estas se utilizan para riegos de liga y carpetas por el sistema de riegos (con excepción de la emulsión conocida como ECR-60), la cual no se debe utilizar en la elaboración de estas últimas.
De Rompimiento Medio:
Estas normalmente se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta, especialmente cuando el contenido de finos es menor o igual al 2%, así como en trabajos de conservación tales como bacheos, re nivelaciones y sobre carpetas.
De Rompimiento Lento:
Estas se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta y para estabilizaciones asfálticas.
Para Impregnación:
Estas se utilizan para impregnaciones de sub-bases y/o bases hidráulicas.
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Súper Estables:
Estas se emplean en la estabilización de materiales y en la recuperación de pavimentos.
4. Usos de emulsiones asfálticas Las emulsiones asfálticas tienen gran aplicabilidad dentro de la industria de los materiales de construcción. Estas se pueden usar para diversas aplicaciones dependiendo si contienen o no agregados, según:
Sin agregados
Riegos
o
o
Tratamientos y sellado.
Con agregados
o
Tratamientos superficiales.
o
Tratamientos anti fisuras.
o
Lechadas o slurrys.
Reciclados.
o
o
Mezclas en frío
4.1 Uso de emulsiones asfálticas sin agregados Las
emulsiones
asfálticas
se
utilizan
en
distintas
industrias:
sellados,
recubrimiento de cañerías, sellados de techos y azoteas, agricultura, fijación de médanos, pellets para deposición de residuos industriales y radiactivos, aislaciones, lagunas y reservorios de aguas o efluentes, impermeabilización de canales de riego y por supuesto trabajos viales.
Riego
El riego consiste en la distribución, rociado uniforme de la emulsión asfáltica de manera tal que el mismo sea uniforme. Estos riegos no requieren la utilización de agregados.
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La forma más común de efectuar el riego de la emulsión asfáltica es utilizando un camión regador. Este regador debe estar provisto con una bomba para obtener un riego uniforme.
Riego de liga
Es la aplicación de la emulsión asfáltica sobre un pavimento ya existente y se utiliza para obtener una buena adherencia con la nueva capa asfáltica a construir. La emulsión comúnmente usada para este trabajo es la emulsión de tipo catiónico de ruptura rápida. En algunos casos se utilizan emulsiones medias. El objetivo es lograr una capa fina y uniforme de emulsión la cual liberará el asfalto luego de romper. Es importante determinar la cantidad de emulsión a aplicar de acuerdo al estado de la carpeta existente. Esta cantidad será lo suficiente para lograr una adecuada adherencia entre las capas asfálticas evitando los excesos que podrían provocar exudación del asfalto. Una variante interesante y muy común en algunos países es la modificación de la emulsión con látex. Esto permite obtener una mejor adherencia entre las carpetas asfálticas, obtener una película asfáltica totalmente impermeable que tampoco permite el paso de cationes a través de ella (motivo de la aparición de ampollas en la superficie).
Riego de Curado
Este riego se aplica sobre un agregado estabilizado con cemento o cal para evitar una evaporación excesiva y con esto facilitar el fraguado. Las normas internacionales recomiendan la utilización de emulsiones de corte rápida para esta tarea. Este riego permite que el pavimento adquiera un color negro uniforme en toda su superficie, fijando cualquier material suelto (polvo) y sellando pequeñas fisuras.
Riego Anti-polvo
Se realiza en caminos de tierra para fijar el material suelto de su superficie. El objetivo final es obtener una película delgada de asfalto a partir de riegos sucesivos efectuados con una emulsión muy diluida.
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En caminos de tierra, un automóvil produce 560 toneladas de polvo por Km al año, además, en estos caminos la tasa de accidentes es dos veces mayor que en otras calzadas.
Tratamientos y sellado
En este caso, la emulsión se aplica sobre superficie de pavimentos envejecidos con el objeto de rejuvenecerla sellando pequeñas grietas y poros superficiales, o bien producir un puente de adherencia con una nueva carpeta asfáltica que la cubrirá. También puede ser utilizada para sellar (impermeabilizar) la superficie de una carpeta nueva o de un tratamiento superficial de reciente confección.
4.2 Uso de emulsiones asfálticas con agregados
Tratamientos superficiales
Los tratamientos superficiales mediante riego con gravilla tienen su origen en Francia en 1871 con la utilización de alquitranes provenientes del residuo de la producción de gas para alumbrado. El método consistía en aplicar el alquitrán a temperatura ambiente sobre la calzada para luego hacerlo arder. En 1896 Cirardeau desarrolla la técnica aplicando el alquitrán en caliente, pero su gran difusión se da en las postrimerías de la primera guerra mundial. Con la aparición de las emulsiones asfálticas, la técnica toma un nuevo auge. Hoy en día, el tratamiento superficial simple consiste en la aplicación de la emulsión sobre una superficie cualquiera de un camino, seguida de una capa de agregado pétreo de un tamaño aproximadamente uniforme. Se pueden hacer dos o tres aplicaciones sucesivas y alternadas de emulsión asfáltica y de agregado pétreo (tratamiento bicapa y tricapa). El espesor máximo de los tratamientos es de aproximadamente una pulgada.
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Tratamientos anti-fisuras
Las fisuras pueden clasificarse por la forma de agruparse, por sus características geométricas y por su origen. Las lechadas asfálticas clásicas con emulsiones asfálticas se pueden modificar con la incorporación de fibras para poder incorporar una mayor cantidad del ligante. En la actualidad se ha desarrollado un geo textil impregnado que sirve como elemento de retención absorbiendo una cantidad de ligante, mientras que el asfalto asegura la estanqueidad, facilita la unión entre las capas y disipa los movimientos horizontales entre los bordes de la fisura. Se utilizan emulsiones catiónicas modificadas.
Lechadas o Slurrys
Las lechadas asfálticas y los micro-pavimentos (microsurfacing) son técnicas modernas
de
tratamientos
superficiales.
Ambas
se
pueden
usar
para
procedimientos preventivos o correctivos de la superficie del pavimento. Para aplicarlas comúnmente se utilizan equipos autopropulsados en los cuales se realiza la mezcla de los componentes y su extendido aunque se pueden utilizar mezcladores comunes y extenderlas manualmente.
Las lechadas asfálticas son la combinación de un agregado denso con emulsión asfáltica, agua, filler mineral y aditivos (si son necesarios) la cual es aplicada en una fina capa para recubrir y proteger el pavimento. Es una mezcla rica en asfalto la cual se puede aplicar en rutas nacionales, provinciales, calles urbanas, aeropuertos, áreas de estacionamiento, caminos laterales, etc. Esta técnica se puede realizar sobre pavimentos nuevos o ya existentes, sobre asfalto o concretos, así como también sobre bases estabilizadas (por ejemplo suelo-arena emulsión).
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El principio de esta técnica consiste en obtener, por la combinación de todos los componentes, una mezcla con la consistencia de una lechada la cual es esparcida sobre el pavimento. Tan pronto como se realiza la mezcla un proceso químico comienza para culminar con el rompimiento de la emulsión y la cohesión de la mezcla. La combinación de un agregado adecuado con emulsión asfáltica permite optimizar esta técnica.
Reciclados
El reciclado en frío puede ser realizado mediante emulsiones asfálticas en planta o insitu. En planta, el reciclado se logra mediante el transporte del material recuperado de un pavimento existente a un depósito central, donde el material se trabaja con una unidad de procesamiento (como un mezclador continuo). In-situ, el reciclado se logra utilizando una máquina recicladora móvil.
Mezclas asfálticas
Es la combinación de un árido con un ligante asfáltico, que en una película continua, envuelve todas y cada una de las partículas minerales del árido. Esta mezcla se utiliza en la construcción de pavimentos flexibles de alta calidad, ya sea como bases asfálticas o como carpetas de rodamiento. Las mezclas asfálticas confieren a los pavimentos las siguientes propiedades:
- Estabilidad para resistir las deformaciones ocasionadas por las cargas impuestas. - Impermeabilizan el cuerpo de la vía, disminuyendo los efectos nocivos del agua sobre el pavimento. - El ligante asfáltico aporta cohesión al cuerpo de la carpeta construida, evitando la disgregación de los áridos por efecto del desgaste y las cargas del tránsito.
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- Aumenta el ángulo de fricción interna de la capa asfáltica con respecto a una capa granular sin tratar. - Dota de la rugosidad necesaria a la superficie de rodamiento, para permitir un tránsito seguro. Según sea el proceso utilizado para lograr el cubrimiento de los áridos por el ligante asfáltico, las mezclas asfálticas se dividen en:
Mezclas asfálticas en caliente
Las mezclas asfálticas en caliente son mezclas agregado-asfalto que utilizan como material ligante un cemento asfáltico que no es fluido a temperatura ambiente, por tanto, requiere ser calentado a altas temperaturas hasta lograr disminuir su viscosidad a un valor requerido. En el proceso de elaboración es necesario calentar el agregado a temperaturas similares a las del ligante a fin de mantener la viscosidad y en ningún caso, la diferencia de temperatura entre el asfalto y los áridos debe ser mayor a 10 °C.
Mezclas asfálticas en frío
Las mezclas asfálticas en frío se subdividen en dos grupos según el proceso utilizado para fluidificar el asfalto base:
o
Las mezclas en frío con asfaltos rebajados, son la combinación áridoasfalto que utilizan como ligante un cemento asfáltico rebajado, también conocido como asfalto líquido. Este asfalto, como se ha explicado anteriormente, se obtiene mediante la adición al asfalto base, de solventes de su misma naturaleza (kerosén, nafta, gasoil).
o
Las mezclas en frío con emulsiones asfálticas son mezclas árido-asfalto que utilizan como ligante el mismo cemento asfáltico empleado en las mezclas en caliente y en frío con asfalto rebajados, con la diferencia de que éste se encuentra emulsionado en un fase acuosa.
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5. ROMPIMIENTO DE EMULSIONES ASFALTICAS El tiempo de ruptura de una emulsión asfáltica está controlado principalmente por el tipo y cantidad de surfactante utilizado, además del tipo de agregado utilizado para su rompimiento, su composición química y granulométrica, la temperatura y las condiciones climáticas donde se aplique. De manera general, el tiempo de ruptura en las emulsiones catiónicas es más breve que las aniónicas, y puede ser utilizada a más baja temperatura. Las emulsiones aniónicas son utilizadas en el caso de que el agregado utilizado sea extremadamente electropositivo. El tiempo de ruptura puede acelerarse por medios mecánicos como el uso de rodillos vibrantes. Mientras más porcentajes de finos tengan los áridos usados para la ruptura, el proceso de ruptura es acelerado debido a la alta superficie específica cargada eléctricamente.
5.1 Rompimiento de emulsiones asfálticas aniónicas Los agentes tenso activos empleados son normalmente jabones, resinas de ácidos grasos, etc. Se produce una gota de asfalto con una carga eléctrica superficial negativa, lo cual implica potenciales problemas de adherencia sobre los áridos ácidos o silíceos como el granito o las cuarcitas. Estas emulsiones no rompen con el uso de áridos cargados negativamente sino solo hasta que el agua de la emulsión se haya evaporado. El uso de emulsiones asfálticas de tipo aniónicas, son utilizadas normalmente cuando el árido empleado para su ruptura está cargado positivamente.
5.2. Rompimiento de emulsiones asfálticas no iónicas Los surfactantes utilizados para fabricarlas son nonilfenoles etoxilados con un alto número de óxido de etileno. Este tipo de emulsiones no son muy estables, ya que las gotas carecen de carga eléctrica que impida su unión y posterior floculación.
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Este tipo de emulsiones son entonces de rápida ruptura y el rompimiento se debe netamente a la floculación de las gotas y evaporación del agua de la emulsión, es decir que se puede aumentar su velocidad de ruptura con el aumento de la temperatura.
5.3. Rompimiento de emulsiones asfálticas catiónicas Los surfactantes utilizados para su fabricación son amonios cuaternarios o aminas. Estos compuestos le confieren a la gota de asfalto una carga eléctrica positiva. Las emulsiones catiónicas rompen por adsorción del agente emulsionante sobre la superficie del agregado.
6.- Ventajas de las Emulsiones Asfálticas 1) Es un ligante asfáltico no contaminante ni peligroso, ya que contiene del 35 al 40% de agua como solvente. 2) Su manejo es sencillo y seguro, gracias a su baja viscosidad a temperatura ambiente. 3) Tiene un límite de almacenamiento y es muy amplio, ya que puede ser almacenado por semanas o meses, debido entre otras cosas a la igualdad de las densidades de sus componentes. 4) Tiene una gran adhesión con cualquier agregado pétreo, a pesar de condiciones de humedad adversas debido a la enorme dispersión de las partículas de asfalto de tamaño muy pequeño y al uso de agentes emulsificantes de tipo catiónico. 5) Se aplica en un lapso muy corto de tiempo, lo que permite la pronta funcionalidad de la obra en que se esté usando. 6) Presenta un bajo costo de la fase dispersante, que es el agua.
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7) Se emplean materiales pétreos locales, lo que elimina la transportación de este tipo de materiales por grandes distancias. 8) El equipo de aplicación es mucho más sencillo debido a que todos sus componentes se aplican a temperatura ambiente. 9) Por su aplicación en frío, ayuda a no alterar el medio ambiente y queda suprimida la emisión de humos o gases. 10) El empleo del agua como solvente no crea problema de su desperdicio, ya que es recuperable.
7.- Recomendaciones para el Uso de Emulsiones Asfálticas Las recomendaciones más generales para el uso de las emulsiones asfálticas son las que se describen a continuación: 1) Si el depósito se usó para almacenar emulsiones aniónicas y se van a almacenar emulsiones catiónicas, es necesario neutralizar la acción de aquella lavando el tanque, primero con agua y posteriormente con ácido clorhídrico diluido al uno por ciento. 2) Por el contrario, si el depósito se usó para almacenar emulsiones catiónicas y se quiere almacenar emulsiones aniónicas, se tendrá que lavar con agua y neutralizarlo con sosa cáustica al 0.3 por ciento. 3) Para descargar más emulsión sobre la ya almacenada, es necesario que el tubo de descarga llegue al fondo para no romper la nata de la superficie, de otra forma, se corre el riesgo de obstruir las bombas. 4) Cuando una fábrica o compañía está establecida permanentemente en una región donde se registran temperaturas muy bajas, los tanques deben tener un sistema de calentamiento adecuado o estar cubiertos con algún sistema aislante, para evitar la congelación.
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5) Cuando los tanques de almacenamiento sean los que usa una compañía constructora, los depósitos se protegerán con mechones alrededor, lo que será suficiente para que no baje la temperatura. Si los tanques están enterrados, no hay necesidad de tomar otra medida para evitar la congelación. 6) Antes de recibir una emulsión en obra, se recomienda comprobar su calidad y el tipo de emulsión de que se trate, haciendo las pruebas de identificación que se recomiendan en cada caso. 7) Una emulsión que cumple con las especificaciones de calidad, puede estar almacenada durante más de un año, si se recircula sistemáticamente para mantenerla homogénea. 8) Los tanques de almacenamiento deberán tener un sistema de recirculación, con el objeto de evitar el asentamiento del asfalto contenido en la emulsión. 9) La temperatura ambiente al aplicarse la emulsión, deberá ser de 10 ºC mínimos y en ascenso y nunca debe de hacerse cuando baje la temperatura durante la noche. 10) La emulsión, una vez que es desestabilizada (o sea que ya se produjo el rompimiento), no debe de re-emulsificarse aún en presencia de agua y del paso de los vehículos; por este motivo es muy importante que el emulsificante sea el adecuado.
8.- Clasificación del Material Pétreo Debido a que el rompimiento de la emulsión asfáltica se lleva a cabo por la interacción química de ésta con el material pétreo, es necesario conocer el tipo de material pétreo que se tiene, para determinar el tipo de emulsión asfáltica más apropiada. La clasificación de las rocas tiene en cuenta la proporción en sílice que contienen: ácidas, son las que tienen más del 66 por ciento de dióxido de silicio (Si O2); intermedias, las que contienen entre 52 y 66 por ciento del mismo mineral y básicas, las que contienen menos del 52 por ciento.
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Durante muchos años se tuvo la idea que los materiales silíceos ácidos tenían cargas eléctricas negativas y que los materiales silíceos básicos o alcalinos, cargas positivas. Sin embargo, en trabajos de investigación recientes, ha quedado establecido que todos los agregados pétreos tienen cargas eléctricas negativas, incluyendo granitos, calizas, dolomitas, areniscas, basalto y cuarzo. Por las características de las emulsiones catiónicas ya mencionadas, se prefieren éstas para la realización de trabajos en ingeniería, con todas las ventajas que las mismas presentan sobre los asfaltos rebajados y mezclas asfálticas en caliente.
Tabla 1. Clasificación de material pétreo por su contenido de sílice
9.- PRODUCCIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON EMULSIONES El equipo y producción para la fabricación de emulsiones es muy simple y fácil de conseguir en el mercado. El problema está en la formulación de las emulsiones que deben adaptarse a los materiales pétreos. Los requerimientos para la fabricación de las emulsiones asfálticas son sencillos como se muestra a continuación:
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Figura 1. Esquema para la fabricación de emulsiones asfálticas
10.- Fabricación de emulsiones En líneas generales la fabricación de emulsiones bituminosas es un proceso de lotes y consiste en la división en pequeñas partículas (micelas) de un betún de penetración procedente de la destilación del petróleo, dispersas en un medio acuoso que denominamos “agua emulsionante”. Por tanto existen dos fases perfectamente diferenciadas, la de preparación del agua emulsionante y la de dosificación, división en micelas del betún y dispersión
en
esa
agua
emulsionante.
emulsionante” se realiza de la siguiente forma.
19
La
preparación
del “agua
Partiendo de materias primas almacenadas en tanques externos a la unidad, agua potable, ácido, fluxante, aceite técnico y aminas, se realizan los siguientes pasos: * Se bombea amina -liquida o fundida dependiendo de la procedencia y tipodesde los tanques o desde el fundidor situado en el parque de materias primas, hacia un dosificador de tipo ponderal de Pirex, situado en la parte superior de las cubetas de mezcla y agitación, y una vez que se llega a la cantidad necesaria, se introduce en uno de las cubetas donde de manera sincrónica
se
ha
estado
enviando
agua
calentada
mediante
un
Intercambiador de Calor de línea tipo B.E.U. aceite/agua, que se ha dosificado por medio de un contador volumétrico. A este mismo reactor hacemos llegar el ácido necesario mediante una bomba, que impulsa hacia el mismo dosificador de pesada y de este se saca la cantidad necesaria para cada cubeta.
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Una vez que tenemos éstos elementos en la cubeta de mezcla, con la ayuda de un agitador tipo turbina permaneciendo un tiempo determinado, se consigue la preparación del agua emulsionante necesaria para la fabricación del tipo de emulsión de carácter acido o básico que se haya requerido. La necesidad de dos cubetas de mezcla iguales para la preparación del agua emulsionante, es para conseguir que la fabricación final sea continua, aun cuando ésta esta fase sea un proceso de lotes.
11.- Proceso de emulsión La emulsionación es el proceso mediante el cual se obtiene una emulsión a través de la agitación de una mezcla de agua, aceite y surfactante. Existen tres métodos generales para obtener emulsiones: 1) la emulsificación física por ruptura de gotas, 2) la emulsificación por inversión de fases y 3) la emulsificación espontánea. Los dos últimos métodos se pueden describir como procesos con basamento químico, ya que la naturaleza final de la emulsión es controlada principalmente por la química del sistema (naturaleza de los aditivos, temperatura, fracciones de las dos fases, etc.), mientras que el primer método, depende más de las propiedades reológicas y químicas de los componentes. Existe una gran variedad de equipos o métodos mecánicos para hacer emulsiones, la tabla 2 muestra una lista de ellos, no obstante, la práctica de muchos de estos métodos son limitados y de poca importancia.
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Tabla 2. Métodos mecánicos utilizados en la emulsión
Generalmente la fabricación de emulsiones asfálticas se realiza en molinos de coloides, especialmente si se utiliza un agente emulsionante del tipo catiónico. Las emulsiones
hechas
con
emulsionantes
aniónicos
frecuentemente
pueden
fabricarse con equipos de menor energía suministrada, como los mezcladores simples. El proceso llevado a cabo en un molino coloidal, consiste principalmente en introducir el asfalto caliente al molino, y al mismo tiempo se alimenta agua emulsionante a una temperatura apropiada (ver figura 2); el asfalto caliente asegura una baja viscosidad.
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Figura 2. Proceso industrial de la emulsión
12.- Manejo y almacenamiento de emulsiones asfálticas Este aspecto exige mayores precauciones que para otros tipos de materiales asfálticos; un manejo o almacenamiento inapropiado (o ambos) puede producir su rotura prematura y producir pérdidas; por tanto, se debe seguir ciertas reglas, cuya aplicación asegura resultados óptimos:
Las emulsiones pueden transportarse con el mismo equipo utilizado para el transporte de asfaltos líquidos, y no se requieren tanques dotados de serpentines para calentar durante el trayecto de la planta productora a la obra, disminuyendo considerablemente los costos energéticos.
La descarga de cisternas puede hacerse por gravedad o utilizando bombas con tolerancias apropiadas que permitan el libre flujo del líquido.
El transporte debe hacerse en cisternas provistas de rompeolas que dividan su interior, para evitar la formación de espumas.
Para almacenarlas, pueden utilizarse los mismos tanques de eje horizontal que comúnmente se usan para asfaltos líquidos, y presentan la ventaja de no requerir calentadores especiales.
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En lo posible, se deben utilizar tanques de almacenamiento verticales (para almacenar emulsiones por largos períodos de tiempo) porque es mucho menor el área de emulsión expuesta al aire que en tanques horizontales, disminuyendo la posibilidad de formación de natas.
Cuando se requiera almacenar una emulsión por largos períodos de tiempo, se debe recircular con la frecuencia requerida (según la sedimentación de la emulsión).
La salida de la emulsión debe ser por el fondo del tanque, para minimizar la contaminación por nata que se haya formado.
Se deben evitar repetidos bombeos y reciclados, si es posible, puesto que la viscosidad puede afectarse e involucrarse aire, haciendo inestable la emulsión.
La temperatura de almacenamiento debe estar comprendida entre 10 y 85 °C; las emulsiones de rotura rápida y alta viscosidad deben almacenarse a temperaturas entre 50 y 85 °C, como se muestra en la tabla 3.
No se debe calentar la emulsión almacenada a temperaturas superiores a 85 °C. Las temperaturas elevadas evaporan el agua, lo cual trae como consecuencia, un aumento en la viscosidad y formación excesiva de nata que inutilizan la emulsión y hace difícil la desocupación del tanque.
Temperaturas inferiores a 10 °C producen el rompimiento de la emulsión, separando el asfalto del agua, con lo cual igualmente se inutiliza la emulsión y hace difícil la limpieza
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13.- DISEÑO DE LA MEZCLA Y OBTENCIÓN DE LA FÓRMULA DE TRABAJO Antes de iniciar el acopio de los agregados, el Constructor deberá suministrar para verificación del Interventor, muestras de ellos y del
ligante asfáltico por
emplear, y de los eventuales aditivos, para que sean avalados por medio de ensayos de laboratorio que garanticen la conveniencia de emplearlos en la mezcla. Una vez el Interventor efectúe todas las comprobaciones que considere convenientes y dé su aprobación a los ingredientes, el Constructor definirá una "fórmula de trabajo" que deberá cumplir todas las exigencias establecidas en la presente Sección. El Constructor elaborará un informe detallado en el cual presentará y sustentará la mezcla que pretende colocar en la obra, incluyendo la evaluación de los agregados y del ligante, y la fórmula de trabajo. En la fórmula de trabajo se consignarán la granulometría de cada uno de los agregados pétreos y las proporciones en que ellos deben mezclarse, para obtener la granulometría establecida para la capa por construir. Siempre que el Instituto de Desarrollo Urbano exija que se evalúen las propiedades de empaquetamiento de los agregados en la mezcla, se aplicará para ello el método Bailey. Además de las proporciones de mezcla de los agregados, se deberá indicar el porcentaje del ligante asfáltico residual (aproximado a la décima) en relación con el peso de la mezcla, y los porcentajes de aditivos respecto del peso del ligante asfáltico, cuando su incorporación resulte necesaria
También deberán señalarse: - Los tiempos requeridos para la mezcla de los agregados en seco y para la mezcla de los agregados con el ligante bituminoso. - La identificación y proporción (en peso seco) de cada fracción del material granular.
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- La granulometría de cada fracción del material granular y la granulometría combinada. - El porcentaje óptimo de ligante residual y de emulsión, en relación con el peso seco del componente mineral. - La resistencia a la compresión inconfinada. - La densidad máxima correspondiente a la densidad de diseño. - Los resultados de los ensayos complementarios que indique el pliego.
14.- Surfactantes en las emulsiones asfálticas Los emulsionantes cumplen la función de vencer la enorme tensión interfacial entre el asfalto y el agua, permitiendo que el asfalto pueda ser fácilmente dispersado en la fase acuosa, al momento de elaboración de la emulsión. Además, favorecen la formación de la doble capa eléctrica alrededor de las gotas de asfalto, que impide que éstas puedan unirse y por ende desestabilizar la emulsión ya formada. En el caso de emulsiones asfálticas para mezclas, tanto el contenido de emulsificante como el pH de la solución acuosa, tienen gran influencia en la propiedad de adherencia de las gotas de asfalto en los áridos. Se dispone de diferentes tipos de surfactantes. Las emulsiones preparadas con surfactantes catiónicos presentan varias características importantes: son estables, rompen al contacto con la superficie, fijándose allí la fase orgánica dispersada, y la película formada se adhiere fuertemente a la superficie y es relativamente insensible al agua. Por estas razones, este tipo de surfactante es el más utilizado para carreteras, por sus propiedades que mejoran la adhesión del asfalto sobre las rocas, y de adaptarse a cualquier material rocoso.
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Los surfactantes aniónicos utilizados son sulfonatos de lignina o casi todos los tipos conocidos de derivados del petróleo: naftenos, sulfonatos, cresilatos y sales de sodio de ácidos grasos. Dentro de éstos, los más importantes suelen ser los naftenos de sodio. Las moléculas de estos jabones, de fórmula general R-COO-Na (o RSO3- Na+) se ionizan en agua, para dar lugar a un cierto número de cationes Na+ (o de K+) e igual número de aniones R-COO-; así, variando la intensidad del carácter lipofílico y la densidad de carga negativa, se puede obtener una amplia gama de productos emulsificantes de distinto HLB, capaz de producir la emulsión con las características adecuadas de velocidad de rotura en presencia del material al cual se debe agregar la emulsión. Los sulfonatos de lignina que se obtienen en la industria de la pulpa y papel, como sales amoniacales de sodio o de calcio, pueden ser utilizados en la preparación de emulsiones de sedimentación lenta. Se menciona el uso de licores de desecho (sulfitos) en el reacondicionamiento de superficies de rutas asfaltadas. Entre otros emulsificantes de los grasos, residuos de la refinación de aceites de semillas, etc. Los surfactantes no-iónicos no producen iones en solución acuosa, lo cual se debe a la presencia de grupos hidrofílicos del tipo alcohol, fenol, éter o amida, y por tanto son compatibles con cualquier otro tipo. Como consecuencia de que no existe una interacción iónica entre el emulsificante y el material pétreo, su utilización puede ocasionar una pobre adhesión entre el asfalto emulsificado y el mineral, a menos que el emulsificante se utilice en un medio ácido o básico. Los surfactantes anfóteros presentan dos grupos funcionales, uno aniónico y el otro catiónico; en la mayoría de los casos, es el pH que determina el carácter dominante, favoreciendo una u otra de las posibles disociaciones. Debido al carácter
dual
de
este
tipo
de
emulsificantes,
resultan
ser
excelentes
emulsificadores del asfalto. Este tipo de emulsificante es compatible con los otros surfactantes; sin embargo, presenta la desventaja de que su costo es bastante elevado.
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15.- Aplicación con emulsiones asfálticas en mezclas en frío
15.1 Tratamientos Superficiales Son mezclas en frío utilizadas principalmente para proteger la base y súbase de caminos de bajo tránsito. Es una sucesión de áridos y emulsión, que dependiendo del tránsito que soportará, se denominan simples, dobles o triples. La composición granulométrica está definida con áridos fina y gruesa que en su colocación en obra, cubrirán los espacios vacíos unos con otros. Las granulometrías de los tratamientos superficiales, están especificadas tanto en el Pliego de Especificaciones Técnicas de Vialidad como en las normas IRAM. El tamaño máximo, podrá ser el denominado 6 – 20 y el mínimo 0 – 3. Dependiendo del tipo de clima y del árido, la emulsión utiliza podrá ser de rotura Rápida o media. A mayor temperatura ambiente, viento y suciedad del árido mayor deberá ser el tiempo para el corte de la emulsión. Este tipo de mezcla es la más antiguamente utilizada, luego con el avance de Tecnología en los equipos, las emulsiones modificadas y la necesidad de realizar
“reparaciones superficiales” en las carreteras, se definen las lechadas asfálticas.
15.2 Lechadas bituminosas Son mezclas fabricadas a temperatura ambiente de áridos finos de tamaño máximo entre 3 y 6 mm con emulsión asfáltica convencional de rotura lenta o superestables, agua y eventualmente otros componentes en proporciones pequeñas (filler, aditivo, etc.) En sus inicios se utilizaron fundamentalmente para impermeabilizar pavimentos ya envejecidos y como tratamiento de sellado. Estas lechadas cumplían a la perfección la misión que se les encomendaba, la utilización de granulometría con tamaño máximo inferior a 6 mm daba la textura suficiente para el tipo de tránsito que tenía que soportar y se extendían en una sola capa con dotaciones de 5 a 8 Kg/m².
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Estas dotaciones no se podían aumentar, ya que con áridos tan finos, si se aumentaban los espesores podían dar lugar a capas inestables, que no soportarían el tránsito existente. En los últimos años se ha mejorado de manera importante la tecnología de estas mezclas, lo que permitió aumentar el tamaño máximo de los agregados apareciendo los llamados Micro-aglomerados en frío.
15.3 Micro-aglomerados Los micro-aglomerados en frío son mezclas fabricadas a temperatura ambiente, de áridos finos de tamaño máximo entre 8 y 12 mm con emulsiones asfálticas modificadas con elastómeros y de rotura controlada, agua y eventualmente otros componentes en proporciones pequeñas(filler, aditivo, etc.) Están generalmente constituidos por dos capas de lechadas, la primera más fina y la segunda más gruesa. Tanto las lechadas como el micro-aglomerado tendrán una consistencia adecuada para poderse aplicar con rastro de goma y siendo la mezcla: fluida – homogénea sin grumos.
15.4 Generalidades Los tratamientos superficiales, las lechadas bituminosas y los micro aglomerados en frío, para su empleo en revestimientos superficiales de sellado de pavimentos y/o mejora de la textura superficial, son mezclas fabricadas a temperatura ambiente con una emulsión asfáltica, áridos, agua y, eventualmente, polvo mineral de aportación y adiciones, cuya consistencia es adecuada para su puesta en obra y pueden aplicarse en una o varias capas.
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15.5 Diferencias entre lachadas y micro aglomerados Desde el punto de vista de sus componentes
Áridos
Las lechadas se fabrican con áridos finos, de tamaño inferior a 6 mm y elevado contenido de filler: 10 – 20 %. En su composición pueden entrar arenas naturales o parcialmente trituradas. Los microagromerados se fabrican con áridos más gruesos, totalmente machacados, de tamaño superior siempre a los 6 - 8mm. Es normal emplear áridos 0/10 incluso 0/12 mm. Mayores exigencias en cuanto a sus características de dureza y resistencia al pulido. Posibilidad de conseguir granulometrías discontinuas.
Emulsiones Las lechadas suelen fabricarse con emulsiones convencionales de rotura lenta o las denominadas superestables. Los micros aglomerados se fabrican con emulsiones modificadas de rotura controlada.
En cuanto a sus características Los micros aglomerados en frío presentan, frente a las lechadas las siguientes ventajas:
Cohesiones más elevadas
Superior micro textura
Mejores resistencias mecánicas
Superiores niveles de adherencia a altas velocidades de trafico
Muy superior drenabilidad superficial
Buen comportamiento ante las solicitaciones de tráfico pesado
Mayor durabilidad
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15.6 Campo de aplicación Lechadas:
Impermeabilización y sellado Micro aglomerados:
Corrección de rodaduras deslizantes Otras aplicaciones
Arcenes
Tableros de puentes
Vías urbanas
Tratamientos estéticos
15.7 Afinidad con los áridos
Lechadas Asfálticas
Los áridos que se utilizan en la composición de una lechada son arenas naturales de ríos, arenas de trituración de rocas o una mezcla de ambas. Los mismos deberán cumplir los siguientes requisitos: estar limpios de materias orgánicas, no contener polvo, grumos o terrones arcillosos. Las arenas de trituración deberán ser de rocas y cumplir con el ensayo de “desgaste Los Ángeles”. Las lechadas elaboradas íntegramente con agregados de trituración presentan excelentes propiedades mecánicas y de resistencia al deslizamiento. Sin embargo, el agregado de arenas naturales, no solo pueden resultar económicos sino también mejorar su trabajabilidad. Pero se tiene que tener en cuenta que el porcentaje máximo de arena natural a incorporar será aquel que no afecte las propiedades mecánicas o la calidad antideslizante. Con relación al filler, se utilizan como tales el cemento Portland, la cal aérea hidratada y las piedras calcáreas molidas en proporciones que oscilan entre 0,5 y 3% del peso seco de los áridos.
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Micro aglomerados
Los áridos a emplear en este tipo de mezcla son muy similares a las características mencionadas para las lechadas.
16.- Ensayos de emulsión La elección del equipo depende de la aplicación que se haya de dar a la emulsión que se prepara. La finalidad de la maquinaria para emulsificación, ya sea sencilla o compleja, es dividir y dispersar la fase interna en la externa, de suerte que el tamaño de partícula de la emulsión que resulte sea suficientemente pequeño para evitar la unión y la consiguiente desintegración de la emulsión en el tiempo requerido de la estabilidad. La agitación a mano es la más sencilla. La rotación mecánica de las paletas suele ser lenta, y si la emulsión no es muy viscosa, es reducida la eficiencia de agitación. Para agitar emulsiones viscosas que contienen gran proporción de sólidos, geles jabonosos, sustancias resinosas, etc., es más eficiente un agitador mecánico de paletas giratorias o de áncora. El agitador planetario fue inventado para emulsiones de gran viscosidad, como los que se hacen en la industria de comestibles. En un agitador planetario la paleta efectúa dos movimientos circulares: uno de rotación sobre su propio eje y otro de traslación en una órbita circular. De esta manera se puede mezclar bien una gran porción de masa espesa. Aireación. La agitación por medio de burbujas de aire o de gas, que pasan por un líquido, no es mucho más eficiente que la agitación a mano, a menos que se usen volúmenes muy grandes de gas. El uso de aire o de vapor es más práctico en sistemas de poca viscosidad.
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Agitación por medio de hélice. Uno de los tipos más usuales de maquinaria para emulsificación es el de una o más hélices montadas sobre un eje en un tanque mezclador. Esta clase de agitación es muy eficiente para agitar emulsiones de viscosidad reducida o mediana. Agitación con turbinas. La inclusión de pantallas fijas en la pared del tanque o adyacentes a las hélices, como un rotor y estator de turbina, aumenta considerablemente la eficiencia de la agitación. El agitador de turbina es el preferible de los dos métodos, pues las pantallas de desviación en un tanque, con frecuencia, ocasionan áreas de poca o ninguna agitación, aunque el efecto general es el de aumentar la eficiencia de agitación. El molino de coloides se puede considerar como una modificación de la turbina. En virtud de las tremendas fuerzas cortantes que se aplican a la emulsión, el aumento de temperatura durante la emulsificación puede ser de 15 a 80ºC, y las más de las veces es necesario el enfriamiento externo. Se puede efectuar la molienda de líquidos y pastas. En un homogeneizador, para efectuar la emulsificación, se pasan ambas fases por una válvula de resorte, generalmente a fuerte presión. Esto es útil en algunos casos en que la homogeneización a fuerte presión fomenta la conglutinación de las partículas finas de emulsión que forma. El segundo paso de homogenización, a menor presión, desintegra los grumos y da un producto de menor viscosidad. Empleando ingredientes similares, los homogeneizadores dan por lo general una emulsión de menor tamaño medio de partícula que los molinos de coloides, aunque no es tan uniforme dicho tamaño de partícula. Los homogeneizadores sirven para líquidos o pastas y la velocidad de producción es poco afectada por la viscosidad.
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Un invento más creciente e la rama de equipos emulsificadores es el oscilador de alta frecuencia o ultrasónico. Como es de suponer, se emplean muchas combinaciones de los equipos citados y se están estudiando nuevos diseños. Por ej. : Para la elaboración de cremas cosméticas una paleta movida a motor en un tanque de dobles paredes es complementada con un pequeño agitador de turbina de gran velocidad. Este aparato es muy eficaz para la emulsificación inicial de poca cantidad de material en el fondo del tanque y facilita la emulsificación incluso al concluir una partida cuando está lleno el tanque. El equipo de laboratorio para estos y otros tipos de emulsificación es usado comúnmente. Se usan batidoras de huevo movidas por motor, mezcladoras de comestibles a gran velocidad y maquinas agitadoras. La agitación de laboratorio es por lo común mucho más vigorosa y eficiente que la de equipos a escala de planta. Otra diferencia que a menudo tiene aún mayor importancia en la correlación entre los resultados de laboratorio y de los de planta, es la regulación de la temperatura de emulsificación y después de ella. Por ej.: En pruebas de laboratorio es rápida la variación temperatura. El enfriamiento de una emulsión, incluso dejándola reposar al aire en un vaso, suele ser mucho más rápido que el enfriamiento de un gran tanque de emulsión.
17.- Parte experimental del ensayo en el laboratorio
Como regla general se controla que la temperatura de los compuestos
ligantes asfalticos y fase acusa cumpla con la denominada “regla del 200”. Es decir, que si el ligante tiene una temperatura aproximada a los 60|°C, la fase acuosa deberá tener una temperatura cercana a los 60°C (entre los
que suman los 200”). Con dichas temperaturas suelen obtenerse emulsiones de entre 70/80°C.
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Luego se pesa la cantidad del ligante asfaltico a colocar, considerando una pérdida de materia en las paredes del recipiente (aproximadamente 10gr cada 500gr de emulsión resultante), llevándolo a una temperatura aproximadamente de 140°C.
Seguidamente se pesa la cantidad de agua necesaria a una temperatura cercana a 80°C, tomando unos gramos de más en función de su posible evaporación. Esta es la temperatura mínima necesaria para asegurar que al incluir el emulsificante no exista aglomeración y haya buena dispersión. Finalmente se pesa el emulsificante.
Para que el emulsificante se diluya debe existir un medio acido o bien alcalino. Es por ello que a la cantidad de agua requerida se le coloca aproximadamente 1ml de un elemento acido o básico antes de adicionar el emulsificante.
Por precaución, se debe tomar en todo momento el pH (potencial de posible hidrogeno) de la solución. Luego a esta solución se le adiciona el emulsificante, empleando un agitador para favorecer su disolución.
Alcanzada la disolución (del color “agua” al típico del emulsificante generalmente color te) y manteniendo la temperatura en aproximadamente 60°C. se procede a incorporar lentamente la solución acuosa al cemento asfaltico (ligante asfaltico) y se procede la dispersión con el agitador y el taladro eléctrico.
Al finalizar con la incorporación del cemento asfaltico, se trasvasa el producto a un recipiente metálico con tapa, llenándolo totalmente y evitando la formación de espuma, vertiendo la emulsión lo mas próxima posible al fondo.
Luego, el recipiente se deposita en un lugar sin contacto con la luz solar y a una temperatura de 25°C para evitar la posible rotura de la emulsión. Luego de 24 de elaborada, la emulsión se observa su estabilidad, quedando en condiciones para someterla a los ensayos que exige la normativa.
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18.- MATERIALES Y TECNOLOGICOS RECURSOS
DESCRIPCION
CANTIDADES NECESARIAS
AC-20 PDVSA
250 ml
IONICO DESIONIZADA Y DESTILADA
100 ml 1000 ml
0-210 gr
1 unid
1500 watts
1 unid
S/D
1 unid
1500 rpm
1 unid
1/4 gal
4
S/D
2
0-150°C
1 unid
5.0 Mega pixel
1 unid
S/D
2 unid
S/D
1 unid
S/D
1 unid
100 ml
1 unid
250 ml
2 unid
CEMENTO ASFALTICO TENSOACTIVO AGUA BALANZA DE PRECISION PLANCHA CALENTAMIENTO AGITADOR PARA DISPERSION TALADRO ELECTRICO ENVASES METALICOS INDICADORES DE PH TERMOMETRO BIMETALICO CAMARA FOTOGRAFICA LENTES DE SEGURIDAD GUANTES CARNAZA ESPATULA CILINDRO GRADUADO BEAKER
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19.- ESPECIFICACIONES GRANULOMETRICAS A.S.T.M. PARA MEZCLAS ASFALTICAS CON EMULSIONES 19.1 AGREGADO PARA MEZCLAS ABIERTAS % DE PASANTE BASE
RODAMIENTO
ABERTURA DEL TAMIZ GRUESO
MEDIANO
38,1 mm (1 1/2")
100
-
-
25,4 mm (1")
95-100
100
-
90-100
-
19,1 mm (3/4") 12,7 mm (1/2")
25-60
9,55 mm (3/8")
FINO
100 20-55
85-100
4,76 mm (N°4)
0-10
0-10
2,36 mm (N°8)
0-5
0-5
0-10
1.18 mm (N°16)
-
-
0-5
0.074 mm (N°200)
0-2
0-2
0-2
Desgaste máquina de los ángeles (500 rev)
40 máximo
40 máximo
40 máximo
Caras fracturadas
65 mínimo
65 mínimo
65 mínimo
Grados de emulsión recomendados
MS-2; MS 2h; HFMS -2; HFMS-2h
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19.2 AGREGADO PARA MEZCLAS ARENA EMULSION % DE PASANTE BIEN GRADADA
ARENA LINOSA
ABERTURA DEL TAMIZ
POBREMENTE GRADADA
12,7 mm (1/2") 4,76mm (N°4) 0,297 mm (N°50) 0,149 mm (N°100)
100 75-100 -
100 75-100 15-30 -
100 75-100 16-65
0,074 mm (N°200)
0-12
-
dic-20
Equivalente de arena, en porcentaje
30 mínimo
30 mínimo
30 mínimo
Índice de plasticidad
NP
NP
NP
Grados de emulsión recomendados
HFMS-2; HFMS-2h ;SS-1; SS-1h; CSS-1; CSS-1h
De rompimiento rápido (RS y CRS). De rompimiento medio (MS, HFMS y CMS). De rompimiento lento (SS y CSS).
20.- DESCRIPCION DEL PROCEDIMIENTO Para el diseño de la emulsión asfáltica ecr-70, cuya composición es de 70% de ac-20 y 30% de agua, y 1% de emulsificante se consideró la siguiente formulación:
COMPONENTES
COMPOSICION (%P/P)
CANTIDAD(g)
AC-20
70
70
AGUA
30
29
SURFACTANTE
1
1
TOTAL
100
100
38
POR LO TANTO LOS OBJETIVOS DE LA FORMULACION DE UNA EMULSION ASFALTICA SE CONSIDERA LO SIGUIENTE:
Caracterizar
Conocer la importancia de las emulsiones asfálticas.
Trabajar en el laboratorio utilizando métodos y procedimientos para
e identificar un cemento asfaltico.
preparar una emulsión asfáltica.
Formar equipos de trabajo.
21.- Asfaltos modificados a base de polímeros Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos por dos fases, una formada por pequeñas partículas de polímero hinchado y la otra por asfalto. En las composiciones de baja concentración de polímeros existe una matriz
continua de asfalto en la que se
encuentra disperso el polímero; pero si se aumenta la proporción de polímero en el asfalto se produce una inversión de fases, estando la fase continua constituida por el polímero hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella.
Los asfaltos modificados con polímeros elevan la vida útil de un pavimento de dos a tres veces (según el caso a aplicar) con un costo adicional de hasta un 25% sobre la mezcla asfáltica.
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Está plenamente probado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mecánicas como de adhesión en una amplia gama de aplicaciones y bajo distintas condiciones climáticas y de tránsito. sin embargo, el creciente incremento de volumen del tránsito y la magnitud de las cargas, y la necesidad de optimizar las inversiones, provoca que, en algunos casos, las propiedades de los asfaltos convencionales resulten insuficientes. Por ejemplo, con los asfaltos convencionales, aun con los grados más duros, no es posible eliminar el problema de las deformaciones producidas por el transito canalizado (ahuellamiento), especialmente cuando se deben afrontar condiciones de alta temperatura. Además, con la simple adopción de asfaltos más duros se corren el riesgo de figuraciones por efectos térmicos
cuando
las
temperaturas
son
muy
bajas.
Con ciertas mezclas abiertas, alternativa generada por razones de confort y seguridad, con los ligantes convencionales no se alcanzaría una resistencia mecánica suficiente a causa de una insuficiente cohesión y adhesividad, lo que unido al bajo contenido de ligante de estas mezclas podría redundar en una disminución en su durabilidad. Del mismo modo, las nuevas capas superficiales delgadas serian menos durables cuando se vean sometidas a altas intensidades de tránsito.
22.- Ventajas y desventajas del asfalto modificado con polímeros Ventajas:
1. Disminuye la susceptibilidad térmica
Se obtienen mezclas más rígidas a altas temperaturas de servicio reduciendo el ahuellamiento. 40
Se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento.
2. Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad. 3. Mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas. 4. Mayor adherencia: debido a los polímeros de cadenas cortas. 5. Mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la mezcla. 6. Mejora la trabajabilidad y la compactación: por la acción lubricante del polímero o de los aditivos incorporados para el mezclado. 7. Mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando la propagación de las fisuras. 8. Mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las propiedades del ligante, pues los sitios más activos del asfalto son ocupados por el polímero. 9. Mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acelerado en laboratorio, demuestran su excelente resistencia al cambio de sus propiedades características. 10. Mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de conservación. 11. Fácilmente disponible en el mercado 12. Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado. 13. Mayor resistencia al derrame de combustibles. 14. Reduce los costos de mantenimiento. 15. Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas. 16. Aumenta el módulo de la mezcla. 17. Permite la reducción de hasta el 20% de los espesores por su mayor módulo. 18. Mayor resistencia a la flexión en la cara inferior de las capas de mezclas asfálticas. 19. Permite un mejor sellado de las fisuras. 41
