EL ASFALTO EN LA PAVIMENTACIÓN

Ing. Iván Chávez Roldán.

LIGANTES ASFÁLTICOS

Los asfaltos utilizados en la pavimentación de carreteras son productos que provienen de la destilación del petróleo crudo.

El Cemento Asfáltico (C.A.) (Nombre técnico en nuestro medio, es de consistencia sólida a temperatura ambiente y para poder utilizarlo en pavimentación deberá encontrarse en estado líquido.

Existen tres formas de licuificar el cemento asfáltico:

  1. Derritiéndolo
  2. Fluidificándolo
  3. Emulsionándolo

a. Para derretir el C.A. y mezclarlo con los agregados se necesitan plantas asfálticas sofisticadas cuya utilización se justifica únicamente para grandes volúmenes.

  Mezcla Asfáltica en Caliente = C.A. + Agregados
  (140°C) (140°C) (140°C)

Las temperaturas de producción deberán ser de 140°C en promedio. El gasto y servidumbre del calentamiento del C.A. es un despilfarro desde el punto de vista económico y energético.

b. Para fluidificar el C.A. se le deberá adicionar un solvente de petróleo como la gasolina o el kerosene, obteniendo un asfalto rebajado (Cut Back) cuya consistencia es semi-líquida a temperatura ambiente.

En la producción de mezcla asfáltica en frío es necesario calentar el asfalto rebajado (RC-250) a 60°C como mínimo y los agregados a utilizarse deberán encontrarse completamente secos.

  Mezcla Asfáltica en Frío = Solventes de Petróleo + Agregados + Agregados Secos

El destino final de los solventes del rebajado (hasta 25% de su volumen) es la evaporación, perdiéndose energía, dinero y lo que es peor aún, contaminando enormemente el medio ambiente y afectando directamente la capa de ozono de nuestra atmósfera.

c. La Emulsión Asfáltica es producida rompiendo el C.A. en minúsculas partículas y dispersándolo en agua por medio de un emulsificante. La emulsión asfáltica es líquida a temperatura ambiente.

La producción de mezcla asfáltica con emulsión se realiza a temperatura ambiente y los agregados pueden encontrarse húmedos.

  Emulsión Asfáltica = C.A. + Emulsificante + Agua

El destino final del agua es la evaporación, la cual continuará con su ciclo hidrológico natural sin ningún tipo de contaminación.

El emulsificante es un compuesto químico orgánico fabricado en base a aminas grasas animales o vegetales que se comporta además como mejorador de adherencia, favoreciendo las propiedades del C.A.

  Mezcla Asfáltica = (Emulsión Asfáltica) + Agregados + H2O
  Con Emulsión = (C.A. + Emulsificante + H2O) + Agregados + H2O
  Mezcla Final => C.A. + Emulsificante + Agregados
      (Mejorador de Adherencia)  

Sea cual fuera la forma de licuificar el C.A. para la producción de mezcla con agregados, siempre quedará finalmente sobre la superficie el C.A. y el agregado y solamente en el caso de mezclas con emulsión asfáltica quedará además el mejorador de adherencia, el cual aumentará el tiempo de vida del pavimento asfáltico.


CLASIFICACION DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS

Las Emulsiones Asfálticas se dividen en tres categorías:

  • Aniónicas
  • Catiónicas
  • No Iónicas

Las dos primeras se utilizan en la construcción y mantenimiento de carreteras. Las del tipo aniónico fueron las primeras emulsiones creadas por 1920. Las catiónicas son las emulsiones "modernas" que se utilizan actualmente con excelentes resultados en todo el mundo.

En la presente información técnica nos referiremos únicamente a las emulsiones del tipo catiónico, las cuales se utilizan con prácticamente cualquier tipo de agregado.

Las emulsiones asfálticas se clasifican de acuerdo a la rapidez en que el asfalto se separe del agua (coalescencia o rotura; cambio de color de marrón a negro):

Catiónica de Rotura Rápida CRS
Catiónica de Rotura Media CMS
Catiónica de Rotura Lenta CSS
Catiónica de Rotura Lenta del tipo Superestable CS

* Puede obviarse el requisito de sedimentación si se usa emulsión en menos de 5 días; o el comprador puede exigir q se corra la prueba desde el tiempo de recepción hasta el de uso, si el periodo transcurrido es menor de 5 días.
** Puede usarse la prueba de almacenamiento a 24 h en lugar de la de sedimentación a 5 días.
*** Pueden aceptarse materiales que fallan clasificación si pasan demulsibilidad.
**** Estas aplicaciones típicas son para usar solamente como guía para la selección y uso de emulsiones para fabricación y mantenimiento de pavimentos.

Las normas para los asfaltos emulsificados llevan las designaciones AASHTO M140 y M208 y las designaciones ASTM D977 y D2397.(Ver Tabla No.1)


ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS

Las emulsiones asfálticas deberán almacenarse a temperaturas entre 5°C y 85°C, dependiendo del uso final y del producto en cuestión.
Para volúmenes grandes se las puede almacenar en tanques cisternas o pozas de concreto limpias y bien cubiertas para lo cual se deberá contar con algún sistema de recirculación.

Para volúmenes pequeños se las puede almacenar en cilindros bien limpios debiendo recircularlos cada 7 días y antes de su utilización, rodando los mismos manualmente.

El transporte se puede realizar en cilindros o en cisternas, se recomienda que contengan placas deflectoras para evitar el "chapoteo" de la emulsión como las que usan las cisternas de asfalto convencionales. Los cilindros y las cisternas deberán transportarse siempre totalmente llenos, dejando una mínima cantidad de aire en su interior para casos de expansión del líquido por temperatura.


RECOMENDACIONES PARA RESULTADOS EXITOSOS

  • Realice una exhaustiva evaluación en laboratorio empleando los agregados y la emulsión que se utilizarán en la obra, coordinando con su proveedor de emulsión.
  • Seleccione los grados de acuerdo a la tabla de usos y la información previa disponible.
  • Cumpla las especificaciones y las guías de uso.
  • Manipule cuidadosamente la emulsión para prevenir su contaminación, la sedimentación de gotitas de asfalto o la coalescencia prematura.
  • Cuando surjan problemas inusuales o singulares, contacte al representante del fabricante de la emulsión.

USOS DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS

Cada grado de emulsión está diseñado para usos específicos, algunos de los cuales se describen a continuación. Ver tabla de usos:

  1. El polímero debe incorporarse durante o antes de la emulsificación.
  2. Diluidas con agua.
  3. mezclado solo para imprimación.

Nota: Solo se han indicado algunos tipos de emulsiones de uso general, Los casos de agregados, condiciones climáticas o ambas muy particulares, pueden ser ventajosas selecciones adicionales de emulsión como la de rotura lenta del tipo superestable (CSE).

Riego de Imprimación:

Es una aplicación inicial de emulsión asfáltica CSS sobre una superficie absorbente (base) para impermeabilizar la superficie, reducir sus vacíos capilares, revestir y trabar las partículas minerales sueltas, endurecer la superficie y promover la adhesión entre la base y la carpeta asfáltica o tratamiento superficial.
La base deberá estar adecuadamente perfilada y compactada, el material suelto deberá ser barrido de la superficie, la cual deberá estar seca o ligeramente húmeda. La cantidad de emulsión diluida (1:1 hasta 1:2) a utilizar depende de la textura superficial de la base granular. Generalmente se utiliza desde 2.3 lt/m2. Si se encuentra un exceso de residuo asfáltico después de haber roto la emulsión, se deberá espolvorear ligeramente arena para absorber el material sobrante. Si la superficie es muy cerrada se necesitará una leve escarificación antes del riego de imprimación, y posteriormente una compactación final.

Todo el trabajo se realizará a temperatura ambiente y el tiempo mínimo antes de colocar la carpeta o tratamiento superficial será lo necesario como para que la emulsión rompa (de 1 a 2 horas).

Riego de Liga:

Es una aplicación ligera de emulsión asfáltica CSS sobre un pavimento existente para asegurar la adherencia entre dos superficies que se superponen. El riego deberá ser muy delgado y deberá cubrir uniformemente la totalidad del área a ser repavimentada.

La emulsión asfáltica será diluida en partes iguales con agua y se colocará a razón de 0.25 a 0.70 lt/m2.

Tratamientos Superficiales:

Comprende varios tipos de aplicaciones de asfalto-agregado sobre cualquier clase de superficie vial con espesores menores a 1" (2.54cm.).

Un tratamiento superficial simple consiste en el riego de una emulsión seguido de la aplicación de una capa delgada de agregado que se compacta en forma inmediata.

Para tratamientos superficiales múltiples el proceso se repite una segunda o aún una tercera vez, disminuyendo con cada nueva aplicación el tamaño de los agregados. El tamaño máximo de los agregados para cada aplicación sucesiva es aproximadamente la mitad del tamaño máximo de la capa anterior.

El proceso constructivo se realiza con emulsión Catiónica de Rotura Rápida que contenga un alto porcentaje de Residuo Asfáltico.

Las Tablas Nos. 2, 3 muestran las cantidades de asfalto y agregado para los tratamientos simples, dobles y múltiples respectivamente.

Cantidades de Emulsión y Áridos para Tratamientos Superficiales Dobles


MEZCLAS ASFALTICAS CON EMULSION

El avance tecnológico ha hecho posible que las mezclas con emulsión se desempeñen tan bien como otros tipos probados de mezclas asfálticas. Pueden utilizarse en cualquier pavimento desde servicios livianos hasta los más pesados.

El agregado constituye entre el 90 y el 95% en peso de una mezcla con emulsión. Se deberá respetar algunas especificaciones si la mezcla ha de cumplir requisitos de estabilidad, manejabilidad, flexibilidad, resistencia al deslizamiento y durabilidad.

Las Tablas Nos. 4, 5 Y 6 muestran las especificaciones granulométricas para mezclas densas, abiertas y mezclas arena-emulsión respectivamente.

La emulsión asfáltica a utilizar será la Catiónica de Rotura Lenta con Residuo Asfáltico de 60% en promedio, debiendo realizarse la mezcla a temperatura ambiente.
Los agregados deberán cumplir con las especificaciones granulométricas descritas en las tablas.

Para una combinación de arena gruesa con piedra chancada de ½" (12.5 mm.) que cumpla con la especificación será suficiente utilizar 60% de arena y 40% de piedra con respecto al peso. El rendimiento de la emulsión será de aproximadamente 35 gal/m3 de agregado.
La mezcla se puede preparar en boogie, en trompo mezclador, con cargador frontal, en planta asfáltica, etc., dependiendo del volumen de mezcla requerido. La mezcla preparada deberá almacenarse 24 horas antes de usarse.

El orden de mezclado en un trompo o mezcladora es el siguiente:

1° Agua limpia (17 gal/m3 aproximadamente, dependiendo de la humedad del árido)
2° Cemento Portland Tipo I (1% a 2% en peso)(Opcional)
3° Arena Gruesa (aprox. 60% en peso)
4° Piedra Chancada de ½" (aprox. 40% en peso)
5° Emulsión Asfáltica CSS. (30 a 36 gal/m3 aproximadamente)

Nota: Los porcentajes son respecto al peso de la combinación de arena y piedra secos. Es necesario considerar que antes de adicionar la emulsión asfáltica, los agregados deberán estar homogéneamente humedecidos.

Después de agregar la emulsión asfáltica se deberá visualizar una mezcla totalmente homogénea respecto al color.

La colocación de la mezcla se realiza exactamente igual que las mezclas convencionales y se abre el tráfico de forma inmediata. Debido a que la emulsión asfáltica es altamente adherente, se recomienda espolvorear arena fina sobre la mezcla colocada, y en los asfaltados importantes, un sello simple para evitar que la mezcla se adhiera a los neumáticos de los vehículos.

Este sello consiste en aplicar un leve riego de liga, anteriormente descrito, y complementarlo con arena gruesa que se mantendrá sobre el trabajo realizado hasta que el mismo tráfico la retire. Finalmente se procederá a la limpieza respectiva.

Especificaciones Granulométricas para Mezclas Densas con Emulsión

Especificaciones Granulométricas para Mezclas Densas con Emulsión

Especificaciones Granulométricas para Mezclas Arena-Emulsión


SLURRY SEAL

Es una mezcla de arena bien gradada, cemento Portland tipo I, emulsión asfáltica Catiónica de rotura lenta y agua, que se utiliza para el mantenimiento correctivo y preventivo de vías existentes y también como nueva capa de rodadura para todo tipo de tráfico. El Slurry Seal o Mortero Asfáltico sella las grietas y fisuras existentes, detiene el desprendimiento de los agregados, impermeabiliza y mejora la resistencia al deslizamiento y abrasión.
El Mortero Asfáltico es una tecnología moderna de rejuvenecimiento de pavimentos antiguos y oxidados y se coloca en espesores de 4mm. a 15mm., dependiendo del grado de deterioro del pavimento antiguo. Esta técnica no necesita de compactación, basta con abrir el tráfico para obtenerla.
La producción del Slurry Seal se realiza a temperatura ambiente, siendo su consistencia semi-líquida y se puede preparar en boogie, trompo mezclador o camión mezclador-esparcidor, dependiendo de la envergadura de la obra.

La dosificación unitaria de los insumos a utilizarse, respetando el orden de mezclado, es aproximadamente la siguiente:

  1. 50 galones de Agua Limpia
  2. 1 m3 de Arena Gruesa bien gradada
  3. 0.4 bolsas de Cemento Portland Tipo I (Opcional)
  4. 60 galones de Emulsión Asfáltica CSS

La colocación manual se realiza en pequeñas áreas, como si se estuviera vaciando un piso de concreto.

Para trabajos de envergadura se utiliza una planta móvil Micropavimentadora, cuyo rendimiento promedio es de 4,000 m²/día en ciudades y 6,000 m²/día o más en carreteras.
Para lograr el acabado rugoso que necesita toda superficie de rodadura se deberá pasar longitudinalmente un yute humedecido con agua.
El mortero asfáltico fragua después de 2 a 4 horas de colocado, por lo que se deberá abrir el tráfico ½ hora después del curado.
En la Tabla No. 7 se muestran las especificaciones granulométricas de la arena a utilizarse. Estas especificaciones varían de acuerdo al espesor del mortero a colocar.

Especificaciones Granulométricas para Slurry Seal