LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS Y LAS MICROSUPERFICIES

Ing. Iván Chávez Roldán.

INTRODUCCION

La tecnología en frío, basada en el empleo de emulsiones, ha tenido una evolución e interés creciente. El perfeccionamiento químico de los productos, la variedad del tipo de emulsiones y la puesta a punto de nuevas unidades de obra, han hecho que en el momento actual el ingeniero disponga de un instrumento eficaz, versátil y económico en todos los casos.

La crisis de la energía de 1974 a forzado a numerosas administraciones a utilizar las técnicas en frío para ahorrar gastos inútiles de productos energéticos. A esto se ha unido un interés creciente por los problemas de contaminación atmosférica y de ecología.

El gasto y el personal del calentamiento en los materiales asfálticos para carreteras es en cualquier caso oneroso desde el punto de vista energético y económico. Implica además, el uso de grandes equipos, difíciles de transportar y de instalar y puede producir situaciones de contaminación y de rechazo de la población.

Las emulsiones asfálticas constituyen la solución lógica y natural para poder poner en obra asfaltos a temperatura ambiente sin miedo a la presencia de humedad ni a los problemas que produce una mala adhesividad con los áridos. Las soluciones usadas en años anteriores, diluyendo ligantes con solventes derivados del petróleo, resultan en el momento actual anacrónicas tecnológicamente y onerosas por el despilfarro energético que representa el malgastar aquel componente ligero, cuyo destino final es la desaparición por evaporación.

En el estado actual del problema, se está todavía lejos de un enfrentamiento frío-caliente. Normalmente deben ser las condiciones locales y económicas las que decidan la elección de uno de los dos procedimientos. Es impensable usar mezclas en caliente en obras pequeñas y alejadas de las plantas de producción de asfalto y sería difícilmente justificable, proyectar grandes volúmenes de mezclas en frío, concentradas y en zonas altamente equipadas con plantas asfálticas. En la mayor parte de los casos ambas técnicas son complementarias y tan peligroso e inadecuado es abusar de una como de otra.

EL presente trabajo es una parte de la tecnología en frío basado en emulsiones, como son las lechadas asfálticas, mortero asfáltico, lama asfáltica o slurry seal, que es una técnica de mantenimiento muy desarrollada en todo el mundo, y que en los últimos años en Latinoamérica ha tenido gran auge por lo versátil y económico. En nuestro país, se han realizado numerosos trabajos en costa, sierra y selva.

MORTERO ASFALTICO "SLURRY SEAL"

1. El Deterioro del Pavimento.

Las especificaciones modernas, control de calidad de materiales, y actuales sistemas constructivos, producen un pavimento asfáltico que normalmente es denso y durable. En un periodo de tiempo los elementos naturales oxidan el asfalto, haciéndolo duro y quebradizo. Como resultado de los esfuerzos producidos por el tráfico, aparecen las fisuras por contracción

Una vez empezado el deterioro del pavimento se incrementa en un rango acelerado, mientras el proceso de oxidación continúa, las fisuras crecen de lado a lado, dejando un patrón de bloques.

Durante el periodo completo de deterioro, el pavimento antes impermeable, deja filtrar agua a través de ellos hacia la base saturándola, por tanto el pavimento no soportará la presión del tráfico, y el resultado es el colapso completo de la pista. La única solución del problema es ahora, una reconstrucción completa a un costo elevado.

2. Características y Usos de las superficies con Slurry Seal.

Estas pistas en sus primeras etapas de deterioro, se rehabilitan con un mortero asfáltico de alta calidad como el "Slurry Seal", recuperando la impermeabilidad necesaria, la resistencia al desgaste por abrasión y erosión, sin un costoso precio de reconstrucción.

La mezcla semi-líquida se coloca en espesores delgados (4 a 15 mm.) penetrando en las fisuras y grietas, sellando así, hasta lo mas profundo de la falla, protegiendo al pavimento de humedad y oxidaciones futuras.

El "Slurry Seal" se utiliza para resolver variados problemas del pavimento:

  • Sella fisuras y grietas impermeabilizándolo y proporcionando al mismo tiempo, una superficie de rodadura nueva.
  • Cubre superficies desgastadas con desprendimiento superficial de material fino, asegurando una rodada limpia.
  • En zonas propensas a accidentes, consigue una textura superficial regular, áspera y segura, para evitar el deslizamiento de los vehículos.
  • A diferencia de los tratamientos superficiales por riego, el material pétreo es recubierto totalmente por el asfalto, eliminándose los problemas de desprendimiento que dañan los parabrisas de los vehículos en las pistas y malogran las turbinas de las aeronaves en los aeropuertos y provee una superficie silenciosa a la rodada, que para un ojo no educado tiene la apariencia de un concreto asfáltico en caliente.
  • Por su consistencia semi-líquida, se le dan diferentes acabados: rugoso, con ayuda de un yute, semi-liso, con frotacho y liso con la plancha de empastar, para los diferentes usos como: losas deportivas, pistas de patinaje, estacionamientos, grifos, etc.

3. Materiales.

Este mortero está compuesto de agregado bien gradado, emulsión asfáltica, filler mineral y agua. La selección y la dosificación adecuada de estos materiales deberá hacerse en laboratorio calificado antes de la puesta en obra.

3.1 Agregado.

Cualquier agregado que pasa la malla de 3/8 " usado para mezcla en caliente, es apropiado para el mortero asfáltico. Por peso, el agregado conforma del 87 al 94% de la mezcla.

Los ensayos de calidad al material pétreo que se realizarán son:

  • Muestreo                                    AASHTO T 2           ASTM D 75
  • Granulometría por vía húmeda      AASHTO T 27         ASTM C 136     ver tabla 2. 
  • Equivalente de arena                   AASHTO T 176       ASTM D 2419   50 min.
  • Abrasión (composición C o D)      AASHTO T 96         ASTM C 131     45% max.
  • Durabilidad  (Na2SO4)                 AASHTO T 104        ASTM C 88      15% max.
  • Gravedad específica y absorc.      AASHTO T 84         ASTM C 128
  • Peso unitario                              AASHTO T 19          ASTM C 29
  • Sales solubles totales                      USBR E-8           0.5% max.

3.2 Emulsión Asfáltica.

Las emulsiones catiónicas, que por su naturaleza de fraguar químicamente, tienen la ventaja de un curado rápido. Gran parte de los agregados están cargados negativamente, las emulsiones catiónicas, por tener carga positiva en las partículas de asfalto, asegura una gran afinidad árido-ligante.

Los proveedores de las emulsiones asfálticas, deberán tener un laboratorio bién equipado, y el personal capacitado para el diseño de la emulsión y el control de calidad completo de cada carga conducida a obra. Las especificaciones técnicas están dadas en el AASHTO T 59 y ASTM D 2344. Ver tabla No 1.

La emulsión asfáltica catiónica de rotura lenta (CSS), es la indicada para este tipo de trabajo, siendo la super lenta o super estable como lo llaman algunos proveedores, la que permite mayor trabajabilidad para el acabado.

3.3 Agua.

Es el insumo que controla la consistencia de la mezcla. Por peso compone del 4 al 12% del agregado seco.

El agua debe humedecer previamente al agregado para que funcione como lubricante ante la emulsión, reduce la tensión superficial de las partículas de agregado facilitando a la emulsión el cubrimiento.

La mayoría de los abastecedores de agua locales suministran un producto adecuado para el uso del mortero. Debe estar libre de sales solubles, suciedad, y sedimentos. No debe ser dura. En caso de dudas, se realizará el ensayo de Control de Calidad al Agua (NTP 339.088).

3.4 Filler Mineral.

El relleno mineral es usado en el mortero para mejorar la gradación del agregado, y principalmente para proporcionar a la superficie de rodadura la alta resistencia al desgaste. Deben cumplir con las especificaciones ASTM D-242.

Se usan entre 0.5 al 2 % en peso respecto al agregado seco. La dosificación será diseñada en laboratorio, mediante el ensayo de abrasión por inmersión bajo tráfico simulado para morteros asfálticos. Los filler mas usados son el cemento portland tipo I y la cal hidratada.

TIPO

Rotura Rapida

Rotura Media

Rotura Lenta

 

GRADO

CRS-1

CRS-2

CMS-2

CMS-2h

CSS-1

CSS-1h

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

PRUEBAS A LA EMULSION:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Viscosidad Saybolt Furol a 25ºC, seg.

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

40

 

Viscosidad Saybolt Furol a 50ºC, seg.

20

 

40

 

20

 

40

 

 

 

 

 

Sedimentación*, 5 días, %

 

5

 

5

 

5

 

5

 

5

 

5

Estabilidad almacenamiento**, 24 h, %

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

Tamizado, %

 

0.10

 

0.10

 

0.10

 

0.10

 

0.10

 

0.10

Mezcla con cemento, %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.0

 

2.0

Destilación:
Aceite destilado, por volumen de emulsión, %
Residuo, %

 

60

 

3

 

65

 

3

 

65

 

12

 

65

 

12

 

57

 

 

57

 

PRUEBAS SOBRE EL RESIDUO DE LA EVAPORACION:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Penetración, 25ºC, 100 gr, 5 seg

100

250

100

250

100

250

40

90

100

250

40

90

Ductilidad, 5ªC, 5 cm/min, cm

10

 

10

 

10

 

10

 

10

 

10

 

Recuperación elástica por torsión, %

12

 

12

 

12

 

12

 

12

 

12

 

APLICACIONES TIPICAS****

Tratamiento superficial, macadam penetración, sello arena, riego liga.

Tratamiento superficial, macadam penetración, sello agregado grueso, (simple y múltiple).

Mezcla fría en planta, sello agregado grueso (simple y múltiple), mezcla en vía, sello de arena, tratamiento grietas.

Mezcla fría en planta, mezcla caliente en planta, sello agregado grueso (simple y múltiple), mezcla en vía, riego de liga, tratamiento grietas.

Mezcla fría en planta, mezcla en vía, slurry seal, riego de liga, riego pulverizado, riego antipolvo.  Microaglomerados.

4. Afinidad Arido Ligante.

La emulsión se diseñará en el laboratorio del proveedor, considerando diferentes factores, tales como:

  • Composición mineralógica del árido (tipo de poliamina a usar en la emulsificación).
  • Clima, uso del pavimento y tipo de tráfico (característica del cemento asfáltico base a emulsionar). Ver tabla No 3.
  • Pendientes de los tramos a rehabilitar (viscosidad de la emulsión).

Para tal efecto, el cliente proporcionará al laboratorio de la empresa CARLOS AMOROS HECK CONTRATISTAS GENERALES S.A., 50 Kg. De arena gruesa que se usará en obra. Se ensayará diferentes clases de emulsiones de rotura lenta CSS con el ensayo RIEDEL WEBER (D.E.E.MA-8 Francia). Se optará por el que se obtenga mayor grado de adherencia (mínimo grado 4).

Es de gran importancia entender que la emulsión debe diseñarse debido a que las características de los áridos, climas y geografías son diferentes y dependerán de la zona de trabajo.

5. Dosificación y Proyecto.

Consiste en determinar una fórmula de trabajo que establezca las proporciones adecuadas de árido, filler, ligante y aditivos opcionales. Esta fórmula debe asegurar una buena respuesta a las solicitaciones de tráfico, carga, agentes atmosféricos y conservarla ante el tiempo. Los diseños se realizan con los equipos propuestos por la International Slurry Surfacing Association (I.S.S.A.), estos son los ensayos de abrasión en inmersión (Wheel Track Abrasión Testing. W.T.A.T) y los de control de exudación mediante la rueda cargada (Loaded Wheel Tester. L.W.T.). El cliente deberá proporcionar 50 Kg. De la arena a utilizar y el laboratorio de la empresa CARLOS AMOROS HECK CONTRATISTAS GENERALES S.A.., le proporcionará el diseño del mortero.

En el caso del mortero asfáltico Slurry Seal, también es necesario indicar la cantidad de agua que facilite la puesta en obra, y proporcione la consistencia adecuada para una buena trabajabilidad. Esto es posible mediante los ensayos de consistencia del cono de Kansas.

Las modernas técnicas de diseño del mortero asfáltico, han hecho posible, la elaboración de morteros de apertura al tráfico casi inmediato, se podrá dar tránsito a menos de media hora de colocado el mortero (Quick set), esto se logra mediante los ensayos del Cohesiómetro (Modified cohesión tester).

Una formulación aproximada del mortero sería el siguiente:

  • Arena gruesa                                                 1m3
  • Agua potable                                                 50 gal.
  • Filler (cemento portland tipo I o cal hidratada)   17 Kg.
  • Emulsión Asfáltica Rotura lenta (CSS).             60 gal.

Para esta tecnología solo es necesario proporcionar un espesor pequeño, por lo que se debe establecer un cuadro de condiciones de trabajo en el que se reflejen factores tales como los siguientes:

  1. Textura superficial, permeabilidad, contenido de ligante, regularidad superficial, del tramo a trabajar.
  2. Clima, temperatura del pavimento, riesgo de precipitaciones.

6. Equipo para Fabricación y Puesta en Obra.

La fabricación del mortero puede hacerse en forma manual, en bateas o carretillas, también se podrá usar trompitos o cualquier mezclador usado en construcción que consiga una dispersión homogénea.

Para obras de gran envergadura, Las plantas móviles extendedoras "TEREX CIFALI" están equipadas para transportar los materiales necesarios, mientras dosifica, mezcla y extiende el mortero asfáltico. Esta planta móvil deberá calibrarse previamente al extendido.

Se requiere un pequeño equipo de apoyo como complemento al trabajo que realiza la máquina, tales como: Barredora mecánica o compresora de aire, cargador frontal, cisterna de agua y de emulsión y herramientas manuales.

Ocasionalmente, para casos especiales se requiere un rodillo neumático, que en zonas de maniobras, se logrará en menor tiempo la cohesión inicial.

6.1 Maquinas para Fabricación y Puesta en Obra del Slurry Seal.

Las máquinas constan, básicamente, de una tolva portadora de árido y dos depósitos para el agua de pre-envuelta y la emulsión. Un sistema de extracción del árido conduce éste a un conjunto mezclador, donde se le añaden, en este orden, agua de pre-envuelta, filler y emulsión, adecuadamente dosificados.

El mezclador es de espiral con tacos rascadores de acero endurecido y vertedero central. Los brazos o paletas que componen la espiral se instalan de tal forma que produzcan una retención en la zona de batido, de árido, filler y agua de pre-envuelta, y una aceleración de salida en la zona

La salida del producto se efectúa por un vertedero regulable en altura, para retener mas o menos la salida de la mezcla, y en dirección, con el fin de desviar la vena hacia uno u otro de los componentes de la rastra extendedora.


Carguio De Agua A La Planta Móvil Extendedora De Micropavimento.


Carguio De Emulsión


Carguio De Material Petreo

La caja extendedora esta formada por dos compartimientos, articulados longitudinalmente, lo que permite su adaptación al bombeo del pavimento. En todo su perímetro van unas bandas de goma que realizan un cierre contra la calzada, reduciendo las pérdidas de lechada.

La rastra va apoyada en tres patines de acero endurecido y arrastrada por un sistema de cadenas que regula la alineación del apoyo lateral, para alinearla en zonas de curva. Estos patines poseen también un sistema de regulación vertical, para poder variar la presión de la maestra sobre el pavimento y, regular la cantidad de lechada extendida. Esta dosificación final es función de diversos factores: alzado de guías, presión de maestra, calidad del caucho utilizado, grueso del mismo, tipo de pavimento en que se extiende, etc.

La caja extendedora se regula en su ancho, puede variar entre 2 a 4.20 mt., Así también, se puede utilizar la mitad de la rastra.


Rehabilitación De Pista De Aterrizaje En Aeropuerto De Pisco Ejecutada Por La Constructora Carlos Amoros Heck Contratistas Generales S.A.

7. Tipos y Aplicaciones.

Para el diseño del tipo y espesor de una superficie de Slurry Seal, se deben considerar los diferentes factores:

  • El tipo y condición del antiguo o nueva superficie donde será aplicada el Slurry. Sobre base granular, pavimento asfáltico o concreto, textura superficial, cantidad y tamaño de grietas.
  • Tipo y volumen de tráfico.
  • Condiciones climatológicas.
  • Las áreas a rehabilitarse con relación al dinero disponible, es a veces precepto al tipo de Slurry Seal a ser usado.

La expectativa de vida para el Slurry Seal depende sobre todo de los factores mencionados en los párrafos previos. Cualquier tipo de Slurry, se puede esperar que dé mas años de servicio en comparación a muchos tratamientos superficiales.

La guía de uso de los diferentes tipos de Slurry Seal, se describe a continuación:

Tipo I (superficie fina).- Esta gradación fina dará una aplicación a razón de 3.6 a 5.4 Kg. de agregado seco por metro cuadrado, en un espesor de 1/8" o menos. El contenido normal de residuo asfáltico estará entre 10 y 16% en peso del agregado seco.

La fineza de este tipo de Slurry dará una máxima capacidad de penetración en las grietas. Este diseño es usado como capa inicial sobre pavimentos agrietados, que por el alto contenido de asfalto permite una máxima adhesión, la expansión y contracción de las grietas. Este tipo de superficie recomienda espesores muy delgados y en el caso que se requiera mejorar el desgaste superficial, servirá como primera capa en un tratamiento multicapa.

Tipo II (superficie general).- Esta gradación dará una aplicación a razón de 5.4 a 9.1 Kg. por metro cuadrado de agregado seco, en un espesor de ¼" o menos. El contenido normal de residuo asfáltico estará entre 7.5 y 13.5% en peso respecto al agregado seco.

Este tipo de Slurry es el mas usado porque es lo bastante fino que penetra dentro de las grietas, y también provee de una superficie de rodadura. Puede usarse en todas las aplicaciones previamente mencionadas cuando la resistencia al desgaste superficial es lo deseado.

Tipo III (superficie áspera).- Esta gradación dará una aplicación a razón de 8.2 a 13.6 Kg. por metro cuadrado, en espesores de 3/8" o menos. El contenido de residuo asfáltico normal estará en el rango de 6.5 a 12% en peso respecto al agregado seco.

Este tipo de Slurry es usado en superficies de asfalto que estén sujetas a cambios de temperaturas y para tráfico altamente pesado.

Multi-Capa.- Los tres tipos de Slurry mencionados anteriormente, pueden ser usados en combinaciones formando una multicapa. Para superficies agrietadas, se aplicará una Slurry fino y luego un tipo grueso.