MEZCLAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

Ing. Iván Chávez Roldán.

Las emulsiones asfálticas constituyen la solución lógica y natural para poner en obra cementos asfálticos a temperatura ambiente sin miedo a la presencia de humedad ni los problemas que produce una mala adhesividad con los áridos. Las soluciones usadas en años anteriores, fluidificando ligantes con derivados ligeros del petróleo (RC-250), 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 sin ningún uso productivo.

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 una de las dos técnicas. Es impensable usar mezclas asfálticas en caliente en obras pequeñas o de mantenimiento y alejadas de las plantas existentes de fabricación, o cuando el clima es húmedo y los pétreos se encuentran saturados de agua. Por ello, en la mayoría de los casos ambas técnicas son complementarias y tan peligroso e inadecuado es abusar de una como de otra.

1.0 ESTABILIZACION DE SUELOS Y BASES.

La modificación de suelos o agregados mediante la incorporación de materiales, incrementa la capacidad portante, la firmeza y la resistencia al desplazamiento por la acción del clima.

Los materiales pétreos que se usan en sub-base y bases de un pavimento, son materiales seleccionados, que se emplean en la construcción de estas capas; ya sea que se estabilicen o no, con un producto natural o elaborado.

La estabilización de suelos para pavimentos, según el Dr. M. Duriez de Francia, es la consolidación de una capa del pavimento o del material de terracería, tanto desde el punto de vista de la resistencia a la deformación por carga, como de la insensibilidad a la acción del agua. Esto se logra mediante la selección adecuada de los materiales por su estructura, la compactación mecánica o el empleo de algún producto cementante. El suelo así tratado, puede servir para sub-base o base; rara vez como superficie de rodadura.

Los suelos empleados en las estabilizaciones según el Dr. E. J. Yoder de Estados Unidos, son aquellos materiales pétreos que se estabilizan empleando métodos tales como: Acción mecánica.
Cementantes naturales.
Productos asfálticos.
Productos químicos.

En este aspecto, todas las definiciones están de acuerdo en un punto: los agregados pétreos para cada capa de terracería, sub-base y base de un pavimento, para ser admitidos como materiales en cada caso, deberán cumplir con las especificaciones establecidas previamente para ellos; sea mejorando o no sus propiedades mecánicas.

La estabilización con emulsión asfáltica es muy adaptable a la construcción por etapas en la que nuevas capas se agregan en la medida que el tráfico aumenta.

Debido a las propiedades cementantes e impermeabilizantes la emulsión asfáltica puede ser excelente para estabilizaciones, los progresos en la tecnología de las emulsiones asfálticas hacen posible el empleo de mezclas con Emulsiones que tienen una amplia variedad de aplicaciones en construcción, rehabilitación y mantenimiento de pavimentos.

La pregunta que cabe hacer en la aseveración de que los materiales pétreos deben cumplir con las especificaciones de calidad, es la siguiente: Qué ventajas se obtienen al realizar una estabilización con algún ligante asfáltico, si ya el material pétreo de antemano cumple con la calidad especificada?

Al mejorar la calidad del material, su comportamiento mecánico también se mejora; por lo tanto, con un menor espesor de la capa se tendrán iguales o mejores valores-soporte. Este menor espesor reduce el acarreo de materiales pétreos, además de quedar insensibilizados a la acción del agua.

1.1 Dosificación de la Mezcla.

En general, todos los métodos existentes se basan en un ensayo de estabilidad, que se hace con distintas cantidades de ligante, otro ensayo de absorción de agua y, a veces, un tercero de cambio de volumen. Otros métodos caracterizan la acción del agua, no solo por la absorción, sino por la estabilidad conservada después de sumergir las probetas en agua durante un periodo de tiempo prolongado.

La emulsión adecuada para cada suelo se determina previamente mediante ensayos de envuelta eficaz y de estabilidad o tiempo de manejabilidad de la mezcla. En los suelos de grano fino, y cuanto menores sean las partículas, mas importante será la estabilidad de la emulsión y la necesidad de formar una mezcla homogénea y resistente, una vez compactado el suelo. Esta resistencia debe conservarse en proporción importante después de periodos prolongados de inmersión en agua. Estos resultados deben ser obtenidos en laboratorio, se deberá coordinar con el laboratorio de CARLOS AMOROS HECK CONTRATISTAS GENERALES S.A., el envío de muestras del suelo o material de base para los diseños correspondientes.

1.2 Especificaciones Técnicas.

Los áridos deberán cumplir con las siguientes especificaciones:

Según el AASHTO M-147, para afirmados tenemos:

Tambien:
Abrasión. Los Angeles:     50% max
Límite líquido:                   35% max
Indice de plasticidad:         4 – 9 40%
CBR (1):                           min20%
Equivalente de arena:        min

(1) Referido al 100% de la máxima densidad seca y una penetración de carga de 0.1" (2.5 mm).
Para Sub-Base granular:

(1) La curva de gradación "A" deberá emplearse en zonas cuya altitud sea igual o superior a 3000 m.s.n.m., Además:

  1. Referido al 100% de la máxima densidad seca y una penetración de carga de 0.1".
  2. La relación ha emplearse para la determinación es 1/3 (espesor/longitud).

Para Bases Granulares:

Además:

1. Referido al 100% de la máxima densidad seca y una penetración de carga de 0.1".

Los requerimientos para el Agregado Grueso (ret. Malla#4) son los siguientes:

Los requerimientos para el Agregado Fino (pasa malla#4) son los siguientes:

1.3 Puesta en Obra.

La mezcla del suelo con la emulsión puede hacerse in situ o en una planta fija. En el segundo caso, El sistema de fabricación y el equipo es análogo al que se usa en mezclas para carpeta de rodadura.

En la mezcla in situ pueden presentarse dos casos: que el suelo existente reúna las características adecuadas para su estabilización o que sea necesario aportar previamente otro suelo de características complementarias, que debe mezclarse homogéneamente con el primero antes de la aportación del ligante.

La operación puede hacerse distribuyendo en cordón o en capa de espesor uniforme, mediante la maquinaria adecuada, el suelo de aportación para seguidamente mediante una motoniveladora o grada de disco conseguir la mezcla uniforme con el suelo existente y la disgregación adecuada de los mismos.

El suelo deberá tener un contenido de agua superior a un mínimo determinado. Es preferible que la humedad del suelo exista previamente a la extensión del ligante, y que la distribución sea uniforme, por lo que el agua debe añadirse al suelo antes de proceder al reparto del ligante y a la realización de la mezcla. En muchos casos, es conveniente proceder a la aireación de la mezcla mediante varias pasadas de la motoniveladora.

El aspecto anterior humedad-densidad-energía de compactación, es mas importante en un suelo estabilizado con asfalto que en un suelo solo, ya que las características mecánicas finales y la susceptibilidad de la acción del agua en el tiempo, dependen en gran parte de la densidad alcanzada.

2.0 MEZCLAS ASFÁLTICAS PARA CARPETAS.

En muchos casos el empleo de mezclas densas en caliente no resulta viable, bien sea por la ubicación de las obras, por la envergadura, por la humedad o por costos. Anteriormente, con el uso de los asfaltos diluidos (RC-250) no se obtuvieron buenos resultados sobre todo en las mezclas densas, debido a que requieren que sus solventes se evaporen en su totalidad y la granulometría densa no se lo permitía. La técnica de las mezclas en frío utilizando asfaltos diluidos debe considerarse solo como una referencia histórica, por el despilfarro energético que representa. En el campo de las mezclas en frío, solo las hechas con emulsiones asfálticas tienen actualmente interés.

2.1 Materiales:

Aridos :
Los áridos finos y gruesos usados en la fabricación de mezcla deberán tener los controles de calidad que aseguren su permanencia en la misma condición durante el tiempo, sometidos al tráfico y condiciones climatológicas.

Los controles de calidad más importantes son:

  1. Abrasión.
  2. Durabilidad.
  3. Equivalente de arena.
  4. Granulometría.

A continuación se muestran las especificaciones técnicas de mezclas densas para bacheo y carpeta:

EMULSIÓN ASFÁLTICA

Las emulsiones asfálticas se deberán diseñar para obtener el ligante que tenga el mejor comportamiento con los áridos utilizados (adherencia), y se usará un cemento asfáltico base de una consistencia acorde a las condiciones de clima de la zona de trabajo. Estas emulsiones contienen mejoradores de adherencia mejorando más la adhesividad y el tiempo de vida.
Agua:
Se deberá considerar el % del H2O adecuado para lograr la producción de éstas. Se presentará el diseño de la emulsión asfáltica, de acuerdo a las normas del ASTM.

AFINIDAD ARIDO – LIGANTE.

Se realizarán los estudios de afinidad árido – ligante con los áridos finos y gruesos de acuerdo a las normas nacionales e internacionales. Este estudio es de vital importancia, y está íntimamente relacionado con el diseño de la emulsión. Se presentarán los ensayos Riedel Weber para los áridos finos (4º Min.) y el ASTM D-1664 para los áridos gruesos (+ 95%), u otro ensayo más evaluativo.

PRODUCCIÓN :

La producción de la mezcla se puede efectuar manualmente, con trompos mezcladores, mezcladores de concreto, mixer o plantas asfálticas. Los insumos utilizados en la producción de éstas mezclas son los áridos, emulsión asfáltica, agua y filler en algunos casos. Serán mezclados en proporciones adecuadas de acuerdo a un diseño de mezcla previamente realizado. Este diseño será el MARSHALL modificado. Universidad de Illinois. (Revisar el Manual del Instituto del Asfalto MS - 19).

El agua de producción puede variarse considerando las condiciones de humedad y temperatura de los áridos en el momento de la producción. Deberá usarse la cantidad necesaria que asegure un mezclado uniforme (50% cubrimiento mínimo).

La producción se realizará a temperatura ambiente y las mezclas son almacenables, y terminada su colocación se le expondrá al tráfico en forma inmediata

PUESTA EN OBRA:

En el diseño de mezcla debe indicar el % de humedad a la cual será compactada obteniéndose su máxima densidad, ésta cantidad es menor al 50% mínimo de pérdida de humedad.

Es recomendable dejar orear la mezcla recién producida por lo menos 24 horas, apilados o extendidos en el tramo de trabajo.

Las mezclas que se colocan con un % humedad elevado, demorarán para obtener la estabilidad de diseño, este período de tiempo dependerá del clima y tráfico.

Las tecnologías en frío basadas en las emulsiones asfálticas, por contener agua, necesitan un periodo de tiempo para curarse (al igual que el concreto con cemento) para lograr su máxima estabilidad. Este tiempo de curado será menor si está expuesto al servicio y el clima tenga las mejores condiciones. Se recomienda espolvorear arena fina sobre la mezcla recién colocada y ponerlo en servicio en forma inmediata.

La estabilidad a que llegará la mezcla después de curada es fácilmente obtenida preparando las briquetas de la producción y/o colocación, curándolas en horno o al medio ambiente y sometiéndolas a la presa MARSHALL.

La colocación de la mezcla podrán realizarse manualmente o con el equipo de pavimentación tradicional (pavimentadora, rodillo liso y neumático).