asfalto_espumado
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VESTIGACIONES
Revista BIT, Junio 2002
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Asfalto Espumado:
Tecnologa y Aplicaciones
A pesar de ser una tecnologa
desarrollada hace ms de 40 aos, su
uso se masific slo a partir del ao
1991, al expirar en ese ao los
derechos sobre la patente de invencin
pertenecientes a la compaa Mobil
Australia.
La tcnica del asfalto espumado
permite expandir el asfalto y producir
mezclas asflticas de un modo muy
diferente a los sistemas tradicionales.
La mezcla ntima que se produce entre
asfalto y agregado es tambin
diferente, pero sin embargo, este tipo
de mezclas tiene un comportamiento
estructural similar a una mezcla
tradicional. Las mezclas con asfalto
espumado presentan ventajas
especiales frente a mezclas
tradicionales, las ms importantes son
las del tipo energticas y ambientales.Desde el punto de vista constructivo, el
empleo de tcnicas modernas
especialmente desarrolladas para este
tipo de aplicacin, le confiere ventajas
adicionales en comparacin a otro tipo
de tcnicas constructivas;
especficamente admite mayor
tolerancia en la especificacin de
agregados y los procesos constructivos
pueden ser de muy alto rendimiento. El
asfalto espumado puede ser usado
como un agente estabilizador con una
variedad de materiales que van desdegravas chancadas, de buena calidad,
hasta suelos marginales con
plasticidad relativamente alta y
tambin en materiales asflticos
reciclados. Las mezclas con asfalto
espumado pueden ser
confeccionadas tanto en terreno como
en una planta central.
En los aos 2000 y 2001, la Direccin
de Obras Pblicas -a travs de su
programa financiamiento para
proyectos de innovacin tecnolgica-
permiti la realizacin de una
investigacin de transferencia de la
tecnologa de asfalto espumado que
permite hoy, poder hacer uso de esta
tcnica que presenta importantes
ventajas ambientales, econmicas y de
calidad para el pas. La investigacin
de transferencia fue realizada por
Dictuc S. A., a travs del Centro de
Investigacin e Ingeniera Vial (CIIV),
perteneciente al Departamento de
Ingeniera y Gestin de la Construccin
de la Universidad Catlica.
Asfalto Espumado
El asfalto espumado (tambin conocido
como asfalto celular), se logramediante un proceso, en el cual se
inyecta una pequea cantidad de agua
fra (1 a 2% del peso del asfalto) y aire
comprimido a una masa de asfalto
caliente (160 C - 180 C), dentro de
una cmara de expansin (Figura 1),
generando espontneamente espuma.
El proceso de expansin se puede
explicar de la siguiente manera: en el
momento en que las gotas de agua fra
toman contacto con el asfalto caliente,
se produce un intercambio de energa
entre el asfalto y las gotas de agua, lo
que eleva la temperatura del agua
hasta los 100C. Esta transferencia
energtica genera, en forma
instantnea, vapor y una expansin
explosiva del asfalto. Las burbujas de
vapor son forzadas a introducirse en el
asfalto dentro de la cmara de
expansin. El asfalto, junto con el
vapor de agua encapsulado, es
liberado desde la cmara a travs de
una vlvula (dispositivo rociador) y el
vapor encapsulado se expande
formando burbujas de asfalto
contenidas por la tensin superficial de
ste, hasta alcanzar un estado de
equilibrio.
Debido a la baja conductividad trmica
del asfalto y del agua, las burbujas
pueden mantener el equilibrio por
pocos segundos (10-30 segundos).Este proceso ocurre para una gran
cantidad de burbujas. A medida que la
espuma se enfra a temperatura
ambiente, el vapor en las burbujas se
condensa causando el colapso y la
desintegracin de la espuma. La
desintegracin de la burbuja (o colapso
de la espuma) produce miles de gotitas
de asfalto, las cuales al unirse
recuperan su volumen inicial sin alterar
significativamente las propiedades
reolgicas originales del asfalto. Para
la produccin de mezclas con asfaltoespumado, el agregado debe ser
incorporado mientras el asfalto se
encuentre en estado de espuma. Al
desintegrarse la burbuja en presencia
del agregado, las gotitas de asfalto se
aglutinan con las partculas ms finas
(especialmente con aquellas
fracciones menores a 0.075 mm),
produciendo una mezcla de asfaltoFigura 1. Cmara de expansin.
Guillermo Thenoux Z., Ing. Civil, MSc, PhDProfesor, Facultad de IngenieraUniversidad Catlica de Chile
Andrs Jamet A., Ingeniero ConstructorEstudiante de Doctorado, Facultad de InUniversidad Catlica de Chile
El asfalto espumado es una tcnica relativamente nueva en su uso, pero no en suorigen, el cual se remonta al ao 1956 en la Universidad estatal de IOWA. Las mezclas
con este material presentan ventajas frente a las mezclas tradicionales.
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INVESTIGAC
Revista BIT, Junio 2002
agregado fino, proceso que se
denomina dispersin del asfalto (Figura
2). Esto resulta en una pasta de filler y
asfalto que acta como un mortero
entre las partculas gruesas.
Caracterizacin del AsfaltoEspumado
El asfalto espumado se caracteriza en
funcin de dos propiedades empricas:
Razn de expansin (Ex): Es larazn entre el volumen de asfalto
espumado y el volumen del asfalto
original. La razn de expansin indica
la trabajabilidad de la espuma, y su
capacidad de cubrimiento y mezclado
con los agregados.
Vida media (T1/2): Es el tiempo, ensegundos, que tarda el asfalto en
reducir su volumen a la mitad del
volumen expandido. La vida media es
un indicador de la estabilidad de la
espuma y entrega una idea del tiempo
disponible para mezclar el asfalto
espumado con los agregados antes de
que colapse la espuma.
La razn de expansin y vida media
son propiedades que dependen demuchos factores, siendo los principales
la temperatura del asfalto y la dosis de
agua.
A mayores temperaturas de espumado
y mayor cantidad de agua se
incrementa la Razn de Expansin
pero a su vez disminuye la Vida Media,
sin embargo el mejor espumado es
generalmente considerado como aquel
que optimiza tanto la Razn de
Expansin como la Vida Media. Para
llevar a cabo dicha optimizacin es
necesario graficar ambas propiedades
en un mismo grfico (Figura 4), para
distintas
cantidades deagua y
temperaturas.
En general no
existen
especificaciones
estndar para
optimizar
estas
propiedades,
pero es
recomendable
aumentar levemente el valor ptimo de
la Vida Media, a partir del punto de
interseccin, an en desmedro de la
Razn de Expansin.
Las caractersticas de espumado
(Razn de Expansin y Vida Media) no
son medidas exactas, sino ms bien
rdenes de magnitud. En general se
recomienda una Razn de Expansin
entre 8-15, y al menos 15 segundos de
Vida Media.
Aplicaciones del AsfaltoEspumado
Existen principalmente dos tipos de
aplicaciones para el asfalto espumado,
el reciclado en fro de pavimentos
asflticos y la estabilizacin de suelos:
Reciclado en fro de pavimentosasflticos: Consiste en la recuperacin
del material de un pavimento asfltico
existente, el cual es mezclado con
asfalto espumado, adiciones (cemento
o cal) y agregados nuevos (si es
necesario) para formar una base
asfltica que ser colocada en elmismo lugar o en otro distinto. La
recuperacin puede ejecutarse
mediante un equipo fresador capaz de
disgregar el material o mediante
mtodos convencionales donde el
proceso de disgregacin ocurre con
posterioridad a la recuperacin. En
general el material recuperado est
formado no slo por concreto asfltico
disgregado, sino tambin por
agregados aportados por la base y
subbase granular existente.
Estabilizacin de suelos: Consisteen la estabilizacin de suelos de
relativa baja plasticidad (IP
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La inyeccin del asfalto
espumado en el agregado
se realiza simultneamente
a travs de varias cmaras
de expansin individuales.
Dependiendo de los
aditamentos del equipo de
reciclado, la mezcla puede
quedar acordonada,
extendida o extendida y
nivelada. En este ltimo
caso se puede prescindir de
motoniveladora.
- En la tecnologa en planta
el material es fresado,
retirado y transportado
hasta una planta (Figura 5) donde se
incorpora el asfalto espumado y se
homogeneiza la mezcla. Luego lamezcla se transporta hasta el frente de
trabajo, donde es extendida por medio
de motoniveladoras o, preferentemente
con pavimentadoras (ya que no se
requerir de nivelacin), para luego ser
compactada. Los tipos de plantas
utilizadas permiten su instalacin en
lugares inmediatos al frente de trabajo.
Esto, permite reducir significativamente
las distancias de transporte de
materiales, adems la tecnologa en
planta permite un mejor control decalidad de la mezcla mediante un
control de su dosificacin.
Tanto en el reciclado en fro de
pavimentos asflticos, como en la
estabilizacin de suelos se coloca
sobre la base asfltica una carpeta de
rodado del tipo sello de agregados,
lechada asfltica o una carpeta
asfltica. En caminos de menor
importancia, la colocacin de la
carpeta de rodado puede incluso no
ser necesaria.
Ventajas del AsfaltoEspumado
La principal ventaja del asfalto
espumado en comparacin con los
mtodos tradicionales de mezclado
en caliente, son del tipo energtico.
Se han medido ahorros de energa de
ms de 80% sobre los mtodos
tradicionales, en tramos
experimentales con asfalto espumado
(para soluciones estructuralmente
equivalentes). La principal ventaja del
asfalto espumado con respecto a las
emulsiones asflticas son del tipo
tcnico - econmico. Menores costos
de manufactura y de transporte.
El tiempo de proceso (colocacin -
compactacin - apertura al trfico) es
sensiblemente menor para el material
tratado con asfalto espumado,
permanece trabajable por mayores
perodos de tiempo y, adems, puede
ser usado en condiciones climticas
adversas (clima lluvioso).
Referencias
- Akeroyd F.M. and Hicks B.J., (1988).
Foamed bitumen road recycling,
highways, Volume 56, Number 1933,
pp 42-43, 45.
- Bowering, R.H., (1970).
- Properties and behavior
of foamed bitumen
mixtures for road building,
Proceedings of the 5th
Australian Road ResearchBoard Conference, 1970,
Canberra Australia.
-CSIR Transportek, (1999).
Foamed asphalt mixes: mix
design procedure, Contract
report CR-98/077,
Pretoria South Africa.
-Jenkins, K.J., (1999). Mix
design considerations for
cold and half - warm
bituminous mixes with emphasis on
foamed bitumen, unpublished Phd.thesis, University of Stellenbosh, South
Africa.
- Jenkins, K.J. et. al., (1999).
Characterisation of foamed bitumen, 7th
Conference on Asphalt Pavements for
Southerm Africa, CAPSA 99.
-Macarrone S. et. al., (1994). Pavement
recycling using foamed bitumen, 17th
ARRB Conference Proceedings held in
Gold Coast, 15-19 August 1994,
Queensland.
ConclusionesLas aplicaciones del asfalto espumado,
se han transformado, en una excelente
alternativa para la conservacin de
pavimentos asfticos (reciclado) y
construccin de caminos econmicos
(estabilizacin de caminos sin
pavimentar), debido principalmente a
su buen comportamiento, facilidad de
construccin, compatibilidad con un
amplio rango de tipos de agregados
y ventajas energticas, adems el
xito que la transferencia de estatecnologa ha tenido en distintos
pases (includos algunos
sudamericanos), permite visualizar
el potencial que la aplicacin de
esta tcnica tendr en Chile,
especialmente desde el punto de
vista de la optimizacin de las
inversiones en conservacin
y mantencin.Tecnologa en planta.F
Figura 4