asfalto_espumado

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  • 8/6/2019 asfalto_espumado

    1/3

    VESTIGACIONES

    Revista BIT, Junio 2002

    %

    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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    VESTIGACIONES

    Revista BIT, Junio 2002

    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