estado de la práctica de las mezclas asfálticas en frío

Estado de la práctica de las mezclas asfálticas en frío para capas estructurales

usando materiales nuevos

CLAUDIA PATRICIA LOPEZ PRIETO

ING. DAVID GONZÁLEZ HERRERA Asesor del proyecto

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

MAESTRÍA INFRAESTRUCTURA VIAL

BOGOTÁ, 2012

Estado de la práctica de las mezclas asfálticas en frío para capas estructurales usando materiales nuevos

1

TABLA DE CONTENIDO

ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................................................................. 4

ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................................ 5

RESUMEN .................................................................................................................................................................... 7

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................... 10

2. OBJETIVOS ..................................................................................................................................................... 11

2.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................................................. 11 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................................................... 11

3. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................................. 12

4. ALCANCE ........................................................................................................................................................ 14

5. GENERALIDADES ......................................................................................................................................... 15

5.1. PRODUCTOS ASFÁLTICOS PARA PAVIMENTOS .................................................................................. 15 5.1.1. Cemento Asfáltico ........................................................................................................................................................... 15 5.1.2. Asfalto liquido ................................................................................................................................................................... 16 5.1.3. Emulsión asfáltica ........................................................................................................................................................... 16 5.1.3.1. Clasificación de las emulsiones asfálticas ..................................................................................................... 18 5.1.3.2. Aplicación de las emulsiones ............................................................................................................................... 20

5.1.3.2.1. Mezclas Asfálticas En frío ................................................................................................................................ 21 5.1.3.2.2. Tratamientos superficiales con distribución de agregados .............................................................. 22 5.1.3.2.3. Riegos de adherencia ......................................................................................................................................... 23 5.1.3.2.4. Otros .......................................................................................................................................................................... 24

5.1.4. Envejecimiento del asfalto .......................................................................................................................................... 25

6. MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO ............................................................................................................. 28

6.1. COMPONENTES DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN FRÍO ........................................................................ 28 6.1.1. Ligante ........................................................................................................................................................... 28 6.1.2. Parámetros de clasificación de los agregados ............................................................................... 30

6.1.2.1. Agregado Grueso ....................................................................................................................................................... 31 6.1.2.2. Agregado Fino ............................................................................................................................................................. 31 6.1.2.3. Agregado Combinado .............................................................................................................................................. 32

6.2. CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO ................................................................. 32 6.2.1. Según la composición granulométrica. ............................................................................................. 32

6.2.1.1. Mezclas asfáltica densas en frío (M.D.F.) ....................................................................................................... 32 6.2.1.2. Mezclas asfáltica abiertas en frío (M.A.F.) ..................................................................................................... 34

6.3. DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO ........................................................................................... 36 6.3.1. Mezclas densas............................................................................................................................................ 36

6.3.1.1. Método Marshall Modificado /MS-14 ............................................................................................................. 36 6.3.1.2. Método Hveem Modificado /MS-14 ................................................................................................................. 41 6.3.1.3. Método MS-19 para mezclas densas ................................................................................................................ 42


2

6.3.2. Mezclas abiertas ........................................................................................................................................ 47 6.3.2.1. Método MS-19 para mezclas abiertas. ............................................................................................................ 47 6.3.2.2. Metodología establecida por la Asociación Técnica de Emulsiones Bituminosas (ATEB) .... 48

6.4. FABRICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO ............................................................................. 52 6.5. PUESTA EN OBRA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO ...................................................................... 55

6.5.1. Transporte .................................................................................................................................................... 55 6.5.2. Extensión ....................................................................................................................................................... 55 6.5.3. Compactación ............................................................................................................................................. 56 6.5.4. Curado ............................................................................................................................................................ 58

6.6. LIMITACIONES DE LAS MEZCLAS EN FRÍO .............................................................................................. 59 6.6.1. Limitaciones de las mezclas asfálticas abiertas en frío .............................................................. 60

6.6.1.1. Fabricación: ................................................................................................................................................................. 60 6.6.1.2. Almacenamiento ........................................................................................................................................................ 61 6.6.1.3. Puesta en obra ............................................................................................................................................................ 61 6.6.1.4. Capa en servicio ......................................................................................................................................................... 62

6.7. MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO MODIFICADAS .................................................................................... 63 6.7.1. ADICIÓN DE LÁTEX .............................................................................................................................................. 63 6.7.2. USANDO CEMENTO ASFÁLTICO MODIFICADO CON POLÍMEROS ..................................................................... 64

7. ESTADO DE LA PRACTICA DE LA TÉCNICA EN FRÍO ....................................................................... 67

7.1. MERCADO MUNDIAL DE LAS TÉCNICAS EN FRÍO................................................................................. 67 7.1.1. Consumo mundial de las técnicas en frío ......................................................................................... 67 7.1.2. Experiencias experimentales en el mundo ....................................................................................... 73

7.1.2.1. A comparison of properties of laboratory prepared cold mixed emulsified and hot mixed

asphalt mixtures. Phase I. (12). ................................................................................................................................. 73 7.1.2.2. A comparison of properties of laboratory prepared cold mixed emulsified and hot mixed

asphalt mixtures. Phase II. (13) ................................................................................................................................. 74 7.1.2.3. Nuevos desarrollos de la tecnología en frío: emulsiones de betún modificado para riegos y

mezclas drenantes. (15) ................................................................................................................................................ 76 7.1.2.4. Bitumen emulsión cold-mixtures: a feasible pavement construction material in Tanzania.

(15) .......................................................................................................................................................................................... 77 7.1.2.5. A study of cement modified bitumen emulsión mixtures (16) .................................................................. 78 7.1.2.6. A laboratory study on cold-mix, cold lay emulsión mixtures. (18) .......................................................... 82 7.1.2.7. Performance of cement modified dense graded cold-mix asphalt and establishing

mathematical model. (19) ............................................................................................................................................ 86 7.1.2.8. Mezclas asfálticas elaboradas en frío. Utilización de emulsiones modificadas e incorporación de

fibras de celulosa. (20)................................................................................................................................................... 90 7.1.2.9. Mezclas bituminosas en frío densamente graduadas empleando áridos bonaerenses y

emulsiones asfálticas convencionales y modificadas. .................................................................................... 92 7.1.3. Normativa y Control de calidad ........................................................................................................... 96

7.1.3.1. Chile ................................................................................................................................................................................. 96 7.1.3.2. República de Costa Rica ......................................................................................................................................... 98 7.1.3.3. Mexico...........................................................................................................................................................................101 7.1.3.4. Venezuela ....................................................................................................................................................................103

7.2. COLOMBIA ........................................................................................................................................................... 105 7.2.2. Materiales para la fabricación de mezclas asfálticas en frío Materiales disponibles en el

país. ....................................................................................................................................................................... 107 7.2.3. Obtención de la fórmula de trabajo para mezclas densas en frío ........................................ 114

7.2.3.1. Método Instituto Nacional de Vías – INVIAS (Artículo 440-07) .......................................................114 7.2.3.2. Método De Desarrollo Urbano – IDU (ET-sección 550-11) ................................................................115

7.2.4. Obtención de la fórmula de trabajo para mezclas abiertas en frío ..................................... 119


3

7.2.4.1. Metodología Método Instituto Nacional de Vías – INVIAS (Artículo 441-07) ...........................119 7.2.4.2. Método Instituto De Desarrollo Urbano – IDU (ET-sección 552-11) .............................................119

7.2.5. El futuro de las mezclas asfálticas para capas estructurales en Colombia. ..................... 121

8. CONCLUSIONES .......................................................................................................................................... 123

9. RECOMENDACIONES ................................................................................................................................ 125

10. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................................... 126


4

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 5.1. Clasificación de asfalto liquido ................................................................................................ 16

Tabla 5.2. Tipo de emulsión según el tipo de emulgente ....................................................................... 18

Tabla 5.3. Tipo de emulsión según la velocidad de rompimiento de la emulsión ............................... 19

Tabla 5.4. Propósitos principales de mezclas con emulsiones asfálticas. Fuente. (4) ......................... 20

Tabla 5.5. Tratamientos superficiales ..................................................................................................... 23

Tabla 5.6. Tipo de emulsión asfáltica para los usos típicos. ................................................................... 25

Tabla 6.1. Criterios de diseño mezclas densas en frío método Marshall. Fuente: (5) .......................... 39

Tabla 6.2. Criterios de diseño mezclas densas en frío método Hveem. Fuente (5) .............................. 41

Tabla 6.3. Posibles problemas en la fabricación de mezclas abiertas en frío ........................................ 60

Tabla 6.4. Posibles problemas en el almacenamiento de mezclas abiertas en frío .............................. 61

Tabla 6.5. Posibles problemas en la puesta en obra de mezclas abiertas en frío ................................. 61

Tabla 6.6. Posibles problemas en capas en servicio de mezclas abiertas en frío .................................. 62

Tabla 6.7. Comparación de emulsiones asfálticas convencionales y modificadas ................................ 66

Tabla 7.1. Producción mundial de emulsión asfáltica en toneladas por continente años 2007-2009 70

Tabla 7.2. Toneladas anuales de mezcla asfáltica en frío en Europa y Otros Países. ............................ 72

Tabla 7.3. Resultados de los diseño de mezclas. Fuente (15) ................................................................. 78

Tabla 7.4. Caracterización de la mezcla. Fuente (16).............................................................................. 79

Tabla 7.5. Resultado rigidez de las mezclas. Estudio Fuente (18) ........................................................ 84

Tabla 7.6. Resultados Marshall a mezclas densas en frío Fuente (20) .................................................. 93

Tabla 7.7. Resultados ensayo inmersión – compresión. Fuente (20) .................................................... 94

Tabla 7.8. Criterios de diseño mezclas asfálticas en frío. MC-V8 T.8.302.51.A. Fuente: (12) .............. 96

Tabla 7.9. Criterios de diseño mezclas asfálticas en frío MC-V8 T.8.302.51.A. Fuente: (12) ............... 98

Tabla 7.10. Criterios de diseño mezclas asfálticas abierta en frío según CR-2010 ............................... 99

Tabla 7.11. Criterios de diseño mezclas asfálticas densas en frío según CR-2010 ............................. 101

Tabla 7.12. Requisitos de calidad del agregado para mezclas asfálticas en frío con transito ≤106. .. 102

Tabla 7.13. Requisitos de calidad del agregado para mezclas asfálticas en frío con transito ≥106 ... 102

Tabla 7.14. Requisitos de calidad para mezclas en frío de granulometría densa mediante el método

Marshall ............................................................................................................................. 103


Hveem. ............................................................................................................................... 103

Tabla 7.16. Requisitos de calidad para mezclas en frío de granulometría densa (23) ....................... 104

Tabla 7.17. Parámetros mezcla asfáltica densa en frío proyecto Quibdo (Choco) ............................. 106

Tabla 7.18. Tipo de mezcla MDF INVIAS e IDU según tipo y espesor de capa. .................................... 109

Tabla 7.19. Tipo de mezcla MAF INVIAS e IDU según tipo y espesor de capa. .................................... 109

Tabla 7.20. Categorías de transito IDU. .................................................................................................. 109

Tabla 7.21. Requisitos INVIAS para los agregados de mezclas densas y abiertas en frío .................. 112

Tabla 7.22. Requisitos IDU para los agregados de mezclas asfálticas densas y abiertas en frío ....... 113

Tabla 7.23. Requisitos INVIAS/IDU para emulsiones asfálticas para mezclas en frío. ....................... 116


5

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 5.1. Esquema de una emulsión asfáltica. Fuente (2) ................................................................... 17

Figura 5.2. Estructura de una emulsión aniónica. Fuente. (3) ............................................................... 18

Figura 5.3. Estructura de una emulsión catiónica. Fuente. (3) ............................................................... 19

Figura 5.4. Esquema ejecución tratamiento superficial doble. Fuente. (6) ........................................... 22

Figura 6.1. Graficas típicas para el diseño de mezclas asfálticas en frío. Fuente: (8) ........................... 40

Figura 6.2. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío método Marshall Modificado del MS-

14 .......................................................................................................................................... 44

Figura 6.3. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío método Hveem Modificado del MS-14

.............................................................................................................................................. 45

Figura 6.4. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío método MS-19 .................................. 46

Figura 6.5. Contenido de emulsión óptimo para mezcla abierta en frío. .Fuente. (4) .......................... 48

Figura 6.6. Diagrama de flujo diseño de mezclas abiertas en frío metodología MS-19. ............................. 50

Figura 6.7. Diagrama de flujo diseño de mezclas abiertas en frío metodología ATEB ................................ 51

Figura 6.8. Planta estacionaria de bachada para mezclas en frío. .......................................................... 52

Figura 6.9. Planta estacionaria de continua para mezclas en frío. ......................................................... 52

Figura 6.10. Equipo plata móvil equipada con tolva. Fuente: (11) ........................................................ 54

Figura 6.11. Mezcla asfáltica en frío de rodadura después de compactación. Fuente: (8) .................. 57

Figura 6.12. Espesor compacto de mezcla asfáltica abierta en frío. Fuente. (8) ................................... 57

Figura 6.13. Esquema de una emulsión asfáltica modificada bifásica. Fuente (12) ............................. 64

Figura 6.14. Esquema de una emulsión asfáltica modificada monofásica. Fuente (12) ...................... 64

Figura 7.1. Consumo de emulsión asfáltica por continente años 2002-2005. Fuente (12) ................. 68

Figura 7.2. Consumo en América de emulsiones asfálticas años 2002-2005. Fuente: (12) ................. 68

Figura 7.3. Países con mayor consumo de emulsión asfáltica años 2002-2005. Fuente (12) ............. 69

Figura 7.4. Usos más comunes de las emulsiones asfálticas años 2002-2005. Fuente: (12) ............... 69

Figura 7.5. Países con mayor consumo de emulsiones asfálticas años 2007-2009 .............................. 70

Figura 7.6. Densidad Bulk, estudio J. Dybalski en 1982. Fuente: (13) ................................................... 74

Figura 7.7. Módulo resiliente, estudio J. Dybalski en 1982. Fuente: (13) .............................................. 75

Figura 7.8. Resistencia a la tracción, estudio J. Dybalski en 1982.Fuente: (13) .................................... 75

Figura 7.9. Resultados ensayo cántabro. Fuente (15)............................................................................. 76

Figura 7.10. Comparación resultados cántabro mezclas frías y calientes. Fuente (15) ....................... 77

Figura 7.11. Resultados módulo de rigidez. Fuente (16) ........................................................................ 79

Figura 7.12. Perdida de agua en mezclas con diferentes contenidos de CPO. Fuente (16) .................. 80

Figura 7.13. Deformación axial a 30°C en mezclas en frío y caliente. Fuente (16) ............................... 80

Figura 7.14. Ciclos a la falla para mezclas en frío con adición de CPO. Fuente (16) ............................ 81

Figura 7.15. Granulometría de las mezclas en frío. Fuente (18) ........................................................... 83

Figura 7.16. Efecto del tiempo de almacenamiento en mezclas frías. Fuente (18) .............................. 85

Figura 7.17. Efecto del curado al aire libre mezclas en frío. Fuente (18) ............................................. 85

Figura 7.18. Fatiga en mezclas frías. Estudio Fuente (18) ..................................................................... 86

Figura 7.19. Módulo resiliente. Fuente (19) ........................................................................................... 87


6

Figura 7.20. Pérdida de agua de la mezcla en frío. Fuente (19) ............................................................. 88

Figura 7.21 De formación permanente de mezcla en frío. Fuente (19) ................................................. 88

Figura 7.22 Daños por humedad de mezcla en frío. Fuente (19) .......................................................... 89

Figura 7.23. Granulometría seleccionada mezclas en frío. Fuente (20) .............................................. 90

Figura 7.24. Densidad de la mezcla en fusión del porcentaje de emulsión. Fuente (20) .................... 91

Figura 7.25. Resistencia a la tracción indirecta respecto a la emulsión. Fuente (20) ......................... 91

Figura 7.26. Vacíos de la mezcla en fusión del porcentaje de emulsión. Fuente (20) ......................... 92

Figura 7.27. Granulometría usada en la fabricación de mezclas en frío. Fuente (20) .......................... 92

Figura 7.28. Resultados Marshall a mezclas densas en frío. Fuente (20) .............................................. 94

Figura 7.29. Variación a la resistencia a la tracción con la temperatura. Fuente (20) ......................... 95

Figura 7.30. Ensayo Wheel Tracking.. Fuente (20) ................................................................................. 95

Figura 7.31. Granulometrías densas mezclas en frío. MC-V5. ................................................................ 97

Figura 7.32. Granulometrías semidensas mezclas en frío. MC-V5. ........................................................ 98

Figura 7.33. Granulometría abierta para mezclas en frío. CR-2010 ...................................................... 99

Figura 7.34. Granulometrías densas para mezclas en frío. CR-2010 ................................................... 100

Figura 7.35. Granulometrías densas para mezclas en frío con transito ≤106 ..................................... 101

Figura 7.36. Granulometrías densas para mezclas en frío con transito ≥106 ..................................... 102

Figura 7.37. Granulometrías densas para mezclas en frío ................................................................... 103

Figura 7.38. Imágenes proyecto de la vía Quibdo-Yuto (Colombia). ................................................... 107

Figura 7.39. Granulometría para mezclas densas en frío INVIAS e IDU. ............................................. 110

Figura 7.40. Granulometría para mezclas abiertas en frío INVIAS e IDU. ........................................... 111

Figura 7.41. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío metodología INVIAS ..................... 117

Figura 7.42. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío metodología IDU .......................... 118

Figura 7.43. Diagrama de flujo diseño de mezclas abiertas en frío metodología IDU ........................ 120


7

RESUMEN

En pavimentos una alternativa sustentable, económicamente viable y que presenta

un buen desempeño mecánico y funcional para la construcción de capas

estructurales es el empleo de mezclas asfálticas en frío fabricadas con emulsiones

asfálticas y pétreos nuevos. Para la fabricación de este tipo de mezclas se usan

emulsiones asfálticas catiónicas o aniónicas de rompimiento medio o lento, según si

se trata de una mezcla abierta o densa, respectivamente. Estas mezclas, son

principalmente usadas como capas de rodadura, intermedias, antifisuras y

parcheos en vías de bajos a medios volúmenes de tránsito y cuando son

modificadas se emplean en vías de altos volúmenes de tránsito.

Existen diversos métodos para el diseño de las mezclas, diferenciados según el tipo

de mezcla que se requiera, sea densa o abierta, donde todos parten de una

caracterización de la emulsión y del agregado a emplear para obtener un

porcentaje de asfalto que proporcione el desempeño mínimo requerido en el

método. Para mezclas densas los métodos más comunes están establecidos por el

Instituto del Asfalto en su documento Manual Series MS-14 y MS-19, en este primer

documento se describen los métodos Marshall Modificado y Hveem Modificado.

El método Marshall Modificado, está basado en investigaciones realizadas por la

universidad de Illinois, donde el criterio de selección del contenido óptimo de

asfalto es aquel que presente la máxima estabilidad en húmedo, con el fin de

asegurar un buen desempeño en la período de lluvias, evaluando al mismo tiempo

la absorción, la perdida de estabilidad y el porcentaje de vacíos que este contenido

de asfalto genere. El método Hveem Modificado incluye la evaluación de la

resistencia del material mediante la obtención del módulo resiliente, el cual se usa

para determinar el espesor de la capa y como criterio de diseño se evalúa la

estabilidad, cohesión y recubrimiento del agregado. Posteriormente, en el MS-19, el

Instituto del Asfalto contempla la evaluación del recubrimiento y de la adherencia

para garantizar la compatibilidad entre el material granular y el bituminoso y se

determina la estabilidad por medio de la metodología Marshall Modificada o

Hveem Modificada.


8

Para el diseño de mezclas abiertas en frío el método más común es el

implementado por el Instituto del Asfalto en el documento MS-19, en este caso el

procedimiento se basa en la evaluación del escurrimiento del asfaltó estableciendo

como contenido óptimo el contenido de emulsión asfáltica, expresado como

porcentaje de agregado seco, que proporciona un escurrimiento de residuo

asfáltico del 10 gramos.

Para la fabricación de mezclas asfálticas en frío se pueden emplear plantas

estacionarias o móviles, lo importante en este proceso es garantizar la producción

de una mezcla que proporcione un buen recubrimiento, bajo escurrimiento, buena

trabajabilidad y un adecuado tiempo antes de la rotura, lo cual se controla

principalmente con la adhesividad que presente el agregado con el ligante, el nivel

de limpieza y humedad del agregado y el tiempo de mezclado. Por otra parte, la

etapa de puesta en obra de mezclas asfálticas en frío es una de las que presenta

mayores ventajas en comparación con la mezclas en caliente, por la manejabilidad

y almacenamiento que estas permiten, cuidado que no se presente un rompimiento

prematuro de la emulsión y admitiendo un nivel adecuado de curado, buscando que

la mezcla alcance una resistencia adecuada antes de entrar en servicio.

Por otra parte, aunque el uso de las emulsiones asfálticas en los pavimentos es una

práctica que data de comienzos del siglo XX y como parámetro se ha encontrado

que entre los años 2007 y 2009 el consumo mundial de emulsiones estuvo liderado

por Estados Unidos, Francia, México, Brasil y China, no son usadas habitualmente

para la fabricación de mezclas asfálticas en frío, sino en riegos de adherencia y

tratamientos superficiales, justificado por el desconocimiento de la técnica, aunque

esta esté normalizada en la mayoría de países americanos y europeos y existan

innumerables estudios experimentales con resultados favorables para las mezclas

en frío . Respecto al mercado de las mezclas asfálticas en frío, la Asociación Europea

de Pavimento Asfáltico (EAPA) identifica en el periodo 2006 a 2010, el 2008 como

en año en el que hubo mayor producción de estas mezclas en Europa, siendo

liderada por Francia. Además, en América resalta la producción de México y

Venezuela.

En Colombia, las mezclas asfálticas en frío tanto densas como abiertas están

normalizadas por el Instituto Nacional de Vías (INVIAS) y por el Instituto de

Desarrollo Urbano (IDU) en sus especificaciones técnicas del 2007 y 2011,

respectivamente. Aunque, se tiene registro que han sido utilizadas por un número

muy limitado de productores y constructores desde principios del año 2000, en

proyectos como la carretera Sogamoso – Yopal (sector Crucero- Toquila), la

carretera circunvalar de la isla de San Andrés, la vía de acceso a Quibdó, Choco,

entre otros, con desempeños mecánicos y funcionales adecuados. Ahora bien, de


9

frente a los problemas ambientales generados por la quema indiscriminada de

recursos fósiles que se requieren para la fabricación de mezclas asfálticas en

caliente, es necesario que el estado y la academia incentiven y generen conciencia a

los productores y constructores en el uso de las mezclas en frío, a partir de las ideas

de menor costo, mayor trabajabilidad, mejor desempeño y mayor beneficio

ambiental.


10

1. INTRODUCCIÓN

Partiendo de una serie de documentos teóricos, experimentales y normativos, este

documento busca ser una guía conceptual y a la vez critica del uso, desempeño y

futuro que tienen las mezclas asfálticas en frío, fabricadas con emulsiones y

agregados nuevos, usadas para capas estructurales dentro de un pavimento.

Comprende en primer lugar una revisión de conceptos generales referentes a los

cementos asfálticos, emulsiones asfálticas y asfaltos líquidos empleados en

pavimentos y una breve reseña de los principales factores que originan el

envejecimiento de estos materiales afectando el desempeño mecánico y funcional

del mismo.

Luego, se profundiza en el significado de mezclas asfálticas en frío, definiendo sus

componentes, clasificación y usos, metodologías de diseño más comunes, las

buenas prácticas en los procesos fabricación y puesta en obra, las limitaciones más

comunes como son el cubrimiento de los pétreos, la trabajabilidad y el curado. Por

último, en este capítulo se incluye la modificación de mezclas asfálticas en frío, a

partir de cementos asfaltos modificados o de la inclusión en la mezcla de materiales

como el latex.

Asimismo, se presenta el estado de la práctica de la tecnología en frío, partiendo de

una revisión del consumo mundial de emulsiones asfálticas y de mezclas asfálticas

en frío, pasando por una serie de experiencias experimentales a nivel mundial y

haciendo la recopilación de la normativa de algunos países, para terminar en una

compendio del estado de la tecnología en Colombia.

Por último, se presenta una serie de conclusiones y recomendaciones tomando

como base los objetivos establecidos para el desarrollo del presente documento,

buscando una posición crítica respecto del desempeño de la mezcla asfáltica en frío

como una alternativa sustentable y económicamente viable. Igualmente, se quiere

plantear la necesidad de futuros trabajos donde se realice investigaciones en

nuestro país demostrando el comportamiento de dichas mezclas, con lo cual se

logre motivar a productores y constructores a explorar de manera masiva en las

técnicas en frío.


11

2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo general

Estudiar el uso y aplicaciones de las mezclas asfálticas en frío, fabricadas con

emulsiones y agregados nuevos, usadas para la construcción de capas estructurales

en pavimentos, como una alternativa técnicamente sustentable, económicamente

viable y que presentan un desempeño mecánico y funcional equivalente al que se

adquiere con otras tecnologías.

2.2. Objetivos específicos

Caracterizar las mezclas asfálticas en frío, a partir de los tipos, usos, métodos

de diseño, tecnologías de fabricación, desempeño, ventajas y limitaciones.

Presentar las tecnologías de modificación más empleadas en el mejoramiento

del desempeño mecánico y funcional de las mezclas asfálticas en frío.

Describir el desarrollo que ha mostrado el mercado nacional e internacional

de mezclas asfálticas en frío a través del tiempo, respecto a la producción y

usos de las mismas.

Realizar una comparación crítica de la normativa nacional e internacional

usada para control de calidad en los procesos de fabricación y puesta en obra

de mezclas asfálticas en frío.

Evaluar el desempeño mecánico y funcional de las mezclas asfálticas en frío,

usadas como capas estructurales en pavimentos, a partir de diferentes

experiencias nacionales o internacionales.


12

3. JUSTIFICACIÓN

A causa de las preocupaciones por la conservación del medio ambiente, en la

década de los 90’s, se establecieron los dos primeros instrumentos jurídicos

internacionales entre la Organización de las Naciones Unidas y los países

industrializados, la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el cambio

climático (1994) y el Protocolo de Kioto (1997), que tienen como objetivo

estabilizar las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera.

Dicho nivel debería lograrse en un plazo suficiente para permitir que los

ecosistemas se adapten naturalmente al cambio climático, asegurar que la

producción de alimentos no se vea amenazada y permitir que el desarrollo

económico prosiga de manera sostenible. (1)

Ahora bien, dentro de este marco está implícito el sector de la infraestructura vial

como uno de los responsables de la producción de gases contaminantes, no solo

por los producen los vehículos en servicio sino también por la gran cantidad de

recursos fósiles que se requieren en la explotación de materiales, fabricación de

productos asfálticos y la construcción misma de las carreteras, donde a nivel

mundial más del 90% corresponden a estructuras de pavimento flexible.

El sector ha mostrado sensibilidad por el tema y ha ido desarrollando medidas

responsables y productivas referentes a los productos, servicio y tecnologías, los

cuales ofrecen ventajas ambientales y económicas claras. Una de estas, es el uso de

emulsiones asfálticas, las cuales fueron desarrolladas a comienzos del siglo XX,

donde en el mercado se comercializaban la emulsiones de tipo aniónicas y se

usaban en vías para evitar la propagación de polvo por el tránsito de vehículos en

ciudades como Nueva York, pero hasta los años 50 se aparecieron las emulsiones

catiónicas en Europa y Estado Unidos empleadas principalmente para riegos de

liga.

Si bien el interés en las emulsiones asfálticas nunca se perdió, luego de la Segunda

Guerra Mundial el consumo en vías disminuyo notablemente por el aumento de los

volúmenes y las cargas que obligaron a los ingenieros a optimizar las técnicas en

caliente para garantizar que la mezcla tolerara las solicitaciones, se debe reconocer


13

que el desarrollo de las emulsiones fue pausado, debido principalmente a los tipos

de emulsión limitados disponibles en el mercado y al desconocimiento del manejo y

desempeño del producto. Actualmente, Estados Unidos, Francia, España y Japón

son los mayores productores de emulsiones asfálticas, con un 40% del mercado

mundial.

Por lo tanto, con el presente trabajo se quiere ahondar en las mezclas asfálticas en

frío, como una de alternativa versátil, con la cual se logra mitigar el cambio

climático generado por la emisión de gases, reducir el consumo de energía, tener un

mayor nivel de seguridad para los trabajadores y obtener un buen desempeño del

material en la conformación de diferentes capas de una estructura de pavimento,

usando como ligante las emulsiones asfálticas que no eliminan sustancias

hidrocarbonadas a la atmosfera y pétreos que no requieren estar secos al momento

de realizar la mezcla, lo que se podría simplificar como una utilización sostenible de

los recursos naturales.


14

4. ALCANCE

Aunque la fabricación de mezclas asfálticas usando la tecnología en frío se ha

venido empleando desde el siglo pasado, tiempo en el cual ha tenido una adecuada

evolución para que hoy sea identificada como una técnica sustentable, eficiente,

versátil y económica; esta no se encuentra lo suficientemente posicionada dentro

de la industria nacional de los pavimentos, dado que existe un desconocimiento de

los materiales adecuación a emplear, los apropiados procesos de fabricación y

desempeño en obra del material.

Por lo tanto, el presente trabajo contiene de manera descriptiva y a partir de

información bibliográfica, la conceptualización que hace parte de las mezclas

asfálticas en frío, desde el envejecimiento del asfalto hasta las diferentes

alternativas de modificación de mezclas asfálticas en frío. Así mismo, se exhibe, de

manera comparativa, el desarrollo que ha tenido del mercado nacional e

internacional de estas mezclas, por medio de experiencias y la normativa

reglamentada. Por último y recopilando lo anterior, se entrega una visión de

viabilidad del uso de mezclas asfálticas en frío para nuestro país.

Si bien, dentro del trabajo se realiza la descripción de otras mezclas asfálticas en

frío, como las fabricadas a partir de asfaltos líquidos o con agregados provenientes

del reciclaje como el MBR (Mezcla Bituminosa Reciclada), esto se hace con el fin de

poner en contexto al lector, pero no hacen parte del alcance y por lo tanto no serán

objeto de estudio del presente trabajo.


15

5. GENERALIDADES

5.1. PRODUCTOS ASFÁLTICOS PARA PAVIMENTOS

5.1.1. Cemento Asfáltico

Es un material termoplástico proveniente del petróleo, obtenido de forma natural o

de la destilación en refinerías. A temperatura ambiente, tiene consistencia sólida y

al calentarlo disminuye su viscosidad hasta ser un líquido.

En la industria de los pavimentos, el cemento asfáltico se usa principalmente para

la fabricación de mezclas en caliente, por sus características de cohesión,

adherencia, permeabilidad y durabilidad, donde su desempeño depende de la

temperatura de servicio y el tiempo de aplicación de carga.

Además, es empleado como producto base para la fabricación de emulsiones

asfálticas y asfaltos líquidos.

El cemento asfáltico se puede clasificar de las siguientes maneras:

Por penetración: indica la consistencia del material, a través de la penetración

mínima y máxima, dada por una aguja a 25°C de 100 g de peso, que se deja caer

durante 5 segundos en la masa del asfalto, expresada en décimas de milímetros.

Por grados de viscosidad: se basa en la viscosidad absoluta del producto a 60°C,

se puede realizar sobre el asfalto original (AC), donde el número de

identificación es la centésima parte de la viscosidad (en Poises) o envejecido

(AR), para este caso es la viscosidad deseada a la misma temperatura en las

mismas unidades.

Por grado de desempeño (PG): se basa en el desempeño previsto en campo del

cemento asfáltico y está definido por las temperaturas máxima y mínima que se

esperan en el lugar de su aplicación, dentro de las cuales se asegura un

adecuado desempeño de la mezcla, para resistir deformaciones permanentes y


16

agrietamiento por fatiga y bajas temperaturas. El cual permite seleccionar el

cemento asfáltico más adecuad para determinado proyecto, en funciones del

clima y de los volúmenes de transito esperados.

5.1.2. Asfalto liquido

También llamados asfaltos rebajados o cutback, el cual se produce diluyendo

cemento asfáltico en algún solvente derivado del petróleo como gasolina,

Keronsene o aceites aromáticos, el cual está siendo remplazado por las emulsiones

debido a regulaciones ambientales, particularmente en Colombia se emplea como

riego de imprimación. El asfalto líquido se activa cuando el solvente se evapora

después de haber sido mezclado con los agregados. La evaporación depende del

tipo y cantidad de solvente empleado.

Los asfaltos líquidos se usan en la fabricación de riego de imprimación y mezclas en

frío.

Los asfaltos rebajados se clasifican dependiendo de la rapidez con que se produce

la evaporación del solvente, Tabla 5.1:

Tabla 5.1. Clasificación de asfalto liquido

Clasificación Solvente Curado rápido (RC) Gasolina o Nafta Curado Medio (MC) Kerosene Curado Lento (SC) Diesel o aceites aromáticos

La denominación anterior se acompaña de un número que indica el grado de

viscosidad cinemática (en centiestokes).

5.1.3. Emulsión asfáltica

Es un material líquido estable, fabricado a partir de cemento asfáltico, que está

formado por dos fases no miscibles, una continua (o dispersante) y otra discreta

(dispersa),

Figura 5.1, donde diminutas partículas de asfalto (típicamente corresponde entre

un 5% y un 70% de la emulsión) son mezcladas con agua y agentes tensoactivos


17

especiales en pequeñas proporciones, llamados emulsificantes, emulsiónante o

emulgente, los cuales son los encargados de mantener los glóbulos de asfalto en

suspensión estable hasta cierto momento y además, definen la clasificación de las

emulsiones (aniónica o catiónica).

Figura 5.1. Esquema de una emulsión asfáltica. Fuente (2)

El uso de las emulsiones asfálticas está siendo cada vez más atractivo por la

facilidad de producción y manejo, economía en el ahorro de energía y similar

desempeño que se obtiene frente a otros materiales asfálticos, a continuación se

resaltan de manera específica cada una de las ventajas de las emulsiones:

Es menos contaminante, dado a que la fabricación de los diferentes productos

no requieren calentamiento del material y como solvente de las emulsiones se

utiliza agua y no derivados del petróleo, lo cual no ocasiona emisión de gases.

Menor consumo de energía, dado que se requiere un leve calentamiento de la

emulsiones para la fabricación de los diferentes productos.

Es menos susceptible al envejecimiento prematuro del material, ya que no

requiere ser calentadas a altas temperaturas, por lo tanto no se presentaran

algunos factores del envejecimiento como la volatilización y separación que se

dan en la tecnología en caliente y que se explicaran más adelante.

Tiene buen desempeño ante diferentes tipos de pétreos.

Permite almacenamiento por tiempo prolongado.

Su manejo es sencillo y seguro, dado que tiene baja viscosidad a temperatura

ambiente.

La infraestructura que se requiere para fabricar los productos es más sencilla,

ya que la mezcla con los pétreos se realizan a temperatura ambiente.

Permite un nivel de humedad en los agregados.

Tiene una gran adhesión con cualquier agregado agregados, por lo tanto

permite el uso de materiales locales.

Fase continua

Fase Discreta


18

Aunque son mínimas, las emulsiones asfálticas también presentan desventajas, las

cuales se muestran a continuación:

Requieren un mayor tiempo de fraguado.

El manejo del producto requiere cuidado, debido a la química de los productos

que la conforman.

5.1.3.1. Clasificación de las emulsiones asfálticas

Las emulsiones asfálticas se vienen usando en la industria desde principios del

siglo XX para la fabricación de distintas mezclas, riegos y tratamientos superficiales

que serán descritos más adelante (2), se clasifican teniendo en cuenta dos aspectos:

Tipo de emulgente: El elemento emulsificante proporciona la carga eléctrica

a la superficie de las partículas de asfalto, que hace que éstas se mantengan

separadas. Tabla 5.2, Figura 2 y Figura 3.

Tabla 5.2. Tipo de emulsión según el tipo de emulgente

Emulsión según el tipo de emulgente

Polaridad de las partículas

Compatibilidad

Aniónica Negativa Calizos

Catiónica Positiva Calizos y silicios

Figura 5.2. Estructura de una emulsión aniónica. Fuente. (3)


19

Figura 5.3. Estructura de una emulsión catiónica. Fuente. (3)

La velocidad de rompimiento de la emulsión (estabilidad): la rotura es la

separación irreversible del asfalto y del agua de la emulsión, la cual se da de

manera diferente es las emulsiones aniónicas y catiónicas.

En las emulsiones aniónicas los factores que influyen en la ruptura de la emulsión

son la evaporación de la fase acuosa, la difusión del agua de la emulsión y la

absorción superficial de una parte del emulsificante en el material aplicado. En las

catiónicas se produce por la absorción de la parte polar del emulgente por los

agregados, provocando la ruptura de la emulsión y haciendo que las partículas se

adhieran inmediatamente a las partículas del agregado, aun en presencia de

humedad. (4) Tabla 5.3.

Tabla 5.3. Tipo de emulsión según la velocidad de rompimiento de la emulsión

Según velocidad de rompimiento

Características

Rápido (R)

- Reacciona rápidamente con el agregado para revertir a la condición de cemento asfáltico.

- Tienen alta viscosidad.

Medio (M) - Se emplean con granulometrías graduadas. - Pueden mantenerse trabajables por lapsos de minutos

a meses.

Lento (L)

- Se empelan en granulometrías cerradas, con alto

contenido de finos. - Tienen largos periodos de trabajabilidad. - Tienen baja viscosidad


20

5.1.3.2. Aplicación de las emulsiones

Las emulsiones asfálticas tienen diferentes usos dentro del campo de pavimentos,

en la Tabla 5.4, se muestra de manera general los principales propósitos que tienen

los diferentes usos de las mezclas elaborados con emulsiones.

Tabla 5.4. Propósitos principales de mezclas con emulsiones asfálticas. Fuente. (4)

Propósito Definición

Ayuda constructiva

Proveer plataforma de trabajo.

Mejoramiento del comportamiento de agregados marginales

Mejorar el agregado para tener la calidad de una buena base estabilizada.

Superficie de rodadura temporal

Proveer una superficie que proteja de agentes climáticos la superficie de la estructura, hasta la instalación de la mezcla definitiva.

Reducir espesor total del pavimento

Incrementar la resistencia de los materiales, con lo cual se puede reducir la estructura de pavimento planteada con materiales sin tratar.

Mezclas abiertas para rodadura y bases

Producir una mezcla de alta calidad para tráfico muy intenso. Las cuales cuentan con buena flexibilidad y resistencia a la deformación permanente.

Superficie de rodadura con granulometría cerrada

Producir mezclas para carpetas estables que no sufran ahuellamiento ni desplazamientos.

Sub-base en estructura de pavimento

Permitir el uso de agregados de menos calidad para la elaboración de sub-bases estables. Se suele usar arenas, arenas limosas y arenas y gravas de pobre granulometría.

Mezclas de mantenimiento de uso inmediato para acopio

Proveer mezclas de bacheo diseñadas para uso inmediato o almacenamiento a largo plazo.

A continuación se describen los usos más comunes que tienen las emulsiones

asfálticas en la industria de los pavimentos.


21

5.1.3.2.1. Mezclas Asfálticas En frío

Mezclas recicladas en frío

Este proceso se basa en la reutilización, usualmente luego de cierto grado de

procesamiento, de un material que ya ha servido su propósito original, (4). Estas

técnicas hacen parte de las actividades de rehabilitación, donde a partir del MBR

(Mezcla Bituminosa Reciclada), emulsiones asfálticas y verificando que no exista

daño en la estructura de pavimento a nivel capas inferiores o subrasante se genera

nuevas capas de base estabilizada.

El proceso se puede llevar a cabo en planta o in situ, siendo el segundo más

económico, aunque con la técnica en planta se puede tener un control de los

materiales de entrada, una mayor calidad de mezclado y una posibilidad de acopiar

el material.

Mezclas con pétreos nuevos

Estructurales:

- Mezclas Asfálticas en frío: Son mezclas fabricadas a partir de emulsiones

asfálticas o asfaltos líquidos. En algunos países, el uso de estos últimos se han ido

descontinuando por causas ambientales.

Además, en la fabricación de mezclas a partir de emulsiones el agregado usados no

requieren ser calentados, por lo tanto el consumo de energía y las emisiones de

gases son menores, lo cual las cataloga como ecológicas

No estructurales:

- Lechadas (slurry): mezclas asfálticas fabricadas en frío, usadas

principalmente en actividades de mantenimiento periódico con el fin de mejorar la

condición de superficie originadas por el deterioro pavimento, como son las

superficies permeables, las pequeñas grietas superficiales, la pérdida de áridos y

las superficies lisas. Por lo tanto, mediante esta técnica se consigue recuperar

aspectos funcionales como la textura y la fricción de un pavimento, que a su vez se

traducirá en proporcionar una mayor durabilidad, seguridad y confort para el

usuario.

- Micro-aglomerados (micro-surfacing): mezcla de alto desempeño empleado

en actividades de mantenimiento donde se requiere una superficie durable y


22

resistente a la fricción. Es una técnica rápida y que se puede usar las vías de altos

volúmenes de tránsito.

5.1.3.2.2. Tratamientos superficiales con distribución de agregados

Corresponden a los métodos de mantenimiento periódico que no requieren diseño

de espesor, los cuales se usan sobre capas estabilizadas o pavimentos existentes y

tienen como objetivo proveer una capa de rodadura no estructural, resistente,

impermeable y económica para mejorar o conservar las características funcionales

de la superficie, donde por exudación, desprendimiento o pulimiento de los

agregados se ha perdido la micro-textura y la macro-textura.

No son catalogados como mezclas, dado que sus componentes no se ponen en

contacto antes de ser instalados. Ver figura 5.4.

Figura 5.4. Esquema ejecución tratamiento superficial doble. Fuente. (6)


23

La Tabla 5.5 muestra la descripción y uso específico para los tratamientos

superficiales más comunes.

Tabla 5.5. Tratamientos superficiales

Tipo de tratamiento

Descripción

Uso especifico

Tratamiento superficial simple

(chip seal)

Es el método de mantenimiento de bajo costo más importante. Consiste en la colocación de una capa de material granular tipo gravilla sobre una emulsión, en pavimentos con superficies saneadas.

Renueva la superficie de rodadura en todo tipo de clima

Tratamiento superficial doble

Consiste en la aplicación de dos capas de emulsión y de granular. La segunda aplicación de agregado requiere un tamaño menor.

Sirve como aporte de nivelación.

Tratamiento superficial triple

Consiste en la aplicación de tres capas de emulsión y tres de agregados, tiene hasta 20 mm de espesor.

Se emplea como superficie de nivelación y sellado.

Sello de arena (Sand Seal)

Tratamiento que consiste en la aplicación de una capa de arena sobre una emulsión.

Restaura la uniformidad de la superficie y reduce el desprendimiento en zonas definidas que presentan segregación.

5.1.3.2.3. Riegos de adherencia

De liga (Track Coat)

Se emplean emulsiones de rotura rápida para pegar la superficie del pavimento

existente, ya sea hidráulico o asfáltico, con la capa asfáltica a instalar. Con el fin de

asegurar la adherencia, se debe garantizar que la superficie se encuentre seca,

limpia y libre de partículas suelas.

De imprimación (Prime Coat)

Se aplica sobre los granulares antes de instalar la mezcla asfáltica. Para este caso se

emplean emulsiones de rotura lenta, la cual debe penetrar con el fin de que

funcione de manera adecuada. Cumple las funciones de recubrir y ligar las

particular suelas del granular, impermeabiliza la superficie granular y provee

adhesión entre el granular y la mezcla asfáltica. En Colombia, para cumplir con

estas funciones se usa el asfalto liquido de curado medio a rápido.


24

5.1.3.2.4. Otros

Supresores de polvo (dust palliative)

Son usados en vías en afirmado, las cuales por los bajos volúmenes de tráfico no se

justifica la instalación de una mezcla asfáltica. Con este se busca mejorar el nivel de

vida de la población circundante bajando el nivel de contaminación y disminuir la

tasa de accidentalidad por visibilidad.

Riego de curado

Se usa sobre una capa tratada con un conglomerado hidráulico recién construido,

con el objeto de brindar impermeabilidad a su superficie y favorecer el curado.

Sello de niebla (fog seal)

Se utiliza para renovar las superficies envejecidas y para sellar pequeñas fisuras y

vacíos superficiales. Con lo cual se logra una prolongación de la vida útil del

pavimento.

Sello del cabo y sello de Otta

Hacen parte de las soluciones innovadoras, dado a que su uso no está generalizado

nivel mundial. El sello del cabo consiste en la combinación de un tratamiento

superficial simple con una lechada asfáltica o un microaglomerado. Con la cual se

busca reducir el hidroplaneo por superficies lisas con el tratamiento superficial y

obtener una superficie durable a partir de la matriz de arena de la lechada.

Por otra parte, el sello de Otta o también conocido como Sello con Gravas Gradadas

(Graded Gravel Seal), es una técnica desarrollada en Noruega, similar a un

tratamiento superficial, la diferencia es que en este caso se usan diferentes

granulometrías y de mayor tamaño consiste en una superficie asfáltica de 16 0 32

mm de espesor (en una o dos capas). Se fabrica con un riego de asfalto blando

aplicado en caliente, sobre el cual se esparce un material pétreo de gradación

continua y posteriormente se le da la compactación mediante la apertura al tráfico.

Ahora, en la Tabla 5.6, se establece el tipo de emulsión asfáltica ideal para cada uno

de los usos presentados anteriormente.


25

Tabla 5.6. Tipo de emulsión asfáltica para los usos típicos.

Uso Típico Rápido Medio Lento MEZCLAS Granulometría abierta • Granulometría densa • Pavimento asfáltico reciclado (RAP) • Lechadas • Micro-aglomerados • TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Tratamientos superficiales • RIEGOS DE ADHERENCIA Riego de Imprimación • Riego de Liga • OTROS RIEGOS Riego de curado • Supresores de polvo • Sello niebla •

5.1.4. Envejecimiento del asfalto

El envejecimiento del asfalto es un fenómeno inevitable que afecta las propiedades

ligantes o cohesivas del material, que va causando un aumento de la dureza y de la

fragilidad del mismo. Por lo tanto, este genera preocupación en el desempeño de

las capas asfálticas expuestas a cargas y a los agentes climáticos.

Según el estado coloidal el asfalto entra en una fase de gelificación cuando se

envejece, lo cual equivale reológicamente a un material con una alta viscosidad,

baja penetración, baja ductilidad y poca susceptibilidad térmica.

Los factores que contribuyen al envejecimiento del asfalto durante el proceso de

fabricación y puesta en servicio son:

Oxidación:

Es un fenómeno químico irreversible que se da por la reacción de los elementos

orgánicos del asfalto con el oxígeno del aire, formando moléculas más grandes y

polares del grupo carbonilo o carboxilo o sulfoxido. Lo anterior, ocasiona una

variación en la estructura y composición del material y por ende la alteración de las

propiedades físicas y reológicas del mismo, lo cual se refleja en el aumento de la

consistencia, disminución de la penetración, aumento de la viscosidad del punto de

ablandamiento y del porcentaje de asfáltenos del asfalto.


26

En las mezclas asfálticas en caliente, la velocidad de oxidación depende de las

características propias del asfalto empleado, la temperatura del ambiente y de

manejo del producto, el tiempo de exposición del material y la superficie expuesta.

Dentro de estas, se encuentra la temperatura como uno de los principales desafíos

para la tecnología en caliente, ya que por las altas temperaturas que se requieren

en los procesos de fabricación y puesta en obra de las mezclas asfálticas el

envejecimiento por oxidación del material ocurre más rápidamente. Dicho

fenómeno se manifiesta en las mezclas con el endurecimiento, fisuración y la

pérdida de la consistencia viscoelástica.

A causa de la oxidación, la mezcla puesta en obra presenta un aumento en el valor

del módulo (aumentando la componente del comportamiento elástico y

disminuyendo la componente del comportamiento viscoso) y una disminución del

ángulo de fase respecto a la original, transformándolo en un material más rígido y

de menor susceptibilidad térmica.

Se ha demostrado una variación con la profundidad de capa de las anteriores

propiedades en una mezclas asfálticas, donde el módulo va disminuyendo con la

profundidad y el ángulo de fase aumentando, dado que en superficie hay una mayor

exposición al medio ambiente se tendrá una mayor afectación por oxidación.

Aunque, este es un proceso natural dependiente de la exposición del material al

oxigeno del aire, se puede ver mayorado, si en la instalación de una carpeta

asfáltica no se cuenta con una compactación adecuada, ya que al tener un mayor

porcentaje de vacíos, el oxígeno penetra más fácilmente en la mezcla y será

rápidamente deteriorada.

Volatilización:

Es la pérdida de aceites livianos, ocurre cuando la mezcla está caliente. Por lo tanto,

no contribuye al envejecimiento a largo plazo del asfalto en condiciones de servicio.

Este fenómeno se puede disminuir usando cementos asfálticos duros o usando

tecnologías que no requieran el calentamiento del mismo. No se presenta en la

tecnología en frío.

Polimerización:

Es una formación de estructuras poliméricas de gran tamaño, como resultado de la

unión de estructuras poliméricas sencillas, a causa de la disminución de la


27

separación miscelar que ocurre cuando el cemento asfáltico pasa del estado

coloidal sol-gel a gel.

Este fenómeno ocurre cuando el asfalto esta frío, ya que el traslado a estado gel del

material va a ser constante, por lo cual se causa un endurecimiento progresivo.

Tixotropía:

Es un endurecimiento progresivo ocasionado por una polimerización débil, la cual

es reversible por recalentamiento o puesta en servicio el servicio de la mezcla

asfáltica. Está asociada a pavimentos que tienen poco o nulo tráfico, es función de la

composición química del cemento asfáltico.

Sinéresis:

Es un fenómeno que depende de la química del cemento asfáltico, mediante el cual

se presenta separación de los aceites con relación los componentes pesados del

cemento asfáltico, donde los aceites livianos fluyen a la superficie y son

transportados por los vehículos o trasformados por radicación solar en

componentes más pesados, obteniendo mezclas que se endurecen rápidamente

(gelificada).

Separación:

Fenómeno que ocurre en el momento de fabricar la mezcla en caliente, donde los

pétreos por adsorción remueven los componentes más livianos del cemento

asfáltico como lo son aceites, resinas y asfáltenos. Es necesario controlar la

absorción del pétreo, dado que ocasiona un mayor consumo de bitumen, una

mezcla difícil de instalar y propicia un rápido envejecimiento. No se presenta en la

tecnología en frío.

Entonces, podemos inferir que la tecnología en caliente propicia un mayor el

deterioro del material, debido a que al tener que calentar el asfalto para poder

fabricar e instalar las mezclas, el material va sufrir todos los fenómenos

anteriormente descritos. Por otra parte, el limitado envejecimiento prematuro es

una de las ventajas planteadas anteriormente para la tecnología en frío, ya que al

poder manipular el material a temperatura ambiente la dureza y rigidez del

material se afectaran más lentamente.


28

6. MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO

En este capítulo se profundizará en la definición, métodos de diseño, producción y

puesta en obra de las mezclas asfálticas en frío fabricadas a partir de agregado

nuevo y emulsiones asfálticas usadas como capas estructurales, donde todo el

proceso de mezclado se lleva a temperatura ambiente en planta o in situ

A nivel mundial, los diferentes gremios que hacen parte de la industria de los

pavimentos han planteado los siguientes objetivos con el fin de incentivar el uso de

mezclas asfálticas en frío:

Ayudar a mejorar la calidad medioambiental en cuanto a la emisión de gases y

el empleo de combustibles fósiles.

Disminuir la temperatura de fabricación y puesta en obra conservando su

manejabilidad.

Tener un desempeño mecánico semejante al que se obtiene con las mezclas en

caliente.

Mejorar las condiciones de trabajo.

6.1. COMPONENTES DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN FRÍO

6.1.1. Ligante

Como se estableció en el capítulo anterior, tanto las emulsiones asfálticas aniónicas

como catiónicas son usadas en la fabricación de mezclas asfálticas en frío. Ahora

bien, se han determinado una serie de ensayos con el fin de realizar un control de

calidad adecuado y garantizar que la emulsión asfáltica seleccionada tendrá un

adecuado desempeño de acuerdo al tipo de mezcla, la mayoría de estos están

basados en las normas ASTM D244 y AASHTO T59, para el presente documento se

hará referencia a los parámetros de calidad exigidos en Colombia:

Contenido de agua (INV E-761)


29

Contenido de asfalto residual (INV E-762)

pH (INV E-768)

Viscosidad (INV E-763): es definida como la resistencia de un fluido a fluir. Para

las emulsiones se usa el ensayo de viscosidad Saybolf Furol, donde el resultado

se expresa en segundos, para las emulsiones asfálticas que se usan para la

fabricación de mezclas se pide a 25°C y 50°C. Esta propiedad se mide con el fin

de garantizar sobre el agregado una película de asfalto gruesa y que no se

drene después del mezclado.

Estabilidad - Almacenamiento (INV E-764): mediante el ensayo de

sedimentación se busca evaluar la tendencia de las partículas de asfalto a

perder la estabilidad durante el almacenamiento de la emulsión.

Retenido de tamiz (INV E-765): Con el fin de medir la calidad y la estabilidad de

la emulsión. La retención de una excesiva cantidad de partículas de asfalto

sobre el tamiz No.20 indica que puede haber problemas en la manipulación y

aplicación del material.

Rotura de la emulsión (INV E-766/ INV E-770): mediante el ensayo de

demulsibilidad de las emulsiones asfálticas se pretende identificar las

emulsiones como de rompimiento rápido de medio. Para las emulsiones de

rompimiento lento se usa el ensayo de mezcla con cemento.

Carga de las partículas (INV E-767): Es la forma como se identifican las

emulsiones catiónicas o aniónicas a través de la carga eléctrica. El ensayo está

establecido para determinar emulsiones catiónicas, consiste en sumergir

dentro de la muestra de la emulsión un electrodo positivo (ánodo) y un

electrodo negativo (cátodo); se conectan ambos a una fuente eléctrica de

corriente continua controlada y al finalizar el ensayo se observa si en el cátodo

se ha deposita una significativa capa de asfalto, con lo cual se determina que es

una emulsión catiónica.

Capacidad de recubrimiento y resistencia al agua (INV E-769): Los propósitos de

este ensayo son determinar la capacidad de una emulsión asfáltica a recubrir el

agregado completamente, determinar la capacidad de resistencia del material

al efecto de mezclado mientras permanece como una película sobre el agregado

y determinar la resistencia del material a la acción de lavado del agua una vez


30

finalizada la mezcla. Se determina una capacidad de recubrimiento buena,

regular o pobre únicamente a emulsiones de rompimiento medio. Este ensayo

ayuda a seleccionar la emulsión asfáltica más apropiada a cada tipo de

agregado.

Mezcla con cemento (INV E-770): representa para las emulsiones asfálticas de

rotura lenta lo que el ensayo desemulsión para las emulsiones de rotura rápida.

El ensayo indica la capacidad de una emulsión asfáltica de rotura lenta para

mezclar, sin romper con un material de alta superficie específica.

Residuo de asfalto destilación o evaporación: Sobre el resido de asfalto se busca

poder medir las algunos propiedades físicas del material como la penetración

(INV E-706), solubilidad (INV E-713) y ductilidad (INV E-702) del cemento

asfáltico empleado para la fabricación de la emulsión.

El residuo se puede obtener por dos métodos, evaporación o destilación, pero

generalmente los valores de penetración y ductilidad obtenido el residuo mediante

evaporación son menores que obteniendo el resido mediante destilación.

6.1.2. Parámetros de clasificación de los agregados

Los agregados no tiene cohesión, por eso es que ellos aportan la fricción interna

que provee el material es primordial en la resistencia al movimiento para soportar

repetidas aplicaciones de carga dentro de una mezcla asfáltica. Las propiedades

físicas y mecánicas de los agregados dependen de la granulometría, el contenido de

humedad y la posición con relación a la superficie.

Entonces, para la fabricación de mezclas asfálticas en frío, es ideal contar con un

agregado que tenga textura rugosa cúbica y no una redondeada, dado que permite

un mejor acomodamiento y una formación de masas muy fuertes.

Ahora bien, con el fin de seleccionar el tipo de emulsión asfáltica a emplear y

asegurar un buen desempeño del agregado dentro la mezcla asfáltica en frío, se ha

buscado especificar las propiedades de los materiales granulares, para el agregado

grueso, agregado fino y los agregados combinados, las cuales se presentan a

continuación:


31

6.1.2.1. Agregado Grueso (Corresponde a la porción de material retenida en el tamiz ASTM No.4)

Dureza: Dado que el pétreo está sujeto a una rotura adicional y a un desgaste

por abrasión durante la fabricación, compactación y uso de la mezcla, debe

estar en capacidad de resistir la degradación que estos procesos le provocan.

Dicho fenómeno se evalúa por medio de los ensayos de resistencia al desgaste

en la máquina de Los Ángeles (INV E-218), Micro Deval (INV E-238) y método

de10% de finos (INV E-224), con los cuales se determina la resistencia al

desgaste de los agregados naturales o triturados.

Durabilidad (INV E-220): mediante el ensayo de pérdidas de solidez en sulfatos,

el cual busca medir la forma como el agregado sometido a agentes climáticos se

va desintegrando.

Geometría de las partículas: Con la geometría se busca garantizar una forma en

el agregado que genere un aumento de la resistencia al corte incrementando la

fricción entre las partículas. Esta también asegura una buena trabajabilidad de

la mezcla, un menor consumo de energía en la compactación y una buena

textura para las capas superficiales, se mide mediante los ensayos porcentaje

de caras fracturadas (INV E-227) e índice de aplanamiento y alargamiento (INV

E-230).

Resistencia al pulimento (INV E-232): se mide mediante el coeficiente de

pulimento acelerado, que en laboratorio pretende reproducir la susceptibilidad

al pulimiento el agregado frente a la acción del tráfico de vehículos en la capa

de rodadura.

6.1.2.2. Agregado Fino (Corresponde a la porción comprendida entre los tamices ASTM No4 y ASTM

No. 200)

Durabilidad (INV E-220).

Angularidad (INV E-239): Determina la trabajabilidad, la resistencia final de la

mezcla y las características de resistencia al deslizamiento en la superficie del

pavimento.


32

6.1.2.3. Agregado Combinado

Granulometría y tamaño máximo de partículas: Se requiere que las partículas de

agregado estén dentro de un margen de tamaños y que cada tamaño esté en

ciertas proporciones. Las propiedades físicas y mecánicas de los agregados son

función directa de su granulometría y su determinación es fundamental para

establecer el comportamiento mecánico. (7)

Plasticidad: Se establece mediante los ensayos índice de plasticidad (INV E-125

y E-126), lo cuales pretenden evaluar la finura y el carácter arcilloso del

material y la cantidad de arcillas dañinas presente en este material

respectivamente.

Limpieza: Se buscan pétreos que estén exentos de material vegetal, partículas

blandas o cualquier otro material que afecte la durabilidad de las capas. Esta, se

determinar mediante los ensayos de equivalente de arena (INV E-133),

determina la porción inestable de polvo fino y arcilla en la fracción de agregado

que pasa el tamiz ASTM No. 4 y contenido de materia orgánica, estima la

cantidad de materia orgánica presente en el agregado.

Adhesividad (INV E-737 y E-738): Es la tendencia del agregado a aceptar y

retener la capa de asfalto, generalmente se mide mediante el ensayo de

inmersión-compresión. Los agregados tipo calizas y dolomitas tienen buena

afinidad con el asfalto y son conocidos como hidrofóbicas, repelen el agua,

porque resisten los esfuerzos del agua por separar el asfalto de su superficie.

Los agregados hidrofilicos son del tipo silíceo, atraen el agua, tienen menos

afinidad con el asfalto, por lo tanto, tiende a separarse de las películas de asfalto

cuando son expuestos al agua. Los agregados del tipo silíceo son más susceptibles

al desprendimiento.

6.2. CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO

6.2.1. Según la composición granulométrica.

6.2.1.1. Mezclas asfáltica densas en frío (M.D.F.)

Son las mezclas en frío, uniformes y homogéneas, elaboradas con agregados de

tamaño nominal entre los tamices ASTM 1 ½” (37.5 mm) y 3/8” (9.5 mm) y con un


33

porcentaje de vacíos menor del 10% (8). Las cuales por su alto contenido de

agregado fino exigen una emulsión asfáltica de rotura lenta con el fin de garantizar

un recubrimiento total.

Generalmente, son usadas como capas de rodadura en estructuras nuevas en los

casos donde no se requiera una alta resistencia estructural o como capas de

refuerzo. Otro uso que se les da es el de las reparaciones de baches.

Ligante para mezclas asfálticas densas en frío

Para la fabricación de mezclas asfálticas densas en frío se requiere una emulsión

asfáltica de rotura lenta, con el fin de tener tiempo para cubrir el material con una

película continua y formar un mástico con los finos. La emulsión a emplear depende

del tipo de agregado a usar y puede ser catiónica o aniónica, aunque en Colombia

solo se fabrican emulsiones asfálticas catiónicas. Además, se recomienda un

recubrimiento mínimo del 50%.

Agregados para mezclas asfálticas densas en frío

Puede ser un material triturado o natural, con una granulometría continua desde el

agregado grueso hasta el pasa 200.

El agregado grueso (retenido en el tamiz No.4) debe ser limpio, resistente y

durable, sin exceso de partículas planas, alargada o blandas, dado a que este

material forma el esqueleto mineral y se requiere garantizar buena dureza y

rozamiento interno

El agregado fino (entre los tamices No. 4 y No. 200) es el responsable de aportar

cohesión e impermeabilidad a la mezcla, por lo tanto se requiere un material limpio

y de baja a nula plasticidad con el fin de garantizar un adecuado recubrimiento del

pétreo y velocidad de rompimiento de la emulsión asfáltica.

Por último, el llenante mineral cumple las mismas funciones que en una mezcla

asfáltica en caliente, donde se encarga proporcionar rigidez a la mezcla

permitiendo que las partículas permanezcan unidas y densifica el esqueleto

mineral rellenando vacíos. Aunque, en el caso de mezclas asfálticas en frío también

es responsable del tiempo de rotura de la emulsión. Otro aspecto a tener en cuenta,

es que la dosificación máxima de llenante mineral en estas mezclas debe estar


34

limitada, dado a que un exceso de este puede generar exceso de rigidización de la

mezcla.

6.2.1.2. Mezclas asfáltica abiertas en frío (M.A.F.)

Se define como la combinación de agregado grueso natural o artificial, retenido en

el tamiz ASTM No. 10 (2mm), con una emulsión asfáltica y ocasionalmente algún

fluidificante, fluxante o aditivo que mejore la compatibilidad agregado-ligante.

Por no contener finos, trabaja por rozamiento interno del esqueleto mineral y

tienen una película gruesa de ligante que recubre los agregados, lo cual permite

obtener rodaduras flexibles y un buen comportamiento a la fatiga. Además, por su

alto contenido de vacíos (>20%), se tienen elevadas macrotexturas que se reflejan

en alta resistencia deslizamiento y confort.

Son mezclas almacenables (de 1 día a varios meses), con el fin de tener un mejor

recubrimiento de los agregados y permiten su apertura al tráfico sin haber

terminado el periodo de curado de la mezcla, el cual varía entre 1 a 24 horas.

Aunque, en este periodo presenta deformaciones significativas frente a las elevadas

cargas y escasa resistencia a los esfuerzos tangenciales. Adquieren su máxima

cohesión a los tres meses y puede aguantar varios años sin tratamiento superficial.

Respecto a la seguridad vial, las mezclas abiertas en frío ofrecen mayor resistencia

a los derrapes en lluvia, disminuyen el hidroplaneo, mejor visibilidad de la

señalización del pavimento y menor nivel de ruido.

Las anteriores características hacen que las mezclas abiertas en frío tengan las

siguientes aplicaciones:

- Capa de rodadura: su gran flexibilidad hace que sea muy aceptable sobre bases

deformables, aunque en carreteras con bajos volúmenes de tráfico, donde los

espesores de las capas de rodadura son menores. Aunque, se recomienda la

construcción de capas de 1,5 a 2 veces el tamaño máximo para tener una buena

compactación. Se requiere una buena selección del agregado en cuanto a

limpieza y forma.

- Capa intermedia: en estructuras de pavimento nuevas, sobre estas como

rodadura se usa una mezcla abierta más fina o un micro-aglomerado.


35

- Capa antifisuras: por el alto contenido de vacíos o por la previa

impermeabilización de la capa adyacente retrasa la aparición de fisuras. Sobre

esta se puede usar una mezcla en caliente.

- Parcheos: es una de las actividades de mantenimiento periódico con la cual se

pretender subsanar pequeños deterioros en la mezcla.

Ligante para mezclas asfálticas abiertas en frío

Para estas mezclas se usan emulsiones asfálticas catiónicas o aniónicas de

rompimiento medio (aunque más del 90% de aplicación emulsiones catiónicas),

con una viscosidad tal que permia una película de asfalto gruesa y impida que se

drene después del mezclado, para asegurar una cohesión entre los agregados.

Asimismo, deben contar con un porcentaje de solventes máximo del 3% (aceites de

alquitran). Un recubrimiento del 90% para capas de rodadura y 50% para bases.

Además, la dosificación mínima de asfalto residual, en proporción de la masa total

de agregado combinado, no será inferior a dos y medio (2.5%), excepto para

mezclas abiertas en frío que se usaran como rodadura, donde será superior a tres

(3%):

Lo ideal es que la emulsión rompa prácticamente a la salida de la mezcladora o

pocos minutos después de producirse la mezcla. Es importante aclarar que en las

mezclas asfálticas abiertas en frío, la rotura de la emulsión se produce por reacción

química con el árido y que la naturaleza de este incluye significativamente.

Agregados para mezclas asfálticas abiertas en frío

Es un agregado grueso, sin finos de modo que la granulometría de la mezcla sea

abierta. También, debe ser un agregado limpio, para garantizar un buen

recubrimiento, de lo contrario podría impedir una buena adhesión con el agregado

y la emulsión rompería de manera prematura sobre el material fino.

Otra característica que se debe garantizar en los agregados usados para la

fabricación de mezclas asfálticas abiertas en frío es la forma, dado a que como se

mencionó anteriormente estas mezclas trabajan por fricción interna, para lo cual es

necesario agregado con bajo porcentaje de agregado alargado y/o aplanado y un

mayor número de caras fracturadas.


36

Los agregados seleccionados para fabricar mezclas abiertas en frío no deben ser

susceptibles a presentar alteraciones físicas o químicas bajo condiciones de

servicio, para lo cual, los diferentes países que tienen reglamentado el uso de este

tipo de mezclas han establecido ensayos para determinar la inalterabilidad del

material, esta comparación se hará en el siguiente capítulo.

6.3. DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO

Para la selección de la metodología de diseño de una mezcla asfáltica en frío se

debe tener en cuenta: las condiciones de trabajo de la mezcla, los materiales

disponibles, el volumen tráfico, la topografía y la climatología del sitio, las

condiciones de drenaje y el contexto económico del proyecto.

A partir de esto, se presenta una serie de metodologías de diseño de mezclas

asfálticas en frío, desarrolladas por diferentes entidades, que tienen como fin

entregar un porcentaje de asfalto residual óptimo para la mezcla a partir de una

granulometría seleccionada.

6.3.1. Mezclas densas

6.3.1.1. Método Marshall Modificado /MS-14

La metodología de diseño para mezclas asfálticas densas en frío más usada, es la

establecida por el Instituto del Asfalto en su Manual Series MS-14, Apéndice F,

titulado “Marshall Method for Emulsifiel Aphalt-Aggregate Cold Mixture Design”, el

cual está basada en una investigación realizada por la Universidad de Illinois,

donde se desarrolla el método Marshall modificado.

El método está recomendado para mezclas para base que estarán expuestas a bajos

volúmenes de tráfico, con agregado de tamaño máximo de 1” o menor, aunque

algunos autores estiman un buen desempeño de la mezcla con tamaños máximos

de agregado de 1.5’’, su fabricación puede ser in situ o en planta.

El objetivo de este método es encontrar una cantidad adecuada de asfalto residual

que proporciones la resistencia requerida o estabilidad para resistir la aplicación


37

repetida de cargas sin presentar deformación permanente excesiva o agrietamiento

por fatiga y que sea suficientemente resistente a los efectos de la humedad.

En la Figura 6.2, se presenta el diagrama de flujo para el procedimiento de diseño.

El cual contempla los siguientes pasos: calcular la cantidad aproximada de

emulsión asfáltica mediante el ensayo del Equivalente de la Centrifuga de Keroseno

o mediante la siguiente expresión:

Donde,

P: porcentaje en peso de emulsión asfáltica, basado en el peso seco del agregado.

A: porcentaje de agregado retenido en el tamiz ASTM No. 8.

B: porcentaje de agregado que pasa el tamiz ASTM No. 8 y es retenido en el tamiz

ASTM No. 200.

C: porcentaje de agregado que pasa el tamiz ASTM No. 200.

Luego, se procede a obtener el contenido óptimo de agua en compactación, con el

fin de maximizar las propiedades deseadas de la mezcla, mediante especímenes de

ensayo tipo Marshall. Generalmente, el contenido de agua se incrementa tres veces

en 1%. Se prepara para cada espécimen 1,2 kg de masa total del agregado, a una

temperatura de 22,2±1,7°C, el agregado se lleva al mezclador y se añade el agua

definida como optima de pre-envuelta en el ensayo de cubrimiento, la cual debe

estar a 22±1.7°C. Se agrega la emulsión asfáltica para formar la mezcla y esta se

debe airear para reducir el contenido de agua y así obtener la densidad máxima. Si

el contenido de agua de compactación es diferente al contenido óptimo de mezcla,

se debe airear la mezcla

Las muestras se compactan de la misma manera que las muestras Marshall de

mezclas asfálticas en caliente, aplicando 50 golpes con el martillo de compactación,

posteriormente se cura por un día en el molde a temperatura ambiente. Después de

retirados del molde, se calcula la gravedad específica aparente mediante el método

de gravedad específica bruta y densidad de mezclas bituminosas compactadas

usando muestras saturadas y secas superficialmente (ASTM D-2726). Con estos

datos, se grafica la densidad seca en función del contenido de agua de

compactación, siendo el contenido óptimo de compactación, el que proporcione la

densidad más alta.

Para la variación del contenido de asfalto residual, se preparan muestras donde se

realizan incrementos de 1% del contenido residual, realizando dos variaciones por


38

exceso y dos por defecto del determinado por la formula o por el ensayo C.K.E. para

contenido de asfalto determinado se preparan seis especímenes, que serán curados

por un día en el molde a temperatura ambiente y luego de desmoldar un día en

horno a 38°C. A los cuales se les determina la gravedad específica bruta para

calcular el porcentaje de vacíos con aire. Posteriormente, a tres de estos

especímenes se les realiza el ensayo de estabilidad y flujo. Las muestras deben

estar a una temperatura entre 21,1°C y23,3°C, donde se aplicara una carga a una

tasa constante de deformación de 50,8 mm (2’’) por minuto hasta llegar a la falla. La

carga en Newton (lb) requerido para llegar a la falla será registrado como la

estabilidad Marshall (S) y la deformación como el flujo en unidades de 0,25 mm

(0,01’’), de los especímenes fallados se calcula la humedad absorbida en el ensayo.

Los tres especímenes restantes se someten a saturación y posteriormente al mismo

procedimiento descrito para los tres especímenes anteriores.

Con los datos obtenidos de los ensayos anteriores, se presentan los gráficos (Figura

6.1):

- Estabilidad seca y humedad versus contenido de asfalto residual.

- Porcentaje de pérdida de estabilidad versus contenido de asfalto residual.

- Densidad seca Bulk (corregida por humedad) versus contenido de asfalto

residual.

- Porcentaje de humedad absorbida versus contenido de asfalto residual

- Porcentaje total de vacíos versus contenido de asfalto residual.

Algunos aspectos importantes de del comportamiento típico de estas graficas se

describen a continuación:

La estabilidad en húmedo generalmente muestra un pico para un contenido

residual de asfalto particular, mientras que la estabilidad seca generalmente

muestra un decrecimiento continuo con el incremento del contenido de asfalto

residual.

La pérdida en porcentaje de estabilidad generalmente decrece con el

incremento del contenido de asfalto residual.

La densidad Bulk seca usualmente presenta un pico para un particular

contenido de asfalto residual.

El porcentaje de humedad absorbida decrece con el incremento del contenido

de asfalto residual.

El porcentaje total de vacíos decrece con el incremento del contenido de asfalto

residual.


39

Por último, se determina el contenido óptimo de asfalto, partiendo del criterio que

el asfalto óptimo residual es aquel que provea la máxima estabilidad en húmedo,

propiciando así una resistencia a las cargas adecuada durante la época lluviosa. Si

el valor pico de estabilidad en húmedo provee una adecuada absorción de

humedad, no debe ser excesiva para evitar el debilitamiento de la adherencia

agregado - asfalto residual; porcentaje de perdida de estabilidad, es un indicativo

de la susceptibilidad a la humedad; total de vacíos, se hace para prevenir cualquier

exceso de deformación permanente y absorción de humedad, para altos contenidos

de vacíos, o exudación del asfalto residual para bajos vacíos y un buen

recubrimiento del agregado, será seleccionado como óptimo. Tabla 6.1

Si la gráfica estabilidad húmeda versus contenido de asfalto residual no presenta

pico, el contenido de asfalto óptimo se establecerá encontrando la mejor

combinación de los parámetros estabilidad en seco y húmedo, perdida de

estabilidad y densidad seca.

Tabla 6.1. Criterios de diseño mezclas densas en frío método Marshall. Fuente: (5)

PARÁMETRO ESPECIFICACIÓN Estabilidad (KN) a 22 ±1°C 2,22 mínimo Porcentaje de perdida de estabilidad 50 Máximo Recubrimiento del agregado (%) 50Minimo

En los casos en que las mezclas de prueba no cumplen con los criterios

establecidos, se debe modificar el diseño variando la granulometría de los

agregados y si esto no es suficiente se debe cambiar el agregado o usar otro asfalto

para la producción de la emulsión.

Existen otras metodologías de diseño de mezclas asfálticas en frío como la

establecida por el Ministerio de Obras Publicas de Indonesia, la cual es casi el

mismo procedimiento establecido por el Instituto del Asfalto en el MS-14, con la

diferencia que esta tiene un requisito de porosidad y un espesor de la película de

asfalto mínima. (9)


40

Figura 6.1. Graficas típicas para el diseño de mezclas asfálticas en frío. Fuente: (8)


41

6.3.1.2. Método Hveem Modificado /MS-14

El método Hveem Modificado, es otro de los dos métodos planteados dentro del

MS-14 del Instituto del Asfalto para el diseño de mezclas asfálticas en frío con

granulometría densa, pensado principalmente para capas de base o como rodadura

temporal, Figura 6.3.

En método parte de la selección de agregado y emulsión asfáltica. Luego, busca

determinar el contenido de emulsión asfáltica inicial mediante el ensayo de

centrifuga de Keroseno (C.K.E.), usando la siguiente expresión:

Posteriormente, se fija el contenido óptimo de agua, mediante el ensayo de mezcla,

se puede realizar de manera manual o mecánica y su objetivo es encontrar un

contenido de agua que proporcione el adecuado recubrimiento y trabajabilidad a la

mezcla.

Asimismo, el contenido óptimo de agua para compactación, mediante una

compactación ligera de amasado seguido por una doble aplicación de carga estática

el con pistón que depende del tipo de material.

La resistencia se determina mediante el módulo resiliente (Mr) realizado a 23 ±

1,7°C después de tres días de curado en el molde y cuatro días de desecación con

vacío, donde se aplican cargas diametrales durante0,1 segundos después de 3

segundos de relajación. Este dato es usado para determinar el espesor del

pavimento junto con otras propiedades de la mezcla y variables del proyecto.

Los ensayo de exposición a la humedad, estabilidad y cohesión se realizan para

mezclas de rodadura 60 ±2,8°C para encontrar los valores de estabilidad (S) y

cohesión (C). Donde el contenido óptimo de emulsión asfáltica es la que

proporciones el cumplimiento de los siguientes parámetros (Tabla 6.2):

Tabla 6.2. Criterios de diseño mezclas densas en frío método Hveem. Fuente (5)

PARÁMETRO ESPECIFICACIÓN Valor S de Estabilidad a 60 ±3°C 30 mínimo Valor C de Cohesión a 60 ±3°C 100 mínimo Recubrimiento del agregado (%) 75 mínimo


42

6.3.1.3. Método MS-19 para mezclas densas

En 1997, el Instituto del Asfalto, emite el MS-19, para realizar modificaciones al

procedimiento de diseño de mezclas asfálticas en frío, las inclusiones más

relevantes son: el procedimiento de ensayos de adhesión: y el procedimiento de

compactación y curado. (9)

Este método está establecido para una mezcla con agregado de tamaño máximo de

1” y emulsiones de rotura media o lenta, donde la emulsión de rotura media se

emplea cuando el agregado no contiene excesiva cantidad de pasa tamiz ASTM No,

200, lo cual se presta para interpretaciones subjetivas, o cuando la mezcla no será

almacenada. Asimismo, el método es aplicable a mezclas en fabricadas in-situ o en

planta y que pueden instalarse de manera inmediata o acopiarse.

Para el caso de diseño de mezclas densas en frío, se calcula un porcentaje teórico de

emulsión asfáltico según el uso de la mezcla, sea base o rodadura, usando la norma

ASTM D244.o la expresión (para el caso de mezclas para rodadura):

Donde,

A: porcentaje de residuo de emulsión por destilación.

B: porcentaje de agregado seco que pasa el tamiz ASTM No. 4.

C: 100 –B, porcentaje de agregado seco retenido en el tamiz ASTM No. 4.

Posteriormente, se debe realizar el ensayo de recubriendo y adherencia para cada

una de las emulsiones elegidas, donde visualmente se estima cómo satisfactorio o

insatisfactorio el recubrimiento después de mezclas manualmente durante 60 seg.

De ser de la muestra insatisfactorio se debe modificar o cambiar la emulsión. De lo

contrario, se debe continuar con el ensayo de adherencia, en el cual se evalúa el

recubrimiento asfáltico retenido después de curado en estufa e inmersión, de ser

satisfactorio se continúa con el diseño, de no serlo se debe modificar o cambiar la

emulsión.

Luego, se preparan por lo menos tres lotes de especímenes de ensayo, donde cada

uno tendrá un mínimo de tres diferentes contenidos de emulsión (por encima y por


43

debajo del estimado), según el comportamiento en la prueba anterior. Con los

cuales se fabricara y compactara la mezcla, teniendo en cuenta si se requiere o no

agua de pre-envuelta o aireación de la mezcla, este último requerido por un exceso

de líquidos en la mezcla que exceden los vacíos en el agregado mineral (VAM), esto

se detecta cuando el martillo del método Marshall rebota o el espécimen exuda

líquido. Para la compactación de los especímenes se debe aplicar 50 golpes por

cada lado, se deja curar en horno durante 48 horas. Después de ese tiempo se aplica

una carga estática de 178 KN con el método de doble pisto a una velocidad de

13mm/minuto, durante un minuto.

A los especímenes compactados se les determina la estabilidad y los parámetros

volumétricos. Aunque, los paramentos volumétricos se calculan como

aproximaciones, dado a la posibilidad de que exista humedad en los especímenes

compactados y curados. Dentro de estos se relacionan; la densidad bulk, Porcentaje

de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en el agregado mineral. Para el ensayo de

estabilidad de contempla por la metodología Marshall (ASTM D 1559) o Heveem

(ASTM D 1560). Donde usando la metodología Marshall, en vías de bajos o

medianos volúmenes de tráfico, el método relaciona un valor de estabilidad de

2224 N (500 lb) como adecuado y en el ensayo Hveem un valor de 30 o mayor.

En la Figura 6.4 se presenta el diagrama de flujo para la metodología MS-19 de

mezclas densas en frío usadas como capa de rodadura.


44

Figura 6.2. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío método Marshall Modificado del MS-14

Diseño de mezcla densa en fríoMétodo Marshall Modificado MS-14

Caracterización del agregado (ensayos de calidad, tamaño máximo, granulometría)

Caracterización de la emulsión asfáltica

Determinar de la cantidad aproximada de emulsión mediante ensayo de equivalente centrífugo de keroseno (C.K.E.) o la expresión

Donde, P: porcentaje en peso de emulsión asfáltica, basado en el peso seco del agregado.A: porcentaje de agregado retenido en el tamiz ASTM No. 8.B: porcentaje de agregado que pasa el tamiz ASTM No. 8 y retenido en el tamiz ASTM No. 200.C: porcentaje de agregado que pasa el tamiz ASTM No. 200.

Determinar el contenido de agua para la pre-mezcla y la compactación

Realizar una variación del contenido de emulsión asfáltica a partir de la cantidad estimada de emulsión y agua

Seleccionar el contenido óptimo de asfaltoDe los resultados obtenido de las muestras ensayadas, corresponde al contenido de asfalto que proporciona la máxima estabilidad en húmedo, la cual debe cumplir con :

Estabilidad Mínima (a 22.2°C): 2,22 KNMáximo porcentaje de pérdida de estabilidad: 50%Recubrimiento de agregado mínimo. 50%

Ensayar las muestras compactadas y obtener parámetros de la mezcla

Parámetros volumétricos:• Gravedad especifica• Porcentaje de vacíos

Estabilidad y flujo en el ensayo Marshall

Graficar (ver figura 2):• Estabilidad seca y húmeda versus contenido de asfalto residual• Porcentaje de pérdida de estabilidad versus contenido de asfalto residual• Densidad específica Bulk seca versus contenido de asfalto residual• Absorción de Humedad versus contenido de asfalto residual • Porcentaje de vacíos totales versus contenido de asfalto residual.

Fórmula de trabajo


45

Figura 6.3. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío método Hveem Modificado del MS-14

Diseño de mezcla densa en fríoMétodo Hveem Modificado MS-14

Seleccionar el agregado y la emulsión asfáltica

Determinar el contenido de emulsión asfáltica mediante datos obtenidos en el ensayo de equivalente centrifugo de keroseno (C.K.E.) y el área superficial del

agregado usando la expresión

Realizar pruebas de mezclado, con el cual se determina el contenido óptimo de agua para el mezclado

Determinar el contenido óptimo de agua para la compactación

Realizar pruebas de resistencia (para determinar el espesor)Midiendo el módulo mediante el ensayo de módulo resiliente a 23 ± 1,7°C

Evaluación de la exposición a la humedad, estabilidad y ensayo de cohesión para obtener S (estabilidad) y C (cohesión).

Determinación del contenido óptimo de emulsión asfálticael cual es el que mejor combinación entre los resultados de estabilidad ,

densidad y resistencia, cumpliendo los requisitos siguientes requisitos para las mezclas para capas de rodadura

fórmula de trabajo

PARÁMETRO ESPECIFICACIÓN Valor S de Estabilidad a 60 ±3°C 30 mínimo Valor C de Cohesión a 60 ±3°C 100 mínimo Recubrimiento del agregado (%) 75 mínimo


46

Figura 6.4. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío método MS-19

Diseño de mezcla densa en fríoMS - 19

ASTM D-244 Estimar contenido inicial emulsión asfáltica, basado en el pesoseco del agregado, aplicando la siguiente expresión:

Donde,A: porcentaje de residuo de emulsión por destilación.B: porcentaje de agregado seco que pasa el tamiz ASTM No. 4.C: 100 –B, porcentaje de agregado seco retenido en el tamiz ASTM No. 4.

Verificar que el agregado cumpla con los requisitos de la tabla 7.2. de MS-19

Seleccionar emulsión de rompimiento medio o lento según cantidad porcentaje de material que pasa el matiz No. 200 o si es mezcla para almacenar

Determinar el contenido tentativo de emulsión mediante:

Preparación de muestras de ensayoTres o mas lotes y para cada uno de ellos por lo menos tres contenidos de emulsión por encima y por

debajo del contenido tentativo, según el comportamiento de la mezcla en el ensayo de recubrimiento.

Realizar ensayo de recubrimiento y adherencia

Ensayar las muestras compactadas

Parámetros volumétricos Estabilidad

• Densidad Bulk• Porcentaje de vacíos• Vacíos ocupados con asfalto• Vacíos en el agregado mineral

Estabilidad y flujo en el ensayo Marshall

ASTM D-1559

Estabilidad en el ensayo de Hveem

ASTM D1560

fórmula de trabajo

noCumple

si


47

6.3.2. Mezclas abiertas

6.3.2.1. Método MS-19 para mezclas abiertas.

Al igual que en las mezclas asfálticas densas en frío, el procedimiento de diseño

parte de un agregado a utilizar y una emulsión asfáltica y el objetivo es establecer el

contenido óptimo de emulsión. Aunque, en este caso el procedimiento se basa en la

evaluación del escurrimiento del asfalto, donde el contenido de emulsión óptimo

está expresado como porcentaje de agregado seco y el contenido de emulsión

asfáltica que da un escurrimiento de residuo asfáltico de 10 gramos es el

recomendado. Ver Figura 6.6.

Se parte de la preparación de la mezcla, a partir de 2000 g de agregado seco usando

la granulometría seleccionado, el cual se mezcla con 40 g de agua (20%). Luego de

15 minutos de reposo, se agrega la emulsión asfáltica precalentada a 60°C, se

mezcla durante dos minutos manualmente. El contenido de emulsión asfáltica de

partida se recomienda 4% para agregado de gran tamaño y 6% para agregado

menor, donde nuevamente queda a interpretación subjetiva, con incrementos del

1% respecto al peso de agregado seco.

A continuación, la mezcla se pone sobre un tamiz No. 8, con el fin de obtener la

cantidad de mezcla drenada, después de pesar se debe poner sobre una bandeja

cubierta con papel, se seca la superficie de la mezcla con ventilador y se evalúa el

recubrimiento de asfalto. Posteriormente, se pone la bandeja en el horno hasta

peso constante, el cual corresponde al residuo asfáltico escurrido.

Para determinar el contenido óptimo de emulsión, se grafica contenido de emulsión

(como porcentaje de agregado seco) respeto al residuo asfáltico escurrido, como se

muestra en la Ver Figura 6.5. Sobre esta, se grafica la ordenada que corresponda a

10 gramos y en el punto de intersección con la curva, se lee la abscisa que

corresponde al contenido óptimo de emulsión (redondeando al 0,1%)

El propósito de la metodología es entregar una fórmula de trabajo que contenga: el

contenido óptimo de emulsión (en porcentaje), la trabajabilidad de la mezcla: para

las mezclas ésta debe ser satisfactoria y el recubrimiento de la mezcla: en

porcentaje, donde para capas de rodadura las mezclas son adecuadas si tienen un

recubrimiento mínimo del 85%.


48

Figura 6.5. Contenido de emulsión óptimo para mezcla abierta en frío. .Fuente. (4)

6.3.2.2. Metodología establecida por la Asociación Técnica de Emulsiones Bituminosas

(ATEB)

En las mezclas asfálticas abiertas en frío, la emulsión rompe en presencia del

agregado por reacción química. En la práctica, las dosificaciones de ligante residual

son de orden de 3 a 4,5 % en peso sobre el agregado, que corresponde con 5 a 7,5

% de emulsión. Por lo tanto, para obtener una buena mezcla abierta se debe

obtener la fórmula de trabajo en laboratorio, donde se determina el contenido

óptimo de ligante, para lo cual se suelen utilizar métodos empíricos basados en la

determinación de la superficie especifica de los agregados, donde se deben

controlar los parámetros de recubrimiento y rotura, trabajabilidad y curado. Ver

Figura 6.7.

El comportamiento de las mezclas en frío, se establece mediante el ensayo

Cántabro, NLT-362 (España), con algunos modificaciones al procedimiento, el cual

busca determinar la pérdida de cohesión que se produce por acción del agua sobre

la mezcla.

La fórmula de trabajo definitiva debe contener:

Porcentaje de cada fracción de agregado a emplear.

Granulometría de la mezcla según huso granulométrico solicitado.


49

Tipo y características de la emulsión.

Resultado del ensayo de recubrimiento y tiempo de rotura.

Grado recubrimiento y adhesividad.

Trabajabilidad.

Consistencia final.

Porcentaje de emulsión bituminosa respecto a la masa total de la mezcla

de agregados y de aditivos.

Densidad de laboratorio.


50

Figura 6.6. Diagrama de flujo diseño de mezclas abiertas en frío metodología MS-19.

Diseño de mezcla abierta en fríoMétodo MS-19

Caracterizar el agregado y la emulsión asfáltica

Fabricar muestras incrementando el contenido de emulsión en 1% respecto al peso de agregado seco

Para agregado de gran tamaño4%

Contenido de emulsión asfáltica de partida recomendado

Para agregado de menor tamaño6%

Registrar trabajabilidad y porcentaje de recubrimiento

Realizar prueba de escurrimiento a cada muestra

Graficar la curva de contenido de emulsión (expresado como porcentaje de agregado seco) versus el residuo asfáltico escurrido, Ver figura 8

El contenido de emulsión óptimo, corresponde al valor obtenido de la grafica al intersectar la curva con un valor de residuo asfáltico escurrido igual

a 10 gramos.

fórmula de trabajo


51

Figura 6.7. Diagrama de flujo diseño de mezclas abiertas en frío metodología ATEB

Evaluar el recubrimiento (>80%) y la roturaNLT-145

Diseño de mezcla abierta en fríoMétodo ATEB

Caracterizar de los componentes de la mezcla

Seleccionar la granulometría de la mezcla

Determinar el contenido óptimo teórico de emulsión de acuerdo a la superficie especifica el material., usando la expresión:

Donde; BR: proporción de betún residual sobre la masa seca de los áridosK: Coeficiente de riqueza cuyo valores es 1 para capas de rodadura y 0,9 para inferioresA: % de agregado retenido en el tamiz ASTM ¾”B: % de agregado que pasa el tamiz ASTM ¾” y retenido en tamiz ASTM 5/16”C: % de agregado que pasa el tamiz ASTM 5/16” y retiene en el tamiz ASTM No. 5D: % de agregado que pasa el tamiz ASTM No. 5 y retiene en el tamiz ASTM No.8E: % de agregado que pasa el tamiz ASTM No. 8 y retiene en el tamiz ASTM No. 30F: %e de agregado que pasa el tamiz ASTM No. 30

Para vías de trafico pesado, se podrá requerir el ensayo Cántabro modificado según la norma NLT-362, para determinar la pérdida por desgaste , que no podrá ser >25% (en seco)

Evaluar la adhesividad (buena antes de agua y aceptable después de gua) NLT-196

Comprobar que no existe escurrimiento con la dosificación establecida

no

CumpleAjustar la velocidad de rotura de la

emulsión asfáltica o la granulometría

fórmula de trabajo

si


52

6.4. FABRICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO

En general las plantas que se usan para la fabricación de mezclas asfálticas en frío

son simples, aunque en algunas ocasiones se usan las de fabricación de mezclas en

caliente, excepto que no se usa los dispositivos de secado (8). Actualmente, existen

plantas de fabricación que ofrecen una capacidad de producción y un adecuado

control de producción similar al de las plantas de fabricación de mezclas en

caliente.

La fabricación de las mezclas asfálticas en frío se puede hacer en plantas

estacionarias, donde se permite un control de los materiales y la producción, estas

pueden ser de bachada (Figura 6.8) o continúa (Figura 6.9).

Figura 6.8. Planta estacionaria de bachada para mezclas en frío.

Figura 6.9. Planta estacionaria de continua para mezclas en frío.


53

Generalmente las plantas constan de los siguientes dispositivos:

Dispositivos de abastecimiento y dosificaciones de los componentes de la

mezcla:

- Tolvas dosificadoras de agregados. Como mínimo debe ser igual al número de

agregados por tamaño a utilizar. Actualmente, se han desarrollado plantas que

además de ofrecen un número adecuado de tolvas, ofrecen un sistema de

pesaje en línea. Algunas entidades, como el IDU, recomiendan que para mezclas

que serán usadas en vías de altos volúmenes de tráfico, no deben tener menos

de cuatro tolvas para agregados.

- Depósitos de ligante: se ajusta mediante variaciones en el caudal de la bomba

según la fórmula de trabajo. Se estima que debe tener una capacidad según la

fórmula de trabajo de la mezcla a fabricar que oscile entre el 5,5 y 7% de

emulsión asfáltica sobre el agregado seco.

- Dosificador de agua: para el caso de las mezclas densas en el que se requiere la

dosificación de agua de pre mezcla. Donde el contenido de agua debe ser el

mínimo necesario para garantizar la correcta dispersión de la emulsión y para

que se logre un recubrimiento óptimo del agregado a la salida del mezclador.

En las plantas modernas este sistema es independiente para el agregado fino y

grueso.

- Dosificador de aditivos: en el caso en que la fórmula de trabajo contemple la

inclusión de un aditivo.

Dispositivo de mezcla: se recomienda una mezcladora continua, usualmente

es una mezcladora de dos ejes paralelos horizontales, a los que se le acoplan un

sistema de paletas. la velocidad del mezclador varía según el tipo de mezcla y se

busca que los ejes queden cubiertos en la mezcla para evitar la segregación.

Además, se busca darle una inclinación para tener una mayor producción con

mejor características. En el caso de ser una planta discontinua, después de haber

introducido el agregado al mezclador, se agrega la cantidad de emulsión específica

para cada amasada y se continúa mezclando durante el tiempo especificado.

Además, en estas plantas la dosificación de los elementos de la mezcla se deben

garantizar.

Dispositivos de descarga.

Dispositivos adicionales, que generalmente son requeridos según la legislación del

sitio de producción, para las plantas de fabricación de mezclas asfálticas en frío,


54

incluyen sistemas de extracción de polvo, sistema de vertimiento de lodos, entre

otros.

Como requisito para empezar a fabricar, se debe calibrar los dispositivos

dosificadores de agregado, emulsión asfáltica, agua y aditivos, que hacen parte de la

planta, midiendo tiempos y pesando materiales con el fin de conseguir las dosis de

la fórmula de trabajo. Posterior a esta calibración, se sugiere una producción de

prueba donde se verifique si la mezcla cumple con las características de

granulometría, contenido de emulsión, recubrimiento, escurrimiento,

trabajabilidad, tiempo de rotura de la emulsión y si llega presentar problemas

como la segregación o la formación de grumos.

Un aspecto que se debe controlar en las mezclas fabricadas en planta estacionaria

es el tiempo de mezclado, el cual en mezclas frías es menor en comparación con las

mezclas en caliente. Esto, para evitar un rompimiento prematuro de la mezcla que

llevaría al endurecimiento de la misma, pero a la vez puede ocasionar segregación

en la mezcla o falta de cubrimiento al agregado, este último se puede corregir en el

proceso de extensión y compactación.

Otra alternativa, es el uso de plantas móviles son dispositivos autopropulsados que

dosifican y mezclan el agregado y la emulsión mientras va por la superficie del

pavimento. las cuales constan de tolva de recepción de agregados ya mezclados,

según la granulometría de la fórmula de trabajo, depósito de agua, deposito

emulsión asfáltica y depósito de aditivos, un dispositivo de alimentación de todos

los materiales a la mezcladora y una terminadora que regule el espesor y

proporciones un buen acabado. Ver Figura 6.10.

Figura 6.10. Equipo plata móvil equipada con tolva. Fuente: (11)


55

6.5. PUESTA EN OBRA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO

La puesta en obra de una mezcla asfáltica en frío comprende las etapas de

transporte, extensión, compactación y curado, a continuación se enfatizará en cada

una de estas etapas:

6.5.1. Transporte

Esta etapa representa una de las ventajas que exhiben las mezclas en asfálticas en

frío, dado que permiten tener grandes desplazamientos sin necesidad que este

tiempo afecte el desempeño de la mezcla instalada, por disminución de

temperaturas, como en el caso de las mezclas asfálticas en caliente. Aunque, los

vehículos que se utilicen deben estar limpios, ser tratados y permanecer cubiertos

durante el transporte, para evitar la contaminación de la mezcla.

En general el transporte de las mezclas asfálticas en frío se realiza de la misma

manera que las mezclas asfálticas en caliente, en volquetas limpias dispuestas con

una lona que cubra el material. En este proceso es importante garantizar que no

existe segregación de la mezcla.

6.5.2. Extensión

Para extender el material se pueden usar desde motoniveladoras hasta equipos

autopropulsados, como terminadora. Si las condiciones climáticas y la

granulometría de la mezcla permiten la evaporación de la humedad y/o de los

volátiles sin necesidad de aireación por manipulación, teniendo en cuenta que las

mezclas densas requieren más tiempo de aireación que las abiertas, el equipo

autopropulsado es el ideal, teniendo en cuenta que este tiene la capacidad de

extender la mezcla en el ancho y espesor indicados. Aunque, es claro que los

equipos autopropulsados permiten mejor calidad superficial, mejor definición de

bordes, mejor rendimiento y menores valores de regularidad superficial (IRI). Sin

embargo, la segregación si es un problema que se puede presentar este tipo de

equipo sino se mantiene una alimentación continúa a la tolva.

Igualmente, en el caso de usar equipo autopropulsado para extender la mezcla,

existen equipos para transferencia de la mezcla (shettle buggy), que tienen la

función de reducir la segregación y transportar la mezcla de las volquetas a la tolva

del equipo.


56

Las mezclas asfálticas en frío se deben instalar sobre una superficie limpia y con

una previa aplicación de un riego de adherencia.

Gracias al fluidificante que contienen las mezclas en frío, estas tienen la bondad de

pegar una franja con otra de manera adecuada, entonces las juntas no resultan ser

tan criticas como en las mezclas en caliente, aunque para garantizar una mejor

continuidad autores recomiendan tener en cuenta los siguientes aspecto (8):

- Cortes Verticales: no es necesario, excepto si la primera línea extendida ha

tenido un curado prolongado de varios días o la junta sea excesivamente

irregular. (8)

- Superficie de contacto: no es necesario un tratamiento especial, excepto si la

primera línea extendida ha tenido un curado de varios días, en cuyo caso es

recomendable aplicar un riego de adherencia.

- Se iniciará desde la primera línea ya compactada. En juntas trasversales se

compactará transversalmente.

- Distancia: en capas superpuestas las juntas transversales quedaran a un

mínimo de cinco metros uno de la otra y juntas longitudinales a 20-30 cm.

Se recomienda que el material no sea instalado cuando la temperatura del aire en

sombra sea menor a 10°C y el trabajo debe ser suspendido si se presenta lluvia.

6.5.3. Compactación

La experiencia indica que la compactación de mezclas asfálticas en frío debe

comenzar inmediatamente antes, o al mismo tiempo, cuando la emulsión comienza

a romper. En este tiempo, el contenido de humedad en la mezcla es suficiente para

actuar como lubricante entre las partículas de agregado, pero no pueden llenar los

vacíos, durante este proceso la mezcla no debe producir desplazamientos. (11).

La compactación se realiza con equipos convencionales de rodillos metálicos y

compactadores neumáticos. Pasando en primer lugar el metálico para tener una

superficie lisa y acomodar el agregado. Posteriormente, se pasa el neumático para

densificar la mezcla. En número de pasadas de los dos equipos varía dependiendo

del espesor de la capa y la granulometría de la mezcla.

Para las mezclas densas, después de la compactación, se recomienda proteger la

superficie con un tratamiento superficial, para evitar los riesgos de la primera

época de servicio, con el fin de que pueda resistir los esfuerzos tangenciales del

tráfico.


57

Para las mezclas abiertas en frío instaladas como capa de rodadura, se recomienda

la extensión de un material de sellado, como la arena, previa o conjunta a la

compactación con el neumático, con el fin de tener una superficie más

impermeable. Para este tipo de mezclas, la puesta en servicio se puede dar

inmediatamente después de terminada la compactación, con las restricciones de no

circular a altas velocidades, ni con maniobras bruscas.

Como en las mezclas asfálticas en caliente, para este caso también se recomienda

realizar un tramo de prueba con el fin de definir: el tren de compactación necesario,

el número de pasadas para obtener la densidad dada en la fórmula de trabajo y la

humedad de compactación.

A continuación, se quiere ejemplificar el acabado y espesor que pueden tener una

mezcla asfáltica en frío como capa de rodadura, Figura 6.11y Figura 6.12.

Figura 6.11. Mezcla asfáltica en frío de rodadura después de compactación. Fuente: (8)

Figura 6.12. Espesor compacto de mezcla asfáltica abierta en frío. Fuente. (8)


58

Si en cualquier momento de la compactación, la mezcla exhibe deformaciones

permanentes o desplazamientos, el proceso de compactación se tendrá que

detener. Por lo tanto, es necesario identificar el momento en el cual se produjo la

suficiente reducción del contenido de humedad o diluyentes de manera natural o

aireando antes de realizar el proceso.

Luego de que se ha colocado una capa, no se puede extender la siguiente sin que la

anterior este curada. Asimismo, el transito se debe abrir de manera gradual, para

evitar que los vehículos desprendan el material superficial.

6.5.4. Curado

Después de compactada le mezcla asfáltica en frío, es ideal que no se permita el

tránsito pesado sobre el material fresco, para evitar que se presentan

deformaciones permanentes elevadas en la mezcla la mezcla o se desprenda, dado

a que en esta época la mezcla asfáltica es muy flexible y va adquiriendo la

estabilidad durante el proceso de evaporación de la humedad y los solventes, que

fueron incorporados para para obtener una mezcla trabajable.

Este proceso depende del tipo de solventes usados, del contenido de humedad, de

la granulometría de la mezcla, de la temperatura de la mezcla y de las condiciones

climáticas del sitio y puede llegar a tardar varios meses.


59

6.6. LIMITACIONES DE LAS MEZCLAS EN FRÍO

En las mezclas densas, una forma de asegurar el cubrimiento es garantizando

agregados limpios, dado que a veces contienen un alto porcentaje de finos que

ocasiona que la emulsión se fije a ellos, formando grumos que después se

desprenderán y dejan sin cubrir los agregados gruesos. Asimismo, el exceso de

humedad afecta la velocidad de rotura de la emulsión asfáltica.

Por el contrario, en las mezclas abiertas, por definición el contenido de finos es

mínimo. Por lo tanto, no se forma un mastico que aporte cohesión a la mezcla, sino

que esta será suministrada únicamente por el ligante, lo cual se asegura con un alto

grado de recubrimiento desde que se presenta la rotura de la emulsiones.

En conclusión, un adecuado recubrimiento de los agregados depende de:

Adhesividad agregado–ligante: este parámetro se debe estudiar previamente

en laboratorio, como se presentó en el capítulo anterior, para asegurar una

compatibilidad entre los materiales.

Grado de limpieza y humedad del agregado: es importante definirlo a partir de

los materiales que se van a emplear para la fabricación de la mezcla.

Temperatura: influye en la facilidad de la emulsión para cubrir el agregado, por

una disminución de la viscosidad. Además, la rotura también se ve afectada por

la temperatura, siendo más rápida con un aumento de la misma.

Mezclado: interviene en el recubrimiento de los agregados el sistema de

mezclado empleado y la energía proporcionada en el proceso. Aunque, es

particular de cada caso.

Asimismo, el curado de una mezcla asfáltica en frío depende de la cantidad de

fluidificantes (mejora fluidez) y fluxantes (disminuye la viscosidad) que contenga la

emulsión usada en la fabricación de la mezcla, donde es claro que estos mejoran la

trabajabilidad pero requiere un tiempo adecuado para obtener las características

del cemento asfáltico original, donde este proceso de evaporación puede durar

hasta un par de meses y es afectado por las condiciones climáticas.


60

6.6.1. Limitaciones de las mezclas asfálticas abiertas en frío

Es sabido que las mezclas asfálticas abiertas no están teniendo un uso masivo,

aunque, la literatura señala que cuentan con bondades en su desempeño como lo

son: mayor resistencia a la fatiga, demora en aparición de grietas de origen térmico

o por reflexión, mayor resistencia a la acción del agua y se ha encontrado que el

coeficiente de equivalencia estructural entre las dos tecnologías es igual a uno.

Así mismo, como en todas las tecnologías también se presentan limitaciones, que

aunque son controlables restringiendo el uso de los materiales, estas llegan a

opacar las ventajas expuestas anteriormente, las principales se presentan en los

procesos de fabricación, almacenamiento y puesta en obra, las cuales se presentan

a continuación:

6.6.1.1. Fabricación:

Dentro de la fabricación se presentan dos problemas, uno el escurrimiento de la

emulsión asfáltica y otro, el agregado descubierto, para los cuales en la Tabla 6.3 se

muestra sus posibles causas y tratamiento.

Tabla 6.3. Posibles problemas en la fabricación de mezclas abiertas en frío

Problema Causa Posible solución

Escurrimiento de la emulsión

- Emulsión muy estable. - Agregado poco reactivo - Exceso de ligante

- Cambiar a CRR o ARR - Cambiar a CRR o ARR - Verificar dosificación en

laboratorio

Agregado descubierto

- Poco tiempo de mezcla

- Mucho tiempo de mezcla

- Emulsión de rotura rápida. - Agregado sucio - Mala adhesividad

- Revisar la medida de los pulverizadores de emulsión en el mezclador para aumentar el tiempo.

- Adelantar los pulverizadores para disminuir el tiempo.

- Cambiar emulsión por más

estable. - Cambiar el agregado. - Cambiar emulsión asfáltica.


61

6.6.1.2. Almacenamiento

La etapa de almacenamiento se garantiza con una adecuada trabajabilidad de la

mezcla, en este proceso se puede presentar la desenvuelta del agregado,

escurrimiento de la emulsión asfáltica o la poca manejabilidad de la mezcla, para lo

cual se presenta la Tabla 6.4 con las posibles causas y soluciones a cada uno de

estos problemas.

Tabla 6.4. Posibles problemas en el almacenamiento de mezclas abiertas en frío


Desenvuelta del agregado

- Agregado sucio - Mala adhesividad

agregado-ligante

Ver Tabla 6.3

Escurrimiento de la emulsión o el cemento asfáltico

- Ligante muy fluido - Ver Tabla 6.3

- Cambiar la emulsión - Ver Tabla 6.3

Poca manejabilidad

- Ligante muy viscoso.

- Emulsión con fluidificantes muy ligeros

- Usar emulsión más fluidificada.

- Cambiar fluidificantes por más pesados o acopios más altos.

6.6.1.3. Puesta en obra

Para los problemas que se pueden presentar con las mezclas asfálticas abiertas en

frío, se presenta la Tabla 6.5.

Tabla 6.5. Posibles problemas en la puesta en obra de mezclas abiertas en frío

Problema Causa Posible solución Repelado en los sinfines de la pavimentadora

- Mala adhesividad agregado-ligante

Ver Tabla 6.3 y Tabla 6.4

Arrastres

- Poco espesor de la capa.

- Agregado muy

grueso.

- Aumentar el espesor.

- Disminuir la proporción de agregado grueso.


62

6.6.1.4. Capa en servicio

Por último, cuando el material ya se encuentra en servicio se pueden presentar una

serie de inconvenientes, que afectan directamente a la durabilidad del material y al

confort del usuario, las cuales se presentan en la Tabla 6.6.

Tabla 6.6. Posibles problemas en capas en servicio de mezclas abiertas en frío


Desprendimiento de agregado

- Agregado sucio. - Agregado con pocas

caras fracturadas.

- Poca dotación de ligante

- Cambiar el agregado. Si es localizado, puede requerir más espesor de capa.

- Extender un tratamiento superficial y mejorar la fórmula de trabajo.

Inestabilidad

- Poca compactación.

- Granulometría incorrecta

- Excesiva dotación de ligante.

- Ligante con fluidificantes pesados.

- Ligante demasiado fluidificado.

- Aumentar compactación.

- Cambiar agregado

- Corregir fórmula de trabajo.

- Reemplazar capa.

- Mantener más tiempo sin abrir al tráfico.


63

6.7. MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO MODIFICADAS

Dados los avances que se han producido en la fabricación de emulsiones asfálticas,

el desarrollo de nuevas tecnologías y las mayores exigencias en los proyectos, en el

mercado han ido surgiendo diferentes emulsiones asfálticas que mejoran la

adhesividad, mejoran la susceptibilidad térmica, que retardan o aceleran la rotura y

modifican la viscosidad del cemento asfáltico, a esta técnica se le conoce como

emulsiones asfálticas modificadas. La cual permite el uso de estás en capas de

rodadura para vías de altos volúmenes de tráfico, obteniendo el mismo desempeño

de las mezclas asfálticas en caliente.

Para la clasificación de las emulsiones asfálticas modificadas existen dos

diferencias con los ensayos usados para emulsiones asfálticas convencionales: para

obtener el residuo se hace por evaporación, dado a que el polímero se puede

degradar a altas temperaturas durante el proceso de destilación y no se incluye el

ensayo de solubilidad, debido a que algunos polímeros no son solubles. Asimismo,

se contemplan ensayos adicionales sobre el residuo como lo son:

Punto de ablandamiento: el cual permite conocer el comportamiento del

ligante a alta temperatura y comprobar la modificación del mismo.

Ductilidad a 5°C: con el cual se conoce el comportamiento del ligante a bajas

temperaturas.

Recuperación elástica: se incluye para medir la elasticidad del ligante

modificado.

Además, se precisa que los procedimientos de modificación son realizados a las

mezclas abiertas en frío a partir de las características exigidas a los granulares en

las mezclas abiertas en caliente, en cuando a dureza, forma, caras fracturadas y

pulimento.

Según la literatura consultada, la fabricación de mezclas asfálticas en frío

modificadas se realiza a partir de la modificación de las emulsiones de dos

maneras:

6.7.1. Adición de látex

En este caso, para la fabricación de la emulsión asfáltica modificada se emplea un

cemento asfáltico convencional y se adiciona el látex en la fase acuosa, donde se

realiza la dispersión del látex en medio de la emulsión, por lo tanto las emulsiones

tienen dos componentes en la fase dispersa, figura 17.


64

Figura 6.13. Esquema de una emulsión asfáltica modificada bifásica. Fuente (12)

6.7.2. Usando cemento asfáltico modificado con polímeros

En este método, se usan cementos asfálticos modificados previamente con

polímeros y se obtiene un grado de modificación mayor que en el caso anterior

usando el mismo contenido de polímero. Estas emulsiones presentan una sola fase

dispersa, que corresponden al cemento asfáltico modificado con el que fabricaron,

figura 18.

Figura 6.14. Esquema de una emulsión asfáltica modificada monofásica. Fuente (12)

Actualmente se utilizan una gran variedad de polímeros comerciales de

composición química y propiedades diferentes. Entre los empleados más

comúnmente en emulsiones asfálticas se tienen los copolimeros de estireno acetato

de vinilo (EVA) y elastómeros termoplásticos de estireno-butadieno-estireno (SBS)

y estirenobutadieno (SBR)

Comparando las características del ligante residual de estas emulsiones con el de

una emulsión convencional, cabe nombrar las siguientes ventajas:

- Aumenta la tenacidad del material.

- Mayor adhesividad a los áridos.


65

- Mayor respuesta elástica.

- Mayor resistencia al envejecimiento.

- Mayor resistencia a la acción del agua.

- Menor susceptibilidad térmica, lo que se traduce en un intervalo de plasticidad

más amplio.

6.7.2.1. Mezclas drenantes en frío

Son las que se fabrican a partir de emulsiones de cemento asfáltico modificado con

polímeros y con estas se puede implementar el uso de la tecnología en frío con

estabilidades suficientes que soporten los esfuerzos impuestos por elevados

tráficos.

Estas son mezclas que presentan un alto grado de comodidad en la superficie de un

pavimento debido a que proporcionan un mayor nivel de seguridad vial al

disminuir la presencia de agua en la superficie, ayudan a disipar el ruido y

presentan una uniformidad adecuada. Otro beneficio que presentan estas mezclas,

es que presentan un mejor nivel de comportamiento en edades tempranas en

comparación con las mezclas asfálticas en frío convencionales.

En la Tabla 6.7, se muestra una comparación realizada por la ATEB de los

resultados típicos de los ensayos de las emulsiones de cemento asfáltico modificado

comparado con las emulsiones convencionales y las modificadas con latex. Donde

las emulsiones de cemento asfáltico modificado presentan una viscosidad inferior a

la de una emulsión convencional. Además, presentan mayores valores de índice de

penetración y recuperaciones elásticas.


66

Tabla 6.7. Comparación de emulsiones asfálticas convencionales y modificadas

.


67

7. ESTADO DE LA PRACTICA DE LA TÉCNICA EN

FRÍO

7.1. MERCADO MUNDIAL DE LAS TÉCNICAS EN FRÍO

7.1.1. Consumo mundial de las técnicas en frío

Para conocer la evolución del mercado mundial de la técnica en frío en mezclas

asfálticas, dentro del presente trabajo de investigación se realizaron acercamientos

a entidades administrativas, educativas y productoras en países como Estados

Unidos, Costa Rica, Colombia, Bolivia, Venezuela, Uruguay, España y Francia, donde

se encontró que no se cuenta con un control adecuado de la producción para esta

técnica, aunque está normalizada, dado que las mezclas asfálticas en frío se

emplean en su mayoría como material de base o rodadura en vías de tercer nivel o

en actividades de mantenimiento, lo que ha llevado al mercado a aumentar la oferta

de un sinnúmero de productos patentados, que ofrecen trabajabilidad, adecuado

precio, buen desempeño.

En el 2007, la ATEB publico el artículo Emulsiones Bituminosas Mercado Mundial y

Tendencias de las Técnicas en Frío, en cual busca mostrar la evolución del consumo

de emulsiones asfálticas en los años 2002-2005, basados en encuestas realizadas

por el Internacional Bitumen Emulsión Federation – I.B.E.F realizadas a diferentes

entidades públicas y privadas.

Aunque el consumo de emulsiones asfálticas de un país a otro varía

significativamente, el estudio mostró que respecto al consumo de cemento asfáltico

usado en carreteras, este corresponde aproximadamente a un 10%. Además, se

muestra que el consumo de emulsiones asfálticas se había incrementado en un

33% a nivel mundial entre los años 2002 y 2005, en este periodo la producción se

estaba centrando en los continentes americano y europeo. Ver Figura 7.1.

El informe resalta que el continente americano ha tenido un incremento en el

consumo de emulsiones asfálticas del 31% en el periodo analizado y los países que

contribuyen a dicho aumento son Estados Unidos en primer lugar y después se

ubican México, Brasil, Canadá y Argentina. Aunque, expresa la posibilidad de que


68

países como Chile, Colombia y Venezuela contribuyan con un porcentaje

significativo por su alta influencia europea pero por falta de control no cuentan con

un adecuado registro de cantidades. Ver Figura 7.2.

Figura 7.1. Consumo de emulsión asfáltica por continente años 2002-2005. Fuente (12)

Figura 7.2. Consumo en América de emulsiones asfálticas años 2002-2005. Fuente: (12)

A su vez, presenta los cinco países con mayor consumo de emulsiones asfálticas en

el mundo, en primer lugar se encuentra Estados Unidos y en quinto lugar se localiza

España, ver Figura 7.3. El informe también resalta que para el 2005 la producción

de estos cinco países correspondía al 61% del mercado mundial.


69

Figura 7.3. Países con mayor consumo de emulsión asfáltica años 2002-2005. Fuente (12)

Por otra parte, al hacer la distinción por tipos y aplicaciones de las emulsiones, se

observa que la producción de emulsiones de rotura rápida es mucho mayor que las

de rotura media y lenta, lo que podría indicar que son mucho más utilizadas las

emulsiones para riegos y algunos tratamientos superficiales que para mezclas,

lechadas y reciclaje en frío. Ver Figura 7.4.

Figura 7.4. Usos más comunes de las emulsiones asfálticas años 2002-2005. Fuente: (12)

Por último, el estudio muestra la percepción de las diferentes entidades ante la

tecnología en frío, donde se percibe un desconocimiento significativo aunque es

una tecnología que cuenta con ventajas ambientales demostradas y esta

normalizado en la mayoría de países. Para el caso de las mezclas asfálticas en frío,

se aprecia como una técnica favorable y que su evolución con los años ha sido

estable.


70

Por otra parte, para los años 2007 al 2009 la International Bitumen Emulsión

Federation - I.B.E.F publica en página Web las estadísticas del consumo anual de

cemento asfáltico y emulsión asfáltica para la industria vial, donde se observa que

la variación total en este perdió no alcanza el 2%, por lo tanto se puede decir que

en estos años el consumo mundial se ha mantenido constante. Además, América y

Europa siguen siendo los mayores consumidores de emulsiones asfálticas. Ver

Tabla 7.1

Tabla 7.1. Producción mundial de emulsión asfáltica en toneladas por continente años 2007-2009

CONTINENTE 2007 2008 2009

África 222.100 228.000 240.500

América 3.836.800 4.066.000 3.805.000

Asia 1.492.500 1.427.750 1.648.920

Europa 2.432.808 2.356.994 2.270.520

Oceanía 97.700 96.000 83.400

TOTAL 8.081.908 8.174.744 8.048.340

Se mantiene en primer lugar para el periodo 2007-2009 Estados Unidos como el

mayor consumidor de emulsiones asfálticas y entra a la clasificación Francia y

China. Ver Figura 7.5.

Figura 7.5. Países con mayor consumo de emulsiones asfálticas años 2007-2009

0,0E+00

5,0E+05

1,0E+06

1,5E+06

2,0E+06

2,5E+06

USA France Mexico Brazil China

Ton

elad

as A

nu

ales

2007 2008 2009


71

Este estudio no diferencia el consumo de emulsiones asfálticas por tipos y usos, por

lo tanto no se aprecia la evolución de las mezclas asfálticas en frío durante este

periodo en el mercado mundial.

Asimismo, la Asociación Europea de Pavimento Asfáltico (EAPA), la cual representa

a la industria europea de fabricantes de mezclas asfálticas y empresas dedicadas a

la construcción y mantenimiento de carreteras, en su informe anual Asphalt in

Figures, presenta la producción de mezclas asfálticas en frío producidas en Europa

y otros países como Japón, México y Venezuela, cifras que según ellos son las más

completas y confiables para la industria del asfalto. La Tabla 7.2, incluye la

producción en toneladas desde el año 2006 hasta 2010, donde se puede ver que el

país Europeo que lidera la producción de mezclas en frío es Francia. Además, en

este periodo, el año en el cual se ha producido más mezcla en frío ha sido el 2008

con más de siete millones de toneladas

A nivel mundial, el informe relaciona a Japón, con una producción promedio de

136.000 toneladas anuales de mezclas en frío. En Latinoamérica, el líder de

producción de mezclas asfálticas en frío es México, con más de síes millones de

toneladas en este periodo, seguido de Venezuela con menos de un millón de

toneladas para el mismo periodo.


72

Tabla 7.2. Toneladas anuales de mezcla asfáltica en frío en Europa y Otros Países.

PAÍS

2006

2007

2008

2009

2010

Total País Austria

60.000,00

60.000,00

0,00

20.000,00

10.000,00

150.000,00

Bélgica

34.000,00

29.000,00

295.000,00

33.000,00

30.000,00

421.000,00 Croacia

10.000,00

0,00

0,00

30.000,00

40.000,00

Republica Checa

13.230,00

5.500,00

264.000,00

8.100,00

11.620,00

302.450,00

Francia > 1.900.000,00 > 1.900.000,00 > 2.000.000,00 > 1.500.000,00 > 1.500.000,00 8.800.000,00 Gran Bretaña

0,00

0,00

0,00 > 1.000.000,00

1.000.000,00

Hungría

8.500,00

1.676,00

1.956,00

0,00

33.000,00

45.132,00 Islandia

6.000,00

6.000,00

60.000,00

6.000,00

78.000,00

Irlanda

195.000,00

140.000,00

0,00

335.000,00 Italia

80.000,00

80.000,00

Lituania

112.000,00

75.000,00

0,00

61.936,00

248.936,00 Luxemburgo

3.000,00

0,00

3.000,00

Holanda

30.000,00

30.000,00 Noruega

70.000,00

9.000,00

75.000,00

5.000,00

9.000,00

168.000,00

Polonia

55.000,00

58.000,00

60.000,00

61.000,00

234.000,00 Portugal

125.000,00

130,00

125.130,00

Rumania

22.000,00

18.000,00

13.000,00

22.000,00

75.000,00 Eslovaquia

116,00

116,00

Eslovenia

0,00

0,00

0,00

5.000,00

5.000,00 España

318.000,00

325.000,00

310.000,00

275.000,00

185.000,00

1.413.000,00

Suecia

700.000,00

150.000,00

120.000,00

90.000,00

70.000,00

1.130.000,00 Suiza

510.000,00

460.000,00

530.000,00

560.000,00

63.000,00

2.123.000,00

Turquía 1.166.000,00 1.288.000,00 3.546.000,00 1.404.000,00 2.370.000,00 9.774.000,00

Total por Año 4.883.846,00 4.768.176,00 7.492.956,00 4.979.100,00 4.456.686,00 26.580.764,00

Japón 157.200,00 184.000,00 132.000,00 104.000,00 105.000,00 682.200,00 México

3.000.000,00

3.300.000,00

6.300.000,00

Venezuela 880.000,00 880.000,00


73

7.1.2. Experiencias experimentales en el mundo

A continuación, se pretende mostrar la evolución practica que han tenido las

mezclas asfálticas en frío, para tal fin se han recopilado una serie de documentos

técnicos internacionales que describen diferentes experiencias del uso de estas

mezclas a través de los años.

7.1.2.1. A comparison of properties of laboratory prepared cold mixed emulsified

and hot mixed asphalt mixtures. Phase I. (12).

Con este artículo, se evidencia que desde antes de 1981 ya existía la necesidad de

comparar el desempeño de las mezclas asfálticas fabricadas en frío y en caliente, en

este caso el propósito del artículo es comparar las propiedades de las mezclas

asfálticas fabricas con cemento asfáltico y emulsión asfáltica.

Los materiales usados para la fabricación de las mezclas incluyen material granular

proveniente de la ciudad de Phoeniz (Arizona) que cumple con los requisitos de

calidad del Departamento de Transporte de Arizona de la época, emulsiones

asfáltica catiónica y cemento asfáltico clasificada como AR-4000, los cuales se

seleccionaron con el fin de tener un porcentaje de asfalto residual más similar

Las mezclas en caliente fueran diseñadas usando el método de diseño Marshall y la

mezcla en frío se diseñó usando el método Pacific Coast Division Method, donde el

porcentaje de agua se establece mediante ensayo y error en laboratorio, buscando

un 6% de asfalto residual

Para la comparación el autor propone realizar los ensayos de estabilidad Marshall,

módulo resiliente, resistencia a la tracción indirecta y análisis de densidad-vacíos.

De donde se obtuvo, mayores valores de estabilidad para las mezclas en caliente,

entre 1750 lb y 2120 lb para estas y entre 1150 lb y 1100 lb para mezclas en frío,

aunque estos últimos mostraron menos variabilidad (menor desviación estándar).

Asimismo, según el autor, los resultados de las mezclas con emulsiones asfálticas

cumplen con la especificación de la época (1000 lb) para la mayoría de carreteras.

Para los valores de flujo, el autor hace referencia que no se encontró una diferencia

significativa entre las mezclas, para mezclas en caliente el promedio es de 10,5 y

para mezclas en frío de 18,2. Respecto a los vacíos, se encontró que las mezclas con

emulsiones asfálticas presentan mayores valores, en promedio 9,6%. Para los

valores de resistencia a la tracción, el autor encontró que las mezcla en caliente

presenta mayores valores y por ultimo para módulo resiliente, las mezclas en


74

caliente presentan módulos de 10,4x105 psi mientras las mezclas en frío presentan

módulo de 6,46x105 psi, aunque se señala que este va aumentando con la pérdida

del agua (70-80%), lo cual ocurre después de por lo menos una semana.

Como conclusión el autor señala, a partir de los materiales usados para el estudio y

con los resultados de estabilidad y flujo obtenidos, las mezclas en frío son capaces

de sustituir a las mezclas en caliente con una relación de 1:1, en casi todas las

aplicaciones, excepto en rodadura de vías de tráfico pesado. Aunque se debe

garantizar la calidad de los procesos de producción y puesta en obra y hacer un

adecuado control del curado

7.1.2.2. A comparison of properties of laboratory prepared cold mixed emulsified

and hot mixed asphalt mixtures. Phase II. (13)

Este estudio corresponde a la continuación del presentado anteriormente, el cual

fue realizado por el señor J. Dybalski en 1982, fabricando mezclas con contenidos

de ligante de 4,7 y 4,9 en peso de la mezcla, usando la misma fuente de agregado

(con una granulometría densa y abierta) y los mismos asfaltos y emulsiones

asfálticas para la mezcla en caliente (AR-4000 y AR-4000 Modf.) y mezclas en frío

(CSS-1, CMS-2 y CSS-1 Modf.) respectivamente, buscando tener las misma

penetración y viscosidad del material asfáltico después de ser extraídos de las

mezclas. Asimismo, como se puede ver en la designación de los materiales

asfálticos, en este caso el autor incluye materiales modificados.

Respecto a los resultados obtenidos para la densidad, se tiene que las mezclas en

caliente presentan valores superiores que las mezclas en frío, este fenómeno se dio

también en el estudio anterior y el autor sugiere que esto se debe a que las mezclas

en frío tienen un porcentaje mayor de vacíos por el agua que permanece dentro de

la mezcla en el proceso de compactación en laboratorio. Ver Figura 7.6.

Figura 7.6. Densidad Bulk, estudio J. Dybalski en 1982. Fuente: (13)


75

Los valores promedio de módulo resiliente de las mezclas en caliente se

encontraron del orden de 648.000 psi (4,5 GPa), sin ninguna variación significativa

respecto al material modificado. Para las mezclas en frío con 18 horas de curado, se

tiene un módulo promedio de 117.000 psi (0,8 GPa), sin diferencia significativa

respecto a la emulsión o modificador. Sin embargo, después de curado completo,

los valores promedio para las mezclas en frío aumentan hasta 745.000 psi (5,1

Gpa) siendo mayor que para la mezcla en caliente. J. Dybalski cree que esta

variación se debe a que las propiedades del asfalto pueden ser modificadas por el

emulsificante. Ver Figura 7.7.

Figura 7.7. Módulo resiliente, estudio J. Dybalski en 1982. Fuente: (13)

Respecto a la resistencia a la tracción, el estudio arrojo que presenta mayores

valores promedio las mezclas en caliente en comparación con las mezclas en frío,

ver Figura 7.8.

Figura 7.8. Resistencia a la tracción, estudio J. Dybalski en 1982.Fuente: (13)

Debido a los resultados obtenidos en los ensayos, J. Dybalski plantea el

cuestionamiento si realmente son aplicables todos los ensayos de laboratorio de


76

mezclas en caliente para mezclas en frío y pone como ejemplo los resultados del

proceso de compactación de las mezclas en laboratorio, que para el caso de las

mezclas en frío afectaría el resultado de la estabilidad de la muestra. Además,

plantea la necesidad de documentar las experiencias en campo para poder tener

datos reales de cómo se desarrolla la densidad, los vacíos y la estabilidad de las

mezclas en frío respecto a las especificaciones.

7.1.2.3. Nuevos desarrollos de la tecnología en frío: emulsiones de betún

modificado para riegos y mezclas drenantes. (15)

Este documento presentado en el IX Congreso Iberoamericano del Asfalto en 1997,

realizado en Paraguay, pretende mostrar los atributos de introducir los asfaltos

modificados en la tecnología frío, en las mezclas drenantes, usando productos

modificados desarrollados por Repsol.

Para el desarrollo del estudio, se usa un agregado que cumpla con los

requerimientos para una PA12 de las especificaciones españolas, la cual se combina

con cinco diferentes granulometrías, dos convencionales con penetración del

cemento asfáltico de 60-70 y 110-130, una modificada con latex y dos producidas

por Repsol denominas Modifal D y M.

Las muestras fueron sometidas al ensayo Cántabro, donde los resultados se

muestran en la Figura 7.9. Donde se observa para los dos casos que las menores

pérdidas se presentan en las mezclas asfálticas en frío fabricadas con cemento

asfáltico modificado. En el caso de la prueba después de inmersión, indica que las

mezclas con cemento asfáltico modificado presentan una mayor adhesión.

En seco Después de inmersión

Figura 7.9. Resultados ensayo cántabro. Fuente (15)


77

En la Figura 7.10, se compara los resultados obtenidos en el ensayo Cántabro para

mezclas drenantes fabricadas con cementos asfálticos modificados en frío y

caliente. Para el caso de los resultados en seco, el autor establece que hasta un valor

de pérdidas del 5% todos los asfaltos se desempeñan de manera similar en el

ensayo y que además cumplen con la especificación. Por otra parte, en la

comparación de los resultados después de inmersión, los cuales indican la

adhesividad del material, se encuentra un comportamiento muy parejo, aunque las

mezclas asfálticas en frío siempre muestran pérdidas mayores.

En seco Después de inmersión

Figura 7.10. Comparación resultados cántabro mezclas frías y calientes. Fuente (15)

7.1.2.4. Bitumen emulsion cold-mixtures: a feasible pavement construction

material in Tanzania (15)

Aunque la mayoría de pavimentos en Tanzania se construyen utilizando la técnica

en caliente, debido a que se cree que esta es una técnica más fuerte y duradera, se

está planteando el uso y la continua investigación de las mezclas en frío que

promueven ventajas económicas, ambientales y de seguridad. Mgani y Nyaoro

buscaron ensayar algunos agregados locales (dos tipos) con emulsiones de

producción local (dos tipos) para fabricar mezclas asfálticas en frío, de las cuales

una se instalaría como capa de base en un proyecto piloto realizado en el municipio

de Morogoro en agosto de 1998.

Después de caracterizas los materiales, se realizó el diseño de la mezcla usando el

método Marshall para mezclas en frío (1987) descrito anteriormente dentro del

presente documento. En la Tabla 7.3 se presentan los resultados del diseño de


78

mezcla obtenido para las cuatro mezclas de prueba realizadas dentro del estudio

Mgani y Nyaoro.

Tabla 7.3. Resultados de los diseño de mezclas. Fuente (15)

A partir de los resultados obtenidos el autor hace algunas observaciones que

relacionadas con el uso y el desempeño de estas mezclas:

Las mezclas asfálticas en frío son una buena alternativa como capas de base y

rodadura siempre y cuando el diseño y la construcción se realice de manera

cuidadosa, incluyendo un correcto proceso de selección de materiales, con el

fin de que la mezcla cumplan con los requerimientos del proyecto.

El desarrollo las deformaciones a edades tempranas, en las mezclas frías, es

muy crítico, por lo tanto se proponer el uso de cemento como llenante

mineral para acelerar el curado de la mezcla.

Se debe realizar una correcta evaluación de compatibilidad del agregado con

la emulsión, con el fin de encontrar una combinación que proporciones un

buen recubrimiento, trabajabilidad y desempeño.

7.1.2.5. A study of cement modified bitumen emulsión mixtures (16)

En el 2000, Brown y Needhan, adicionando cemento portland ordinario (CPO) a las

mezclas asfálticas en frío pretenden plantear una alternativa para el Reino Unido,

donde estas mezclas no han logrado mucha atención dado al tiempo que se

requiere para que desarrollen toda la Resistencia y la susceptibilidad al daño en los

primeros años de vida por la lluvia.

Para el estudio se planteó la fabricación de mezclas asfálticas en frío y para lograr

una buena comparación mezclas asfálticas en caliente, con las características que se

presentan en la


79

Tabla 7.4, con un contenido de ligante residual equivalente al usado en las mezclas

en frío del 4,7% y contenidos de cemento que varían según el ensayo.

Tabla 7.4. Caracterización de la mezcla. Fuente (16)

Usando muestras de mezcla en frío y en caliente compactadas por el método

Marshall, se determinó el módulo de rigidez a tracción indirecta (ITSM), las

pruebas en las mezclas frías se realizaron a partir de 5 días de curado, con el fin de

conocer el efecto del CPO en el módulo. En la Figura 7.11, se observan los

resultados, donde se puede ver que los módulos de las mezclas frías van

aumentando con el tiempo y para la mezcla en caliente se puede decir que es

constante con el tiempo. Asimismo, se observa que a mayor porcentaje de CPO se

tiene un aumento en la rigidez de la mezcla.

Figura 7.11. Resultados módulo de rigidez. Fuente (16)

El estudio también contempla un curado en horno a 60°C hasta peso constante de

las muestras de mezclas fría, de esta prueba se tiene que el mayor porcentaje de

perdida de agua se da en la primera semana después de fabricada la mezcla,

aunque a mayor contenido de CPO esta pérdida se da de manera más lenta. Al igual,


80

el resto del agua se evapora de manera continua durante varias semanas pero

nunca desaparecerá completamente, Figura 7.12..

Figura 7.12. Perdida de agua en mezclas con diferentes contenidos de CPO. Fuente (16)

Después de comprobar que el CPO tiene el efecto esperado sobre las mezclas

asfálticas en frío, el autor busca demostrar el efecto sobre la deformación

permanente. Para este ensayo, se fabricaron muestras compactadas usando

compactador de rodillo de laboratorio con el fin de hacer una reproducción más fiel

de las condiciones de campo. En los resultados se observa que para la muestra sin

CPO la falla se presenta antes de los 1000 ciclos, lo que indica que la deformación

permanente de esta muestra es bastante pobre. Además, se tiene que la resistencia

a la deformación permanente de las mezclas en frío aumenta con el incremente de

CPO. También, se observa que las mezclas en frío ofrecen una mejor resistencia a la

deformación permanente, aunque en este caso estas mezclas cuentan con un

porcentaje de vacíos superior al 14%, entonces, el autor señala que posiblemente

esto ocurre porque el CPO actúa como un aglutinante, Figura 7.13.

Figura 7.13. Deformación axial a 30°C en mezclas en frío y caliente. Fuente (16)


81

Otro ensayo que se llevó a cabo, fue la evaluación a la resistencia a la fisuración por

fatiga de las mezclas, mediante el ensayo de tracción indirecta. Para lo cual, se

fabricaron las muestras usando el método de compactación Marshall y CPO entre

0,1 y 3%. Donde se observa que por encima del nivel de esfuerzo igual a 200, a

mayor contenido de CPO presenta menor vida a fatiga y por debajo de ese nivel se

presenta una situación inversa, aunque aclara el autor que estos últimos son los

resultados de interés, por lo tanto las mezclas en frío con adición de CPO presentan

una buena resistencia a la fisuración por fatiga, Figura 7.14.

Figura 7.14. Ciclos a la falla para mezclas en frío con adición de CPO. Fuente (16)

Asimismo, se busca evaluar el efecto del CPO directamente sobre la emulsión

asfáltica, donde se encontró que para un contenido de CPO del 1% respecto al peso

supuesto del agregado, el tiempo de rotura corresponde a 48 horas y al

incrementar el porcentaje de CPO hasta 10% decrece el tiempo de rotura de la

mezcla hasta cuatro horas, lo cual está relacionado con el módulo de rigidez

planteado anteriormente, el cual se estabilizo después de un par de semanas.

Además, dentro del estudio se comprueba que la adición del CPO no influye dentro

del pH de la emulsión, por lo tanto no se puede atribuir alteraciones en el

rompimiento de la emulsión. Otro efecto que preocupada al autor, por su posible

influencia en la velocidad de rotura de la emulsión es el calor de hidratación que se

pueda generar por la adición de CPO a la mezcla, donde después de realizar

pruebas, se encontró un aumento muy leve en la temperatura después de 30

minutos, la cual paso de 22,2°C a 25 °C, por lo tanto el autor confirma que este

aumento de la temperatura no afecta la velocidad de curado de las mezclas en frío.

También, se hace una evaluación del valor de la penetración del asfalto residual

para las diferentes adiciones de CPO, donde a partir de la penetración del asfalto

virgen (100dmm), el autor encontró que con una adición de 2% de CPO disminuye


82

significativamente el valor de la penetración (82dmm), lo cual influye en la rigidez

de la mezcla.

7.1.2.6. A laboratory study on cold-mix, cold lay emulsión mixtures. (18)

En 2009, I.N.A. Thanaya, S.E. Zoorob y J.P. Forth, publican en el Journal ICE la

presente investigación, partiendo de tres preocupaciones frente a las mezclas

asfálticas en frío que con el tiempo han llevado a pensar que las mezclas en caliente

tienen un mejor desempeño que las mezclas en frío, los altos contenidos de vacíos

de las mezclas después de compactación, la poca resistencia que desarrollan en

edades tempranas y los largos tiempos de curado que requieren antes de alcanzar

el máximo desempeño, el cual ocurre entre 2 y 24 meses, dependiendo de las

condiciones meteorológicas del sitio.

Los autores plantean que hasta ahora las mezclas en frío han demostrado que son

fáciles de producir y que tienen un buen desempeño en vías de bajo y mediano

volumen de tráfico, sin embargo existe una completa heterogeneidad en los

métodos de diseño y ensayo, que no permiten hacer una evaluación del desempeño

mecánico de estas muestras con la adecuada repetitividad.

Para esta investigación los autores proponen mezclas con contenido de vacíos

entre 5 y 10%, como agregado caliza con tamaño máximo de 12 mm y cenizas

volates como llenante mineral. Como material aglutinante de la mezcla se usó

emulsión asfáltica catiónica con contenido óptimo de cemento asfáltico en la

mezcla del 6%.

A diferencia de los casos anteriores, para este estudio se utilizó la siguiente

expresión obtenida por Cooper para determinar la granulometría de la mezcla,

donde P es el porcentaje de material que pasa el tamiz de tamaño d; D es el tamaño

máximo del agregado; F es el porcentaje de llenante y n es un valor exponencial que

determina la concavidad de la línea de gradación, donde F igual a 4%, n igual a 0,45

que garantizada un empaquetamiento adecuado del material. Ver Figura 7.15.


83

Figura 7.15. Granulometría de las mezclas en frío. Fuente (18)

Como método de diseño de la mezcla se usó el desarrollado por los mismos autores

de la presente investigacion s que consta de los siguientes pasos:

- Determinar la granulometría

- Estimar el contenido de emulsión inicial

- Hacer pruebas de recubrimiento con variación del contenido de agua de

preenvuelta

- Determinar el nivel de compactación adecuado para satisfacer los

requerimientos finales de contenido de vacíos.

- Variación de contenido de emulsión

- Curado de las muestras compactadas.

- Determinar el contenido óptimo de cemento asfáltico residual.

- Determinar la estabilidad para el contenido óptimo de cemento asfáltico

residual.

- Determinar la resistencia ultima en condiciones de durado completo. Cabe

anotar que para este diseño se logró un curado completo dentro de los 18 y

21 días de fabricada la muestra con contenido de vacíos entre el 8 y 9%.

Dentro del estudio se fabricaron tres tipos de mezclas en frío, diferenciados por el

origen del agregado, y en el caso de la mezcla 2 se conformó la granulometría

usando un 68% de agregado calizo y un 32% de residuos de vidrio triturado.

Además, se hacen adiciones del 1 y 2% de cemento a las mezclas.

Los resultados de rigidez se puede observar en la Tabla 7.5, donde exceptuando la

mezcla 0, todas cumplen con la rigidez mínima especificada (2000 PMa), debido

posiblemente al bajo nivel de recubrimiento que presentó dicha muestra. Las


84

mezclas 1 y 2 mostraron los mayores valores de rigidez y al adicionar un 1 y 2 % de

cemento a la mezcla, aumenta significativamente los valores de rigidez inicial. La

mezcla 2 en comparación con la 1 tiene incorporado un 30% de vidrio triturado,

donde esta presenta resultados de rigidez ligeramente menores, probablemente

porque el vidrio ofrece menor fricción durante la compactación. Al comparar las

muestras en frío y las muestras en caliente, se puede ver que las muestras en

caliente presentan un menor contenido de vacíos y los valores de rigidez de las

muestras 1 y 2 sin adiciones de cemento son comparables con las mezclas en

caliente.

Tabla 7.5. Resultado rigidez de las mezclas. Estudio Fuente (18)

Ahora bien, dentro del estudio también se incluyó la evaluación de los efectos de

los tiempos de almacenamiento de las mezclas en frío, usando mezclas con cemento

y sin cemento. Para lo cual se miden los vacíos respecto al tiempo de

almacenamiento, Figura 7.16 (izq) donde la mezcla con cemento presenta el mayor

contenido de vacíos durante el las seis primeras horas de almacenamiento, debido

a la hidratación del cemento por la presencia de la humedad, esto hace que la

mezcla sea más rígida y menos trabajable. Además, se hace una evaluación de la

rigidez de la mezcla según el tiempo de almacenamiento de la misma, figura 34

(der), donde la mezcla sin cemento tiene una variación mínima durante las

primeras 24 horas, a partir de este punto empieza a reducir; para el caso de la

mezcla con cemento los valores de rigidez para las mezclas en frío con cemento son

mayores en todos los tiempos de almacenamiento, con una disminución

considerable entre la 3 y 6 hora, teniendo en cuenta que el valor más alto se obtuvo

cuando la mezcla se compacto después de fabricada.


85

Figura 7.16. Efecto del tiempo de almacenamiento en mezclas frías. Fuente (18)

Otro análisis realizado dentro del estudio fue la evaluación del curado al aire libre,

ver Figura 7.17, donde para las muestras sin adición de cemento se logró alcanzar

los 2000 MPa (especificada) hasta después de 16 semanas y con una adición del 2%

de cemento se logró antes de las dos semanas de curado al aire libre. Aunque los

resultados son favorables para las mezclas con adición de cemento, el autor señala

que esta comparación se debe hacer con muestras a escala real, dado que los

resultados están influenciados por factores como el nivel de compactación,

condiciones climáticas, drenaje del proyecto , trafico, etc.

Figura 7.17. Efecto del curado al aire libre mezclas en frío. Fuente (18)

Por último, se realiza el análisis de fatiga de las mezclas frías, ver Figura 7.18,

donde el autor encontró un comportamiento contradictorio con las pruebas

anteriores, ya que estas presentan menos vida a fatiga. El autor justifica este

comportamiento por la falta de repetitividad que existe entre las pruebas

realizadas por diferentes investigadores. Por lo tanto, se podría pensar que estas


86

mezclas presentan un buen desempeño en capas diferentes a la rodadura dentro de

una estructura de pavimento, debido a los buenos niveles de rigidez pero baja

resistencia a la fatiga.

Figura 7.18. Fatiga en mezclas frías. Estudio Fuente (18)

7.1.2.7. Performance of cement modified dense graded cold-mix asphalt and

establishing mathematical model. (19)

Son indudables las ventajas económicas, ambientales y de aspectos logísticos que

presentan las mezclas en frío sobre las mezclas en caliente. Pero también es

importante tener presente el pobre desempeño y la mayor tasa de deterioro en

presencia de agua que presentan las mezclas en frío. El estudio planteado por S.

Oruc, F. Celik y A. Aksoy, busca obtener un modelo matemático con el cual se pueda

calcular el módulo resiliente de las mezclas en frío, a partir de la evaluación de

desempeño de mezclas asfálticas en frío de granulometría densa de origen calizo,

diseñadas usando el método Marshall, con emulsión catiónica CSS-1, con

porcentajes de cemento asfáltico residual del 4,2, 5,2 y 6,2 % y con adiciones de

cemento, como llenante mineral, entre el 0 y 6% en porcentaje de masa seca del

agregado.

El autor, apoyado en estudios previos señala que se ha demostrado que al adicionar

cemento a las mezclas asfálticas en frío estas presentan un curado más acelerado,

desarrollan un alto modulo con mayor velocidad y son mezclas más resistentes al

daño por humedad. Algunos datos sobre los beneficios del uso de cemento en

mezclas fríos son señalados por los autores, como el incremento de la estabilidad

de las mezclas en frío del 250-300% con una adición de 1% de cemento, lo cual se

reflejaría en la disminución de los espesores de diseño.


87

Sobre las mezclas asfálticas descritas anteriormente, el estudio determina el

módulo resiliente y el daño por humedad, medido como el módulo resiliente antes

y después de inmersión, usando métodos de ensayo conocidos y estandarizados.

Los resultados del ensayo de módulo resiliente se pueden ver en la Figura 7.19,

donde el modulo crece de acuerdo a como se va aumentando el contendió de

cemento y el curado de cada muestra.

Otro fenómeno que se valoró, fue velocidad de la perdida de agua en mezclas

asfálticas en frío, ver Figura 7.20, la cual ocurre en edades tempranas después de

fabricado el espécimen. Aunque, con la adición de cemento se encontró que a

mayor cantidad, el proceso de pérdida de agua se hace más lento, encontrando que

entre la semana 8 y 10 esta se estabiliza, pero con un remanente de agua que nunca

desaparecerá totalmente. Además, se encontró que a mayor sea el porcentaje de

asfalto residual de la mezcla asfáltica en frío, más lentamente crecerá la pérdida del

agua de la mezcla.

62% de asfalto residual 5,2% de asfalto residual,

Figura 7.19. Módulo resiliente. Fuente (19)


88

62% de asfalto residual. 5,2% de asfalto residual

Figura 7.20. Pérdida de agua de la mezcla en frío. Fuente (19)

De los resultados de deformación permanente (Figura 7.21), los autores concluyen

que la resistencia a la deformación permanente en las mezclas sin modificar es muy

pobre. Lo no ocurre para las mezclas en frío con cemento, donde la resistencia a la

deformación permanente va aumentando con el aumento de la adición de cemento.

Asimismo, las mezclas en frío con cemento ofrecen mejor resistencia a la

deformación permanente que las mezclas en caliente sin adiciones. Por lo tanto, los

autores apuntan a que el cemento actúa como un segundo aglutinante en los

mezclas en frío.

Figura 7.21 De formación permanente de mezcla en frío. Fuente (19)

La figura 40 muestra los resultados del ensayo de daños por humedad, donde

nuevamente el cemento influye en la resistencia al daño, la cual es directamente

proporcional a la cantidad al cemento.


89

Figura 7.22 Daños por humedad de mezcla en frío. Fuente (19)

Por último, S. Oruc, F. Celik y A. Aksoy proponen la siguiente expresión para

describir la relación que hay entre el módulo resiliente y el contenido de asfalto

residual, la adicion de cemento y el tiempo de curado que se ha establecido.

Donde, Mr: módulo resiliente (Mpa) X1: Contenido de asfalto residual (%) X2: contenido de cemento (%) X3: tiempo de curado (días)

Con este estudio, se confirmó que todas las propiedades de las mezclas asfálticas

que son críticas a edades temperas se pueden mejorar con la adición de cemento. El

agua dentro de las mezclas asfálticas en frío es de vital importancia, pero también

es un componente que inhibe la compactación y retrasa la el desarrollo de la

resistencia. Del mismo modo, estudios han demostrado que la mayoría del agua se

pierde en la primera semana. Por último, se demostró que el modulo y la

deformación permanente de las mezclas en frío decrecen con el incremento del

contenido de asfalto residual.


90

7.1.2.8. Mezclas asfálticas elaboradas en frío. Utilización de emulsiones

modificadas e incorporación de fibras de celulosa. (20)

Buscando suplir la necesidad de tener un material asfáltico para el mantenimiento

de vías urbanas con rodaduras envejecidas pero sin deformación ni hundimiento

en la ciudad de Rosario (Argentina), que no requiriera equipo especial y que se

pueda instalar a tempera ambiente conservando su trabajabilidad, en 2007 el

grupo liderado por el Ing. J. Páramo plantea la posibilidad de fabricar una mezcla

asfáltica en frío con emulsiones modificadas con polímeros SBS e incorporando

fibra de celulosa, que posiblemente de una mezcla más flexible y durable para las

condiciones de tránsito y clima de la ciudad.

Para el diseño de la mezcla, se buscó una granulometría continua del agregado que

cumpliera con los parámetros establecidos para un material S12 de la normativa

española ver Figura 7.23.

Se seleccionó una emulsión asfáltica modificada con polímeros SBS con residuo

asfáltico del 62,8% y viscosidad SF a 25°C de 21 seg.

El cálculo del porcentaje óptimo de asfalto se realizó mediante expresiones

desarrolladas por el Instituto del Asfalto que dependen de la granulometría del

agregado, de donde se obtuvo un 8,36% de emulsión asfáltica optima teórica. La

fibra de celulosa se incorporó por vía seca, dosificada respecto al peso seco del

agregado en 0,3%, 0,4% y 0,5%.

Figura 7.23. Granulometría seleccionada mezclas en frío. Fuente (20)


91

En las Figura 7.24, Figura 7.25 y Figura 7.26 se muestran los resultados de los

ensayos realizados a las muestras. De donde se puede concluir, que a partir de una

cierta cantidad de fibra de celulosa, no se van a presentar mejor capacidad

estructural de la mezcla.

Para este caso, los autores hace la observación, que hasta el momento las fibras de

celulosa se habían estudiado en mezclas en frío pero con granulometría abierta, lo

que según ellos iría en contra del objetivo del estudio, dado que no se lograría un

buen desempeño de la estructura de pavimento al combinar en el bacheo dos

tiempos de granulometría, ya que podría formar depósito de agua.

Por último, se plantea que los ensayos realizados fueron insuficientes para

demostrar el desempeño de una mezcla asfáltica en frío con emulsión modificada y

adiciones de fibras.

Figura 7.24. Densidad de la mezcla en fusión del porcentaje de emulsión. Fuente (20)

Figura 7.25. Resistencia a la tracción indirecta respecto a la emulsión. Fuente (20)


92

Figura 7.26. Vacíos de la mezcla en fusión del porcentaje de emulsión. Fuente (20)

7.1.2.9. Mezclas bituminosas en frío densamente graduadas empleando áridos

bonaerenses y emulsiones asfálticas convencionales y modificadas.

En el marco del cuarto congreso venezolano del asfalto en el 2008, J. Ripani, S.

Covachi y R. Nosetti presentaron el estudio titulado “Mezclas bituminosas en frío

densamente graduadas empleando áridos bonaerenses y emulsiones asfálticas

convencionales y modificadas”, basado en la necesidad de conocer el desempeño de

las mezclas densas en frío como alternativa para preservar el medio ambiente.

Para la fabricación de las mezclas asfálticas densas en frío del estudio, se empleó la

granulometría TM ½” especificada en el Pliego de Especificaciones Técnicas

Generales de la Dirección Nacional de Vialidad, combinando una serie de materiales

granulares proveniente de canteras ubicadas en la ciudad de La Plata, ver Figura

7.27

Figura 7.27. Granulometría usada en la fabricación de mezclas en frío. Fuente (20)


93

Para complementar la descripción de los materiales usados para la fabricación de la

mezcla, es necesario anotar que como llenante mineral se empleó la combinación

del pasa No. 200 del agregado seleccionado más cal hidratada. La emulsión

seleccionada, es de tipo catiónica de rotura lenta, sustentada en la fácil

comercialización y buena adhesión con los agregados de origen silíceo.

Se usó el método Marshall para el diseño de la mezcla, donde la fabricación de las

probetas se hizo incorporando diferentes cantidades de emulsión, tal que el asfalto

base residual variara de 4 a 6%. Asimismo, después de fabricada la muestra se

dejaba expuesta hasta que perdiera un 40% de los fluidos totales, dado que esta se

halló como la humedad optima de compactación, por no presentar pérdida de

ligante, tener una adecuada cohesión y trabajabilidad y valores de densidad son

constantes. Tabla 7.6.

Para este caso, los autores usaron la metodología del Instituto del Asfalto para

seleccionar el porcentaje óptimo de asfalto, el cual se obtuvo promediando los

valores dados en la Figura 7.28. Con un porcentaje de asfalto residual igual a 5% se

tiene un porcentaje de emulsión asfáltica del 8%.

Tabla 7.6. Resultados Marshall a mezclas densas en frío Fuente (20)


94

Figura 7.28. Resultados Marshall a mezclas densas en frío. Fuente (20)

Después de determinar el contenido de asfalto óptimo, se fabricaron las probetas

de mezcla usando emulsión asfáltica convencional (M.E.C.), mezcla con emulsión

asfáltica modificada (M.E.M.) y mezcla en caliente (M.A.C.). A las cuales se les

realizaron los ensayos de inmersión-compresión, tracción indirecta y deformación

plástica.

En el ensayo de inmersión-compresión, para las mezclas en frío se realizó de

manera tradicional, con la diferencia que al segundo grupo de muestras se le

realizó una inmersión adicional a 25°C por dos horas. En la Tabla 7.7 se presentan

los resultados del ensayo inmersión – compresión, donde las mayores resistencias

en mezclas frías se alcanzan en las mezclas modificadas, aunque no superan las

mezclas en caliente. Por último, el ensayo muestra unos valores bastante

satisfactorios de resistencia conservada, lo cual indica que la mezcla tiene un

menor riesgo de degradación por acción del agua.

Tabla 7.7. Resultados ensayo inmersión – compresión. Fuente (20)


95

Mediante el ensayo de tracción indirecta, los autores buscaban evaluar la

resistencia a distintas temperaturas (5, 25 y 45 °C). Para este caso, la compactación

de las muestras de mezcla fría se realizó de manera estática (6 ton) y las mezcla en

caliente de manera dinámica (75 golpes por cara a 140°C). En la Figura 7.29, se

puede ver para los tres materiales ensayados, los porcentajes de disminución de

resistencia varían entre 95 y98% entre las temperaturas de 5 y 45°C.

Figura 7.29. Variación a la resistencia a la tracción con la temperatura. Fuente (20)

Por último, se realiza la prueba de deformación plástica a las mezclas frías a dos

temperaturas (45°C y 60°C), mediante el ensayo Wheel Tracking, donde a 45°C

presentan un desempeño similar y a 60°C la mezcla modificada presenta

deformaciones iniciales mayores, las cuales se estabilizan con el tiempo, pero la

mezcla convencional no muestra equilibrio alguno, Figura 7.30.

Figura 7.30. Ensayo Wheel Tracking.. Fuente (20)


96

Gracias al desempeño obtenido en las mezclas del presente estudio, los autores

plantean el uso de mezclas asfálticas en frío como una alternativa viable para capas

de rodadura, aunque a la vez comunican la necesidad de conocer el desempeño

reológico del material en campo, mediante tramos de prueba que permitan

verificar que el comportamiento encontrado en laboratorio se reproduce en campo.

7.1.3. Normativa y Control de calidad

A continuación se presenta para una serie de países la normativa que se tiene

establecida para la producción de mezclas asfálticas en frío, la mayoría están bien

estructuradas para el uso de este material como bases o rodaduras en vías de bajos

o medianos volúmenes de tráfico. El caso de Colombia será tratado en el siguiente

capítulo.

7.1.3.1. Chile

Los trabajos de vialidad en Chile están regidos técnicamente por el Manual de

Carreteras de la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas Volumen 5 y

8 -2012, para el caso de las mezclas asfálticas en frío la sección 5.409 hace

referencia a los materiales granulares y bituminosos idóneos para estas mezclas.

Dentro de la granulometría, el tamiz ASTM No. 8 está dividiendo la fracción fina

(A.F.) de la fracción gruesa (A.G.), en la Tabla 7.8 se relacionan los parámetros

exigidos por el manual para asegurar la calidad de los agregados usados en mezclas

asfálticas en frío.

Tabla 7.8. Criterios de diseño mezclas asfálticas en frío. MC-V8 T.8.302.51.A. Fuente: (12)

ENSAYO CAPA NORMA

CHILENA A.G. A.F. G.C.

Desgaste Los Ángeles (% máx)

Rodadura

8.202.11

25 - -

Intermedia 35 - -

Base Gruesa 35 - -

Base Abierta 30 - -

Desintegración sulfato de sodio (%máx) 8.202.17 12 - -

Partículas chancadas (% míx)

Rodadura

8.202.6

90 - -

Intermedia 70 - -

Base Gruesa 60 - -

Base Abierta 90 - -


97

ENSAYO CAPA NORMA

CHILENA A.G. A.F. G.C.

Partículas lajeadas (% máx)

Rodadura

8.202.6

10 - -

Intermedia 15 - -

Base Gruesa 15 - -

Base Abierta 10 - -

Adherencia método estático (% mín)

8.202.29 95 - -

Adherencia método dinámico (% mín)

8.202.31 95 - -

Índice de Plasticidad

8.102.4 - N.P. -

Adherencia Riedel - Weber (mín)

8.302.30 - 0 - 5 -

Desintegración en sulfato de sodio (%máx) 8.202.17

15 -

Sales Solubles (% máx) Rodadura

8.202.14 - - 2

Inter/Base - - 3

Equivalente de arena (% mín)

Rodadura

8.202.9

- - 50

Intermedia - - 45

Base Gruesa - - 40

Base Abierta - - 50

Para el agregado combinado se diferencias cuatro tipos de granulometrías densas,

donde exceptuando la IV-10, para su uso se exige poner sobre esta una mezcla

drénate u otra de similares características, Figura 7.31. Para las mezclas abiertas, el

manual chileno contempla tres granulometrías, Figura 7.32.

Figura 7.31. Granulometrías densas mezclas en frío. MC-V5.

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

Po

rcen

taje

qu

e P

asa

Abertura del Tamiz

IV-25

IV-20

IV-12

IV-10 (Ciclovias)


98

Figura 7.32. Granulometrías semidensas mezclas en frío. MC-V5.

El manual contempla métodos de diseño para mezclas en frío de gradación abierta

y gradación densa, dentro del cual se estipula la realización de una pista de prueba

de 100 m de largo, 3 m de ancho y 0,05 m de espesor como mínimo, con el fin de

establecer la densidad de referencia y la comprobación de la dosificación para las

mezclas abiertas y densas respectivamente.

Las mezclas asfálticas en frío densas están enfocadas a vías de bajos volúmenes de

tránsito, empleando granulometrías con tamaños máximos menores o iguales a 25

mm y que cumplan los criterios de diseño establecidos en la Tabla 7.9.

Tabla 7.9. Criterios de diseño mezclas asfálticas en frío MC-V8 T.8.302.51.A. Fuente: (12)

7.1.3.2. República de Costa Rica

El Manual de especificaciones generales para la construcción de carreteras,

caminos y puentes CR-2010, reglamenta el uso de mezclas asfálticas en frío para

Costa Rica. Donde se tiene estipulado las mezclas en frío con granulometría abierta,

mezclas en frío para capas de base incorporando material reciclado y combinado y

mezclas en frío de granulometría densa.

Siguiendo lo establecido en el alcance del presente documento, se hará referencia a

las especificaciones para mezclas en frío usando materiales nuevos. La sección

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

Po

rcen

taje

qu

e P

asa

Abertura del Tamiz

IV -A-20

IV -A-12

IV -A-25


99

407 del manual CR-2010 (13) incluye las mezclas asfálticas de granulometría

abierta en frío, donde se establecen cuatro granulometrías para la fabricación de

estas mezclas (ver figura 7.33) y el uso de éstas como material de base o rodadura.

Según el manual CR-2010 la mezcla asfáltica abierta en frío debe cumplir con los

parámetros de diseño estipulados en Tabla 7.10.

Figura 7.33. Granulometría abierta para mezclas en frío. CR-2010

Tabla 7.10. Criterios de diseño mezclas asfálticas abierta en frío según CR-2010

PARÁMETRO ESPECIFICACIÓN Recubrimiento mínimo (%) Capa de base Capa de rodadura

50 75

Escurrimiento, porcentaje de asfalto residual máximo (%) 0,5 Lavado, porcentaje de asfalto residual máximo (%) 0,5 Combinado (escurrimiento y lavado)%) 0,5

De acuerdo a la importancia del proyecto, el manual CR-2010 indica que cuando la

mezcla asfáltica abierta en frío es usada para conformar capas de rodadura, se debe

permitir un curado de la superficie compactada en un periodo de 2 a 10 días como

mínimo y posteriormente se debe aplicar un sello asfáltico o un tratamiento

superficial, según la particularidad de cada caso.

Las mezclas asfálticas en frío con granulometría densa, están contempladas en la

sección 410 de los manuales CR-2010, estipulados como material para bacheos en

actividades de mantenimiento. El agregado grueso, fino y llenante mineral se deben

ajustar a una de las granulometrías mostradas en la figura 7.34.

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

Po

rce

nta

je q

ue

Pas

a

Abertura del Tamiz

A

B

C

D


100

Figura 7.34. Granulometrías densas para mezclas en frío. CR-2010

Para determinar la fórmula de trabajo, el manual CR-2010 contempla, que se debe

garantizar compatibilidad entre el agregado y la emulsión asfáltica, la cual debe ser

de tipo catiónico. El proceso de compactación debe ajustarse a lo determinado en

uno o varios tramos de prueba, conformados según las condiciones del proyecto y

las variaciones de la fórmula de trabajo.

El contenido teórico de ligante se calcula por métodos basados en la superficie

específica del agregado, variando este valor se fabrican muestras que son

sometidas al ensayo de inmersión-compresión y con el siguiente criterio se

establece el óptimo:

- Resistencia seca (Rs) ≥60 kg/cm2

- Resistencia húmeda (Rh) ≥50 kg/cm2

- Resistencia retenida (Rr) ≥75%

El contenido de asfalto residual óptimo de las mezclas densas en frío según CR-

2010, es aquel que cumpla con los siguientes parámetros:

- Estabilidad de la muestra saturada. >500 kg

- Vacíos totales: 2 – 8%

- Perdida de estabilidad. <50%

- Absorción de agua: <4%

- Recubrimiento de agregado: >50%

Según la granulometría seleccionada, la mezcla debe cumplir con los siguientes

parámetros, Tabla 7.11.

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

Po

rcen

taje

qu

e P

asa

Abertura del Tamiz

DF-25

DF-20

DF-12


101

Tabla 7.11. Criterios de diseño mezclas asfálticas densas en frío según CR-2010

GRANULOMETRÍA DF-12 DF-20 DF-25

Asfalto residual en peso respecto al agregado (%) 4- 5,5 Espesor de la capa compactada <4 4-6 >6 Densidad (gr/cm3) 2,2 – 2,4 % vacíos 3 -8

7.1.3.3. Mexico

La Secretaria de Comunicaciones y Transporte tiene publicado dentro de su

normativa la N CTR CAR 1 04 007/09, como norma de construcción para carpetas

asfálticas con mezclas en frío, para pavimentos de carreteras nuevas. Las cuales

están contempladas como capas estructurales con granulometría densa y con

cemento asfálticos modificados o no, provenientes de emulsiones asfálticas o

asfaltos rebajados, en espesores superiores a los 4 centímetros

La granulometría de las mezclas asfálticas está definida según el transito, donde

para tránsitos menores a 1 millón de ejes equivalentes de 8,2 toneladas, son

mezclas que no están sometidas a unas altas exigencias y son comúnmente usadas

en rodaduras de pavimentos nuevos, carpetas de refuerzo y baches. La mezcla debe

cumplir con una de las cinco granulometrías mostradas en la figura 7.35 y los

requisitos de calidad de la Tabla 7.12.

Figura 7.35. Granulometrías densas para mezclas en frío con transito ≤106

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10 100

po

rcen

taje

qu

e P

asa

Abertura del Tamiz

1 1/2 "1"3/4"1/2"3/8"


102

Tabla 7.12. Requisitos de calidad del agregado para mezclas asfálticas en frío con transito ≤106.

Parámetro Valor Densidad relativa, min. 2.4 Desgaste Los Ángeles, % máx. 30 Partículas alargadas, % máx. 40 Partículas aplanadas, % máx. 40 Equivalente de arena, % min. 50 Perdida de estabilidad por inmersión en agua , % Max. 25

Si el transito esperado es mayor a un millón de ejes equivalentes de 8,2 toneladas,

el agregado utilizado para la fabricación de mezclas asfálticas en frío se debe

ajustar a una de las cinco granulometrías siguientes (ver figura 7.35) y debe

cumplir con los requisitos de calidad estipulados en la Tabla 7.13.

Figura 7.36. Granulometrías densas para mezclas en frío con transito ≥106

Tabla 7.13. Requisitos de calidad del agregado para mezclas asfálticas en frío con transito ≥106

Parámetro Valor Densidad relativa, min. 2.4 Desgaste Los Ángeles, % máx. 30 Partículas alargadas, % máx. 35 Partículas aplanadas, % máx. 35 Equivalente de arena, % min. 50 Perdida de estabilidad por inmersión en agua , % Max. 25

Para la fabricación de las mezclas, la normativa mexicana contempla como métodos

de diseño para las mezclas asfálticas densas en frío, los métodos de diseño Marshall

y Hvee, teniendo en cuenta que se cumpla con lo consignado en Tabla 7.14 y Tabla

7.15.

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

Po

rcem

taje

qu

e P

asa

Abertura del Tamiz

1 1/2 "

1"

3/4"

1/2"

3/8"


103


Marshall

Característica Numero de ejes equivalentes ≤106 106 - 107

Compactación, golpes en cada cara de la probeta 50 75 Estabilidad, N (lb), min. 5340 (1200) 8000 (1800) Flujo, mm 2 – 4 2 – 3.5 Vacios en la mezcla, % 3.- 5 3 – 5 Vacios ocupados por el asfalto 65 - 78 65 - 75


Hveem.

Característica Numero de ejes equivalentes ≤106 106 - 107

Valor de estabilidad (R), min. 35 37 Expansión, mm, máx. 0.762 (0.03)

7.1.3.4. Venezuela

Por su parte, Venezuela contempla las mezclas asfálticas en frío en su documento

Norma Venezolana COCENIN 2000:1980 Sector construcción. Especificaciones.

Codificación y Mediciones. Parte I carreteras, en el numeral 12-6. Donde, el

agregado de la mezcla se debe ajustar a una de las tres granulometrías planteadas

de acuerdo al uso de la misma (ver Figura 7.37), la Tipo A se propone para base y

rodadura y Tipo B y C para rodadura

Figura 7.37. Granulometrías densas para mezclas en frío

La mezcla diseñada debe satisfacer los requisitos estipulados en la Tabla 7.16.

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

Po

rce

nta

je q

ue

Pas

a

Abertura del Tamiz

Tipo A

Tipo B

Tipo C


104

Tabla 7.16. Requisitos de calidad para mezclas en frío de granulometría densa (23)

Parámetro Valor Estabilidad Hubbard Field al aire, lb, min. 2000 Estabilidad Hubbard Field eb agua, lb, min. 1500 Hinchamiento volumétrico, %, máx. 1.5 Absorción, %, máx. 3.0


105

7.2. COLOMBIA

En 1979 el Ministerio de Obras Públicas y Transporte, en colaboración con el

Ministerio de Minas y Energía, impulso la sustitución de asfaltos líquidos por el uso

de emulsiones asfálticas, a partir de este momento se considera que la tecnología

ha avanzado de tal forma que cada día brinda soluciones más prácticas y viables

para los problemas de construcción y mantenimiento de vías. En 1986, el

Ministerio de obras Públicas y Transporte publica Manual de Utilización de

Emulsiones Asfálticas en Carreteras, el cual sirvió como base para conformar las

Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras y Normas de Ensayo 2007,

las cuales relacionan la principales aplicaciones de las emulsiones asfálticas, entre

esas las mezclas densas en frío (INV 440-07) y mezclas abiertas en frío (INV 441-

07). Ahora bien, para la ciudad de Bogotá se tiene especificadas las mezclas densas

y abiertas en frío dentro de las Especificaciones Técnicas Generales de Materiales y

Construcción para Proyectos de Infraestructura Vial y de Espacio Público en Bogotá

D.E. – IDU- ET -2011, sobre dichos documentos se profundizara más adelante.

Ahora bien, desde el punto de vista práctico, las mezclas asfálticas en frío han sido

utilizadas en nuestro país en diferentes obras de importancia nacional,

principalmente en actividades de sustitución de las mezclas asfálticas en caliente,

ya sea por razones de índole climática, técnica o por el empleo de plantas portátiles

de gran rendimiento que permiten trabajar en condiciones técnicas ideales.

Asimismo, se sabe que a la fecha, son muy pocos los productores de materiales

asfálticos que están en capacidad de fabricar mezclas asfálticas en frío, por tal

motivo no se cuenta con la documentación suficiente para presentar las

experiencias y el desempeño obtenido.

Los principales proyectos que se han desarrollado en Colombia usando mezclas

asfálticas en frío han sido:

- Carretera Sogamoso – Yopal (sector Crucero- Toquila), 27 Km.

- Carretera circunvalar de la isla de San Andrés, 20 km.

- Vía de acceso a Quibdó, Choco, 20 Km.

- Vía Tado –Animas – Itsmina, Choco.

- Pista aeropuerto de Ocaña, Norte de Santander.

- Pista aeropuerto de Puerto Inírida, Guainía.

- Ampliación pista aeropuerto Málaga, Santander.

- Vía de acceso a la cárcel de máxima seguridad del Valledupar, Cesar.


106

7.2.1. Proyecto Quibdo (choco)

Este proyecto fue desarrollado por la firma Colombiana Manufacturas y Procesos

Industriales Ltda (MPI), en los años de 2001 y 2002. En el cual se realizó la

pavimentación de la vía Quibdo – Yuto (Choco), que tiene una longitud de 20 km,

7,6 m de año y una estructura de pavimento conformada por 40 cm de subbase, 24

de base estabilizada con cemento y 5 cm de mezcla densa en frío como rodadura.

Del proyecto se sabe que el material asfaltico tuvo un desempeño satisfactorio, a

pesar de la topografía de la zona y el clima altamente lluvioso. Para a fabricación se

usaron materiales granulares provenientes del rio Atrato, en dosificación 80%

triturado y 20% arena fina. La emulsión asfáltica usada es clasificada como

catiónica de rompimiento lente (CR-1) y se fabricó en obra con planta portátil. La

Para la mezcla se usaron aditivos que mejoraban la adherencia y el cubrimiento de

los materiales sin afectar la manejabilidad de la mezcla. La mezcla se diseñó

mediante el método Marshall Modificado, con el cual se tienen los siguientes

parámetros (Tabla 7.17):

Tabla 7.17. Parámetros mezcla asfáltica densa en frío proyecto Quibdo (Choco)

Asfalto residual óptimo 5,8% Estabilidad al aire a 22°C 1930 lb Estabilidad al agua a22°C 1800 lb Flujo 14,8 pulg/100 Vacíos totales 6,2% Humedad de preenvuelta 5,0%

La producción de la mezcla se realizaba de forma diaria, de tal manera que si no se

podía poner en obra se almacenaba, controlando el contenido de humedad, dado a

que cuando este es bajo, al ser compactado puede presentar un desprendimiento

de los agregados y cuando es alta, se pueden producir lavado de la mezcla y fisuras

laterales al paso del compactador liso. En la Figura 7.38 se presentan algunas

imágenes del proyecto.

Tanques verticales almacenamiento emulsión Planta de producción de mezcla en frío


107

Acopio de mezcla Puesta de la mezcla

Compactación de la mezcla Acabado final de la carpeta

Figura 7.38. Imágenes proyecto de la vía Quibdo-Yuto (Colombia).

7.2.2. Materiales para la fabricación de mezclas asfálticas en frío

Materiales disponibles en el país.

7.2.2.1. Agregados

La calidad de los pavimentos asfálticos depende en gran medida del

comportamiento y durabilidad de los agregados, los cuales deben cumplir con una

serie de requisitos físicos y mecánicos que aseguren que se pueden mantener

estables frente a las solicitaciones de carga y los agentes climáticos. Buscando

pavimentos que se comporten mecánicamente de manera adecuada y que sean

durables, se han ido estipulando una serie de ensayos de laboratorio, descritos en

el capítulo anterior.

En Colombia, estudios han identificado que al occidente predominan las rocas

cristalinas ígneas (graníticas y basálticas) y metamórficas de buena calidad,

cubiertas por suelo residual que encárese su explotación. En el oriente del país,


108

abundan rocas sedimentarias (chert, shale, arenisca) cuya calidad es regular en

varios aspectos. En el Caribe abundan las rocas tipo caliza y chert de buen

comportamiento y relativamente fácil explotación. Además, en todo el país existen

fuentes de aluvión cuya calidad guarda una estrecha relación con la geología del

entorno, aunque se considera un poco mejor por el papel de la erosión en estas

fuentes (23). Para la sabana de Bogotá, se han identificado tres tipos de materiales:

arenisca dura, chert y material silíceo. Aunque, las canteras presentan deficiencias

en el cumplimiento de la resistencia al desgaste, la solidez y forma de las partículas.

En tal sentido, los criterios petrológicos para clasificar los agregados como

materiales de mezclas asfálticas son la resistencia, adherencia, durabilidad e índice

de forma.

Otro aspecto de gran importancia, son las restricciones ambientales para la

explotación de las fuentes que tiene el gobierno en nuestro país, debido a la

explotación indiscriminada de agregado que se venía dando.

Como se había citado anteriormente, en Colombia las especificaciones para la

fabricación, transporte y puesta en obra de mezclas asfálticas en frío son

formalizadas por el Instituto Nacional de Vías – INVIAS (a nivel nacional) y el

Instituto de Desarrollo Urbano – IDU (para Bogotá). Donde, el INVIAS en su

documento técnico Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras y

Normas de Ensayo 2007, contempla las mezclas densas en frío para capas de

rodadura (R), intermedia (I) o base (B), diferenciando tres granulometrías,

designadas como MDF-1, MDF-2 y MDF-3 (ver Figura 7.39). Para mezclas abiertas

en frío, el INVIAS, contempla tres granulometrías, MAF-1, MAF-2 y MAF-3, ver

Figura 7.40.

Para asegurar la calidad del material granular en las mezclas densas y abiertas en

frío, el INVIAS estipula una serie de parámetros que debe cumplir, según el tránsito

de diseño del proyecto, NT1 corresponde a vías en las que el tránsito de diseño es

inferior a 0,5X106, NT2 para vías donde el tránsito de diseño oscila entre 0,5X106 y

5,0X106 y NT3 donde el tránsito de diseño es superior a 5,0X106 ejes equivalentes

de 80 KN en el carril de diseño, Tabla 7.21.

Por otra parte, El Instituto de Desarrollo Urbano de Bogotá – IDU, en el documento

Especificaciones Técnicas Generales de Materiales y Construcción para Proyectos de

Infraestructura Vial y de Espacio Público en Bogotá D.E. – IDU- ET -2011, también ha

contemplado las mezclas asfálticas densas en frío para capas de rodadura (R),

intermedia (I) y base (B), designándolas como MDF-12, MDF-20 y MDF-25, donde

dicho número depende del tamaño máximo nominal de agregado. Las mezclas

abiertas en frío, el IDU las destina para bacheo y construcción de capas de rodadura


109

o intermedia y son nombradas como MAF-12, MAF-20 y MAF-25. Hay que anotar,

que granulométricamente las mezclas densas y abiertas tipo IDU comparten los

mismo rangos que las mezclas densas en frío establecidas por el INVIAS, ver Figura

7.39 y Figura 7.40. Asimismo, sea mezclas densas o abiertas tipo INVIAS o IDU, la

granulometría se selecciona según el tipo y el espesor de la capa, ver Tabla 7.18 y

Tabla 7.19.

Los requisitos exigidos por el IDU para garantizar la calidad del material granular

en mezclas densas y abiertas en frío (ver Figura 7.22), al igual que en el INVIAS,

dependen del tránsito de diseño, el cual se divide en cinco categorías según el

número acumulado de ejes equivalentes de 80 KN en el periodo de diseño, en el

carril de diseño, ver Tabla 7.20.

Tabla 7.18. Tipo de mezcla MDF INVIAS e IDU según tipo y espesor de capa.

TIPO DE CAPA ESPESOR COMPACTO

(MM) TIPO DE MEZCLA

Rodadura 50 -75 40- 50

MDF-2 / MDF-20 MDF-3 / MDF-12

Intermedia ≥50 MDF-2 / MDF-20 Base ≥75 MDF-1 /MDF-25

Bacheo 50 – 75

≥75 MDF-2 / MDF-20 MDF-1 / MDF-25

Tabla 7.19. Tipo de mezcla MAF INVIAS e IDU según tipo y espesor de capa.

TIPO DE CAPA ESPESOR COMPACTO

(MM) TIPO DE MEZCLA

Rodadura <40 MAF-3 / MAF-12

Intermedia 40- 75 MAF-2 / MAF-20

≥75 MAF-1 / MAF-25 Bacheo ≥75 MAF-1 / MAF-25

Tabla 7.20. Categorías de transito IDU.

CATEGORÍA DE TRANSITO NAEE_80 T0 <0,2 T1 0,2≤ NAEE_80<0,5 T2 0,5≤ NAEE_80<1,5 T3 1,5≤ NAEE_80<3,0 T4 3,0≤ NAEE_80<7,5 T5 ≥7,5


110

Figura 7.39. Granulometría para mezclas densas en frío INVIAS e IDU.

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1110

Po

rcen

taje

qu

e p

asa

Abertura del Tamiz (mm)

MDF-1 / MDF-25

MDF-2/ MDF-20

MDF-3 / MDF-12

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.8 No. 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1110

Po

rcen

taje

qu

e P

asa

Abertura del Tamiz

MAF-1 / MAF-12

MAF-2 / MAF-25

MAF-3 / MAF-20


111

Figura 7.40. Granulometría para mezclas abiertas en frío INVIAS e IDU.


112

Tabla 7.21. Requisitos INVIAS para los agregados de mezclas densas y abiertas en frío

Ensayo Detalle Norma

INV

Mezcla Densa En Frío Mezcla Abiertas En Frío

Artículo 440-07 Artículo 441-07

NT1 NT2 NT3 NT1 NT2 NT3

A.G. A.F. G.C. A.G. A.F. G.C. A.G. A.F. G.C.

Desgaste Los Ángeles (%máx)

E-218 E-219

25 -R - - 25 -R - - 25 -R - - 25 -R 25 -R 25 -R

35 -I - - 35 -I - - 35 -I - - 35 -I 35 -I 35 -I

Desgaste Micro-Deval (% máx) E-238 - - - 25 -R - - 20 -R - - - 25 -R 20 -R

- - - 30 -I

25 -I - - - 30 -I 25 -I

10% de Finos Seco (KN min)

E-244 - - - - - - 110 - R - - - - 110 - R

Húmedo/Seco - - - - - - 90 - I - - - - 90 - I

Perdidas en Ensayo de Solidez (% máx)

Sul. sodio E-220

12 12 - 12 12 - 12 12 - 12 12 12

Sul. magnesio 18 18 - 18 18 - 18 18 - 18 18 18

Partículas fracturadas mecánicamente ( % mín 1 cara/2caras)

E-277

75/- ('R) - - 75/60 ('R) - - 85/70(R) - - 75/- (R)

75/60 (R)

85/70(R)

60/- (I) - - 75/- (I) - - 75/- (I) - -

60/- (I)

75/- (I)

75/- (I)

- - - 60/- (B) - - 60/- (B) - - - - -

Angularidad - Método A (% mín)

E-239

- 40 - R - - 45 - R - - 45 - R - - - -

- 35 - I - - 40 - I - - 40 - I - - - -

- - - - 35 - B - - 35 - B - - - -

Coeficiente de pulimineto acelerado (mín)

E-232 0,45 - R - - 0,45 - R - - 0,45 - R - - 0,45 -

R 0,45 -

R 0,45 - R

Partículas planas y alargadas -relación 5:1 (%máx)

E-240 10 - - 10 - - 10 - - 10 10 10

Índice de Plasticidad

E-125 E-126

- - N.P. - - N.P. - - N.P. - - -

Equivalente de Arena (%min)

E-133 - - 50 - - 50 - - 50 - - -

Contenido de Impurezas (%máx)

E-237 0,5 - - 0,5 - - 0,5 - - 0,5 0,5 0,5

Adhesividad Stripping (%mín) E-737 - - - - - - - - - 95 95 95

Resis. conservada Inm-comp (%mín)

E-738 - - 75 - - 75 - - 75 - - -


113

Tabla 7.22. Requisitos IDU para los agregados de mezclas asfálticas densas y abiertas en frío

Ensayo Detalle Norma

de Ensayo

Mezcla Densa En Frío Mezcla Abiertas En Frío ET 550-11 ET 552-11

T0-T1 T2-T3 T4-T5 T0-T1 T2-T3 T4-T5

A.G. A.F. G.C. A.G. A.F. G.C. A.G. A.F. G.C. A.G. A.F. A.G. A.F. A.G. A.F.

Análisis petrográfico

ASTM C-295

X X - X X - X X - X X X X X X

Desgaste Los Ángeles (% máx) Seco 500 revolu. E-218 E-219

35 - B/I - - 35 - B/I - - 30 - B/I - - 30 - 30 - 25 -

30 - R - - 30 - R - - 25 - R - - - - -

Desgaste Micro-Deval (% máx) E-238 30 - B/I - - 30 - B/I - - 25 - B/I - - 25 - 25 - 20 -

25 - R - - 25 - R - - 20 - R - - - - -

10% de Finos Seco (KN mín)

E-244

60 -B/I - - 60 -B/I - - 75 - B/I - - 75 - 75 - 110 -

75 - R - - 75 - R - - 110 - R - - - - -

Relación Húmedo/Seco

75 - - 75 - - 75 - - 75 - 75 - 75 -

Perdidas en Ensayo de Solidez Sulfato de Magnesio (% máx)

E-220 18 - - 18 - - 18 - - 18 - 18 - 18 -

Partículas fracturadas mecánicamente ( % mín)

1 cara E-277

75 - - 75 - - 90 - - 75 - 75 - 90 -

2 caras 50 - - 60 - - 75 - - 50 - 60 - 75 -

Coeficiente pulimineto acelerado (min)

E-232 0,4 - - 0,45 - - 0,5 - - 0,4 - 0,45 - 0,5 -

Forma Í. Aplana. ( % máx) E-230 25 - - 25 - - 20 - - 25 - 25 - 20 -

Í. Alarga. (% máx) E-230 25 - - 25 - - 20 - - 25 - 25

20 -

Proporción máxima de arena natural (en peso)

- 50 - R - - 35 - R - - 25 - R -

- 50 - 35 - 25

- 75 - I - - 40 - I - - 25 - I -

- 100 - B - - 75 - B - - 50 - B -

Pérdida ensayo de solidez en sulfatos ( % máx)

Sulfato de magnesio E-220 - 18 - - 18 - - 18 - - 18 - 18 - 18

Angularidad Agregado Fino ( % mín) AASHTO

T-304

- 40 - B - - 40 - B - - 40 - B -

- 45 - 45 - 45

- 40 - I - - 40 - I - - 45 - I -

- 45 - R - - 45 - R - - 45 - R -

Índice de Plasticidad (% máx)

E-126 - - N.P. - - N.P. - - N.P. - - - - - -

Equivalente de Arena (% mín)

E-133 - - 40 - - 40 - - 40 - - - - - -

Valor de Azul de Metileno (mg/g máx)

E-235 - - 8 - - 8 - - 8 - - - - - -


114

7.2.2.2. Emulsiones asfálticas

Aunque en el mercado mundial existen emulsiones asfálticas de tipo aniónica y

catiónico para uso en la industria de los pavimentos, en nuestro país se produce

únicamente emulsiones de tipo catiónico, dado a que estas presentan un adecuado

comportamiento con casi cualquier tipo de agregado.

Tanto el INVIAS como el IDU, especifican el uso de emulsiones catiónicas de

rompimiento lento (CRL) para la fabricación de mezclas densas y emulsiones

catiónicas de rompimiento medio (CRM) para las mezclas abiertas en frío. En la

tabla Tabla 7.23 se consignan las especificaciones que deben cumplir las

emulsiones asfálticas para la fabricación de mezclas densas y abiertas en frío según

INVIAS e IDU.

7.2.3. Obtención de la fórmula de trabajo para mezclas densas en frío

7.2.3.1. Método Instituto Nacional de Vías – INVIAS (Artículo 440-07)

Dentro de las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del 2007 del

INVIAS, está incluido el Articulo 440, que rige la elaboración, trasponte, colocación

y compactación de las mezclas asfálticas densas en frío para el territorio nacional,

exceptuando la ciudad de Bogotá.

El método de diseño establecido por el INVIAS para estas mezclas, tiene como fin

presentar la fórmula de trabajo que por lo menos debe contemplar el tipo y las

características de la emulsión asfáltica, la granulometría de los agregados, el

contenido de agua de preenvuelta y humedad de compactación, en la Figura 7.41 se

muestra el diagrama de flujo que resume el procedimiento. El contenido óptimo

teórico de ligante se determina a partir de métodos basados en la superficie

específica de los agregados, con el cual se fabrican muestras con contenidos por

encima y por debajo de este valor estimado y después se someten al ensayo de

inmersión-compresión, donde se aplica el siguiente criterio para la determinación

del contenido óptimo de ligante:

- Resistencia seca (Rs) ≥ 25 kg/cm2

- Resistencia Humedad (Rh) ≥ 20 Kg/cm2

- Resistencia conservada Rc=(Rh/Rs)*100 ≥ 75%


115

Además, la especificación señala, que para capas de rodadura en vías de transito

NT3, la mezcla definida como optima debe ser verificada con la medida de su

resistencia a la deformación plástica, mediante la pista de ensayo de laboratorio

(INV E-756), logrando el curado de la mezcla compactada antes de proceder al

ensayo. Donde, la deformación en el intervalos de 105 y 120 minutos, no podrá ser

mayor a 15 µm/mm en pavimentos que serán sometidos a temperaturas medias

anuales superiores a 24 °C, ni mayor de 20 µm/mm para pavimentos sometidos a

temperaturas medias anuales hasta de 24°C

7.2.3.2. Método De Desarrollo Urbano – IDU (ET-sección 550-11)

Para la cuidad de Bogotá, el IDU dentro de las Especificaciones Técnicas Generales de

Materiales y Construcción, para Proyectos de Infraestructura Vial y de Espacio

Público (Especificaciones IDU-ET-2011) ha incluido las mezclas densas en frío,

donde para el diseño plantea una fórmula de trabajo que debe incluir como

mínimo:

La granulometría establecida para la mezcla.

El porcentaje de asfalto residual y emulsión en relación con el peso de la

mezcla.

Los porcentajes de aditivos (respecto del peso de la emulsión asfáltica).

Los tiempos de mezcla de agregados y agregados con emulsión asfáltica,

porcentaje de agua para la mezcla y la compactación (en relación con el

peso seco del componente mineral).

La resistencia a la compresión inconfinada.

La densidad máxima y humedad optima correspondiente a la densidad de

diseño.

En la Figura 7.42, se muestra el diagrama de flujo de la metodología de diseño

establecida por el IDU.


116

Tabla 7.23. Requisitos INVIAS/IDU para emulsiones asfálticas para mezclas en frío.

Ensayo Detalle Unidad Norma

de Ensayo

Mezcla Densa En Frío Mezcla Abiertas En Frío

CRL-1 CRL-1h CRM

Mín Máx Mín Máx Mín Máx

Viscosidad SB a 25°C s

E-763 - 200 - 100 - -

SB a 50°C s - - - - 20 450

Contenido de Agua en Volumen

% E-761 - 43 - 43 - 35

Estabilidad de almacenamiento

% E-764 - 5 - 5 - 5

Destilación Contenido de asf. Resid. %

E-762 57 - 57 - 60 -

Contenido de disolventes % - - - - - 12

Tamizado

% E-765 - 0.1 - 0,1 - 0,1

Rotura

Dioctisulfosuccionato sódico

% E-776 - - - - - -

Mezcla con cemento % E-770 - - - 2 - -

Carga de partícula

E-767 Positiva

Positiva Positiva

pH

E-768 - - - - - 6

Recubrimiento del agregado y resistencia al desplazamiento

Con agregado seco

E-769

- - - - Buena

Con agregado seco y acción del agua

- - - - Satisfactoria

Con agregado húmedo - - - - Satisfactoria

Con agregado húmedo y acción del agua

- - - - Satisfactoria

Ensayos sobre residuo de destilación Penetración (25°C,100gr,5s)

0,1 mm E-706 60-100 100-250 60 100 100 250

Ductilidad (25°C,5cm/min)

cm E-702 40 - 40 - 40 -

Solubilidad en tricloroetileno

% E-713 97 - 97 - 97 -


117

Figura 7.41. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío metodología INVIAS


118

Figura 7.42. Diagrama de flujo diseño de mezclas densas en frío metodología IDU


119

7.2.4. Obtención de la fórmula de trabajo para mezclas abiertas en

frío

7.2.4.1. Metodología Método Instituto Nacional de Vías – INVIAS (Artículo 441-07)

El método establecido por el IVIAS, parte de la estimación de un contenido óptimo

de ligante, usando métodos basados en la superficie especifica del agregado. A

partir de esta determinación, con proporciones por arriba y por debajo se elaboran

mezclas para someterlas a ensayo de cubrimiento y desplazamiento (INV E-769),

de los resultados se define el porcentaje de emulsión asfáltica en relación con el

peso de agregado seco.

7.2.4.2. Método Instituto De Desarrollo Urbano – IDU (ET-sección 552-11)

Al tratarse de una mezcla abierta, el método busca determinar el porcentaje de

asfalto óptimo que proporcione un porcentaje de vacíos mayor o igual al 10%.

En la Figura 7.43, se muestra de manera sintetizada el diagrama de flujo

correspondiente al procedimiento establecido por IDU ET-552-11.

La metodología contempla el desarrollo de una fórmula de trabajo que incluya por

lo menos:

Granulometría de la mezcla.

Porcentaje óptimo de ligante asfáltico residual y emulsión en relación al

peso de la mezcla.

Porcentaje de aditivos (cuando sea necesario).

Los tiempos de mezclado.

La resistencia a la compresión inconfinada.

La densidad máxima correspondiente a la densidad de diseño.


120

Figura 7.43. Diagrama de flujo diseño de mezclas abiertas en frío metodología IDU


121

7.2.5. El futuro de las mezclas asfálticas para capas estructurales en

Colombia.

Aunque la responsabilidad de Colombia en la producción de gases de efecto

invernadero es mínima, debido a que es un país en desarrollo, se deben buscar

alternativas en la infraestructura vial, donde se cuenten con materiales que

satisfagan las necesidades de las entidades gubernamentales, constructores y

usuarios utilizando los recursos disponibles con criterios de sostenibilidad

económica, social y ambiental.

Buscando tal fin, entidades gubernamentales como el Instituto Nacional de Vías-

(INVIAS) y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), tienen especificada la

elaboración, transporte, colocación y compactación de mezclas asfálticas en frío. El

INVIAS las incluyo dentro de las especificaciones del año 2007 y el IDU en las del

año 2011. Aunque, como se mencionó anteriormente, Colombia cuenta con los

materiales bituminosos y granulares adecuados para realizar proyecto de

pavimentación con mezcla asfálticas en frío, como los pocos que se han realizado

desde hace más de diez años, la técnica no ha tenido una significante acogida entre

los productores y constructores.

Ahora bien, es bien sabido que en Colombia la mayoría de los grandes

constructores de vías también son propietarios de plantas de mezcla asfálticas en

caliente, las cuales adquirieron a un costo elevado en el exterior. Por lo tanto, se

piensa que la falta de interés de ellos en la tecnología en frío, esta soportada en la

necesidad obtener el mayor provecho a una técnica más conocida, menos exigente

y de la cual cuentan con todos los equipos.

Por otra parte, el costo de las mezclas asfálticas en frío es inferior en comparación

con las mezclas en caliente. Aunque, la materia prima que se requiere para fabricar

un kilo de mezcla asfáltica en frío resulta un 39% más costosa que la empleada en

la fabricación de un kilo de mezcla en caliente, por el costo de la emulsión y los

mejoradores de adherencia que se utilizan, el costo de producción se puede llegar a

reducir en un 50% en comparación con una mezcla en caliente, dado a que no

demanda calor para la fabricación y la energía mecánica solicitada es menor.

Además, el costo de una planta de producción de mezcla en frío puede llegar a ser

cuatro veces menor que la planta de mezclas en caliente. Asimismo, los equipos

usados para la extensión y compactación de la mezcla en caliente son los mismos

para las mezclas en frío.

Ahora bien, aunque en Colombia existen muy pocas empresas productoras de

mezclas asfálticas que cuentan con la infraestructura necesaria para fabricar


122

mezclas asfálticas en frío, las entidades gubernamentales y la academia son

optimistas en su proceso de auge, dado que es claro que las técnicas en caliente

tienden a desaparecer, no solo por problemas ambientales sino también porque la

tecnología en frío está mostrando ventajas en la trabajabilidad y desempeño

mecánico y funcional semejantes a un menor costo.


123

8. CONCLUSIONES

Las mezclas asfálticas en frío producidas con emulsión asfáltica y pétreos nuevos

tienen una significativa aceptación a nivel mundial y local, pues son amigables con

el ambiente, dado a los bajos consumos de energía y bajas emisiones de gases en los

procesos de fabricación y puesta en obra respecto a la tecnología en caliente.

Asimismo, con los estudios internacionales revisados en el presente trabajo, se ha

demostrado que mecánica y económicamente las mezclas densas en frío funcionan

como capas de rodadura en vías de bajos, medios y hasta altos (preferiblemente

modificadas) niveles de tráfico, lo que va más allá de la idea infundada que era un

material usado únicamente para bacheo.

El envejecimiento del asfalto es un fenómeno inevitable, que va causando la dureza

y la fragilidad del mismo. En las mezclas asfálticas en frío este se presenta como

una ventaja, debido a que se da a una tasa menor que en las mezclas en caliente,

por presentar en menor nivel o no presentar algunos de los factores que

contribuyen al envejecimiento. Como es el caso de la oxidación, donde al no

requerir altas temperaturas en los procesos de fabricación y puesta en obra de las

mezclas asfálticas en frío, estas van a presentar menor deterioro prematuro.

Los métodos de diseño de las mezclas en frio estudiados tienen como fin encontrar

un contenido de asfalto que proporcione una resistencia que soporte las

solicitaciones de carga y las condiciones climáticas sin presentar deformaciones

permanentes excesivas o agrietamiento por fatiga, lo cual resulta similar para las

mezclas en caliente. La diferencia se evidencia en los ensayos de laboratorio que se

deben realizar, teniendo en cuenta que se debe garantizar un cubrimiento y una

adhesión entre el agregado y el ligante, teniendo en cuenta la presencia de agua de

la emulsión asfáltica o la requerida para la preenvuelta.

En el proceso de puesta en obra de una mezcla asfáltica en frío debe tener especial

cuidado en las etapas de compactación y curado. No se debe empezar a compactar

hasta no estar seguros que la mezcla comenzó o está a punto de romper, debido a

que si se hace de manera prematura se presentaran deformaciones permanentes o

deslizamientos y si se hace de manera tardía no se podrá garantizar la adhesión en


124

la mezcla. Asimismo, para las mezclas asfálticas en frío, se requiere un control en el

curado de la mezcla, con el fin de avalar una resistencia en la mezcla mientras se va

evaporando la humedad y los solventes de la misma.

Respecto a las cifras del consumo en Europa y otros países del mundo de mezclas

asfálticas en frío presentadas por la EAPA, se ha visto que a lo largo de las últimas

décadas Francia ha liderado el consumo en Europa y para América los mayores

productores han sido Estados Unidos y México, lo cual está acorde con las cifras de

mayores productores en estos dos continentes.

La normativa internacional y nacional revisada para mezclas abiertas en frío es

variable, principalmente porque el espectro de usos con el cual están concebidas

las mezclas en frío es amplio. Por lo tanto, al querer evaluar la viabilidad de ellas, se

debe tener en cuenta parámetros como la diferencia de materiales granulares que

se encuentran en cada país, el uso de la mezcla, el nivel de trafico al cual va estar

expuesto y las condiciones climáticas.

En Colombia, aunque las mezclas asfálticas en frío están normalizadas, son viables

económica y mecánicamente y han sido usadas desde hace más de dos décadas, se

puede decir que el consumo año a año ha permanecido constante. Se piensa que

esta técnica no ha mostrado una evolución significativa en el consumo por el

desconocimiento de la técnica por parte de los productores y constructores, que

prefieren permanecer en un ámbito conocido y menos exigente como es la

tecnología en caliente.


125

9. RECOMENDACIONES

En las mezclas asfálticas en frío es necesario garantizar una buena compatibilidad

entre el pétreo y el ligante, para asegurar la adherencia, que se reflejara en el

desempeño a lo largo de la vida útil del material; el primer paso para esto es llevar

a cabo una completa caracterización de los materiales granulares y bituminosos

que conformaran la mezcla.

Es de vital importancia lograr un óptimo control de calidad de las mezclas asfálticas

en frío, principalmente en los procesos de fabricación y puesta en obra,

implementando los ensayos establecidos por la normativa y haciendo seguimientos

puntuales y continuos de los procesos críticos, respectivamente.

Como en otras técnicas, es recomendable en cada proyecto construir un tramo de

prueba, con la mezcla asfáltica en frío que se usara como capas de rodadura, no solo

con el fin de encontrar la combinación de equipos más adecuada y su respectiva

frecuencia de uso dentro del proceso constructivo de la estructura de pavimento;

sino también para evaluar su desempeño del material.

Es necesario que las entidades estatales continúen con su esfuerzo de incentivar a

productores y constructores a implementar el uso de nuevas tecnologías, como la

tecnología en frío, que son ambiental y económicamente viables y muestran un

similar desempeño que la tecnología en caliente.

Para futuros estudios, es importante enfocarse en la caracterización y desempeño

de mezclas asfálticas en frío fabricadas a partir de materiales locales, en los cuales

se pueda obtener parámetros como la fatiga, con el fin de realizar diseños de

estructuras de pavimentos acorde a los materiales a usar.


126

10. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

1. Unidas, Naciones. Convención marco de las Naciones Unidas sobre el cambio

climático. 1992.

2. Rodríguez, Rogelio, Castaño, Victor Manuel y Miguel, Martinez. Emulsiones

Asfálticas. Sanfandila, Qro : Instituto mexicano del transporte, 2001.

3. Elsamex. Emulsiones. Tecnología de pavimentos asfálticos. Madrid : s.n.

4. Castaño Meneses, Víctor Manuel , Martínez Madrid, Miguel y Rodríguez

Talavera, Rogelio. Emulsiones Asfálticas. Sanfandila, Qro : Secretaría de

comunicaciones y trasnportes - Instituto Mexicano del Transporte, 2001. 23.

5. Asphalt Institute, Ashalt Emulsión Manufacturers Association. Manual

Básico de Emulsiones Asfálticas. Vol. Manual Series No.19. Manua series No. 19.

6. MOBIL, ASFALCHILE -. Catalogo Pavimentación - 5 Aplicaciones.

7. Guevara Palma, Marlon R, Mendez Delgado, Hosni A y Pimentel Gomez, Juan

C. DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS DENSAS EN FRÍO BASADO EN ELMETODO

MARSHALL MODIFICADO DE LA UNIVERSIDAD DE ILLINOIS. Santa Ana :

Universidad del EL Salvador, 2010.

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