7.1 Pavimentos Especiales- Pav. Espumados

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– PAVIMENTOS ESPECIALES

INTRODUCCION El trabajo constituye un resumen de una amplia revisión bibliográfica del asfalto espumado (también conocido como asfalto celular) y de las mezclas en las que forma parte. El trabajo incorpora las principales aplicaciones de esta tecnología y consideraciones generales para el trabajo con asfalto espumado en la estabilización de suelos y reciclado de pavimentos asfálticos. El asfalto espumado es una técnica relativamente nueva en su uso y permite producir mezclas asfálticas de un modo muy diferente a los sistemas tradicionales. La mezcla íntima que se produce entre asfalto y agregado es también diferente, pero sin embargo, este tipo de mezclas tiene un comportamiento estructural similar a una mezcla tradicional. Las mezclas con asfalto espumado presentan ventajas especiales frente a mezclas tradicionales, entre éstas las más importantes son las del tipo energéticas y ambientales. Desde el punto de vista constructivo, el empleo de técnicas modernas especialmente desarrolladas para este tipo de aplicación, le confiere ventajas adicionales en comparación a otro tipo de técnicas constructivas; específicamente admite mayor tolerancia en la especificación de agregados y los procesos constructivos pueden ser de muy alto rendimiento. El asfalto espumado puede ser usado como un agente estabilizador con una variedad de materiales que van desde gravas chancadas de buena calidad hasta suelos marginales con plasticidad relativamente alta y también en materiales asfáltico reciclados. Las mezclas con asfalto espumado pueden ser confeccionadas tanto en terreno como en una planta central.

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OBJETIVOS: Obtener conocimiento sobre los los conceptos, aplicación del asfalto espumado. espumado. Conocer parámetros de diseño representativos y fieles al comportamiento de bases tratadas con asfalto espumado.  

ASFALTO ESPUMADO I.

ORIGEN DEL ASFALTO ESPUMADO

El primer investigador en detectar la potencialidad del uso del asfalto espumado en mezclas asfálticas fue el Profesor Ladis Csanyi, en la estación experimental de ingeniería de la Universidad estatal de IOWA en 1956, donde se utilizó un proceso de inyección de vapor para formar la espuma. Los primeros reportes de aplicaciones de asfalto espumado datan del año 1957 y corresponden a aplicaciones realizadas en una carretera estatal de Iowa (USA). En años posteriores se reportan varias otras aplicaciones, entre otras:  Arizona (USA) en 1960 y en Nipawin (Canadá) en 1962. Esta tecnología fue posteriormente mejorada por la organización Mobil Oil en 1968, al adquirir los derechos de la patente de invención del Profesor Ladis Csanyi y desarrollar la primera cámara de expansión que mezcla agua fría con asfalto para generar espuma, transformándose así en un proceso más práctico, económico y menos peligroso.

II.

DEFINICION

El asfalto espumado también conocido como asfalto celular es una técnica relativamente nueva que permite producir mezclas asfálticas con un comportamiento similar a una mezcla tradicional, pero que se diferencian en su estructura interna, las cuales hacen que tengan ventajas especiales. El asfalto espumado puede ser usado como un agente estabilizador con una variedad de materiales que van desde gravas chancadas de buena calidad hasta suelos marginales con plasticidad relativamente alta y también en materiales asfalticos reciclados. Las mezclas con asfalto espumado pueden ser confeccionadas tanto en terreno como en una planta central.

III. 

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PRODUCCION DEL ASFALTO ESPUMADO Se inyecta una pequeña cantidad de agua fría (1 a 2% del peso del del asfalto) a una masa de asfalto caliente (160°c  –  180°c), dentro de una cámara de expansión, generando así espontáneamente espuma. El agregado debe ser incorporado mientras el asfalto se encuentra en estado de espuma. En este proceso las gotitas del asfalto se aglutinan con las partículas más finas (especialmente con aquellas fracciones menores a 0.075mm), proceso que se denomina dispersión del asfalto. Esto resulta una pasta de filler y asfalto que actúa como un mortero entre las partículas gruesas.

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VENTAJAS: 

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Flexibilidad. La estabilización con asfalto produce un material con propiedades visco elásticas, que posee una flexibilidad mejorada y resistencia a la deformación. Facilidad de preparación. Un tanque se acopla a la recicladora y el asfalto caliente caliente es bombeado y esparcido mediante una barra rociadora, donde la espuma de asfalto es inyectada en la camara de mezclado. La estabilización con asfalto espumado requiere de un reducido consumo de energía en comparación con el método tradicional de mezcla en caliente. Se han medido ahorros de energía de más del 80% sobre los métodos tradicionales, en tramos experimentales de estabilización con asfalto espumado (para soluciones estructuralmente equivalentes). El uso del asfalto espumado reduce los costos de transporte. Para un mismo volumen de asfalto residual, el transporte del asfalto en forma de emulsión, requiere transportar adicionalmente un volumen adicional de 35 a 40% de agua. Menores costos en el proceso de manufactura. El material tratado permanece trabajable por ma-yores períodos de tiempo y puede ser usado en condiciones climáticas adversas.

  Velocidad para adquirir resistencia. El material puede inmediatamente después de ser colocado y compactado.

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transitado

DESVENTAJAS: 

El asfalto asfalto espumado requiere que el asfalto este caliente, generalmente sobre los 160°C. Frecuentemente esto requiere de instalaciones para calentar el mismo, y medidas especiales de seguridad.

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IV.

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Condición y tipo de material. El material saturado y pobre en la fracción fina (menor a 0,075 mm) no puede ser procesado con asfalto espumado sin un tratamiento previo o la adición de material nuevo. Los materiales granulares estabilizados con asfalto espumado sometidos a cargas repetidas de transito se encuentran bajo un efecto de densificación gradual, generando una deformación de la capa superficial del pavimento, haciéndolos propensos a una falla de ahuellamiento.

PROPIEDADES FISICAS

Volumen de Expansión Para calcular el volumen de expansión teórico de la espuma de asfalto en laboratorio, se requiere entender cómo se produce el intercambio energético dentro del sistema aguaasfalto-recipiente. Tamaño y Espesor Burbuja de Asfalto Para explicar la interacción física entre el vapor y el asfalto, se analiza una burbuja aislada de asfalto espumado. V. PROPIEDADES EMPIRICAS DEL ASFALTO ESPUMADO Razón de expansión. Es la relación entre el volumen de asfalto espumado y el volumen del asfalto original. Esta razón indica la trabajabilidad de la espuma y su capacidad de cubrimiento y mezclado con los agregados.

Vida media. Es el tiempo en segundos que se tiene para mezclar el asfalto espumado con los agregados antes de que colapsen la espuma.  A mayores temperaturas de espumado y mayor m ayor cantidad de agua a gua se incrementa la Razón de Expansión pero a su vez disminuye la Vida Media, sin embargo el mejor espumado es generalmente considerado como aquel que optimiza tanto la Razón de Expansión como la Vida Media. Para llevar a cabo dicha optimización es necesario graficar ambas propiedades en un mismo gráfico (Figura 2), para distintas cantidades de agua y temperaturas. En general no existen especificaciones estándar para optimizar estas propiedades, pero es recomendable aumentar levemente el valor óptimo de la Vida Media, a partir del punto de intersección, aún en desmedro de la Razón de Expansión.

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Estas dos propiedades mencionadas anteriormente dependen de factores como: Temperatura de asfalto. Dosis de agua inyectada. Presión bajo la cual el asfalto es inyectado en la la cámara de expansión. Uso de agentes antiespumantes. Viscosidad del asfalto. Tamaño del recipiente dónde estás propiedades son medidas.      

Factores como la temperatura del asfalto y la dosis de agua son los más importantes y se debe de tomar en cuenta que: A mayores temperaturas de espumado y mayor cantidad de agua se incrementa la RAZON DE EXPANSION como LA VIDA MEDIA. El mejor espumado es aquel que optimiza tanto tanto la RAZON DE EXPANSION y la VIDA MEDIA. Se recomienda una RAZON DE EXPANSION entre 8  – 5, y al menos 15 segundos de VIDA MEDIA. 

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VI.

PROPIEDADES MECANICAS DE LAS MEZCLAS DE ASFALTO ESPUMADO

Las propiedades mecánicas más utilizadas para caracterizar las mezclas de asfalto espumado son: CBR, Tracción Indirecta, Módulo Resiliente, Compresión no Confinada, Estabilidad Marshall y Resistencia a la Fatiga. Las propiedades mecánicas son susceptibles a la humedad, sin embargo existen ciertos aditivos como la cal o el cemento que reducen esta susceptibilidad (Castedo y Wood, 1983), al igual que elevados contenidos de asfalto, debido principalmente a la reducción de la permeabilidad.

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VII.

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APLICACIONES DEL ASFALTO ESPUMADO

Existen principalmente dos tipos de aplicaciones para el asfalto espumado, el reciclado en frío de pavimentos asfálticos y la estabilización de suelos. Reciclado en frío de pavimentos asfálticos Estabilización de suelos  

1. RECICLADO EN FRÍO DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS: Para realizar el reciclado en sitio se requiere de un equipo fresador-mezclador. Existen varios modelos y configuraciones para este tipo de equipos, pero en general todos poseen un tambor de fresado-mezclado similar al que se muestra en la Figura . 

Consiste en la recuperación del material de un pavimento asfáltico existente, el cual es mezclado con asfalto espumado, adiciones (cemento o cal) y agregados nuevos (si es necesario) para formar una base asfáltica que será colocada en el mismo lugar o en otro distinto. La recuperación puede ejecutarse mediante un equipo fresador capaz de disgregar el material o mediante métodos convencionales donde el proceso de disgregación ocurre con posterioridad a la recuperación. En general el material recuperado está formado no sólo por concreto asfáltico disgregado, sino también por agregados aportados por la base y subbase granular existente. 

En el caso del reciclado en planta con asfalto espumado, el pavimento asfáltico asfáltico es fresado, retirado y transportado hasta la planta, donde se incorpora el asfalto espumado y se homogeniza la mezcla. Luego la mezcla se transporta hasta el frente de trabajo, donde es extendida y compactada. Esta modalidad presenta ventajas importantes con respecto a otras alternativas de reciclado, entre ellas:

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La reducción significativa de las distancias de transporte, debido a que estas plantas, por su versatilidad, pueden ser instaladas muy próximas a los tramos de pavimento a reciclar. El mayor control de la calidad de la mezcla reciclada, ya que a diferencia del reciclado en sitio, estas plantas permiten un mejor control de la dosificación de la mezcla (%RAP). El material estabilizado con asfalto espumado en estado fresco parece no contener asfalto, debido a que las partículas de agregado grueso no son cubiertas totalmente y generalmente están libres de asfalto, sin embargo, una vez que se compacta la superficie se vuelve oscura y bien sellada. El proceso de curado inicial en sitio ocurre en el transcurso de pocas horas, permaneciendo la mezcla trabajable por varias horas, lo que permite que las tareas de construcción sean realizadas con equipos convencionales y que el pavimento pueda ser transitado el mismo día. La Figura 5 muestra una operación de reciclado en frío en sitio con asfalto espumado, mientras que la Figura 6 muestra una planta para reciclado con asfalto espumado.

FIGURA 5

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2. ESTABILIZACIÓN DE SUELOS: Consiste en la la estabilización de suelos de relativa baja plasticidad (IP