ASFALTO ESPUMADO

   5    º    N ASFALTO ESPUMADO "TECNOLOGÍA   o  Y APLICACIONES"   c    i   n   c    é    T   n    í    t   e    l   o    B

AGOSTO 2002

BOLETÍN TÉCNICO Nº 5   AGOSTO 2002 

 ASFALTO ESPUMADO  " TECNOLOGÍA Y APLICACIONES" 

INTRODUCCIÓN: El asfalto espumado, expandido o celular, es una tecnología relativamente reciente a pesar  que su uso se registra desde 1957. El asfalto espumado es una técnica que permite expandir  y mezclar el asfalto con diversos tipos de agregado para producir estructuras de pavimento de relativa alta capacidad de soporte y económicas. Esta tecnología se puede considerar como una aplicación alternativa a los otros tipos de aplicaciones de asfalto, mezclas en caliente y mezclas en frío (emulsiones asfálticas y asfaltos diluidos o cortados). La expansión del asfalto permite producir mezclas asfálticas de un modo muy diferente a los sistemas tradicionales. La mezcla íntima que se produce entre el asfalto y el agregado es también diferente, 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 las mezclas tradicionales, siendo las más importantes las de 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; especialmente admite mayor tolerancia en la especificación de agregados (Figura 1) 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. También puede ser usado para reciclar  materiales asfálticos (RAP). Las mezclas con asfalto espumado pueden ser confeccionadas tanto en terreno como en una planta central.

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TECNOLOGÍA DEL ASFALTO ESPUMADO 

CONCEPTOS BÁSICOS La tecnología del asfalto espumado ha evolucionado desde los años 60, en que la expansión del asfalto era un proceso inestable y poco práctico, hasta la tecnología actual, en que el proceso de espumado se produce en cámaras de expansión como la mostrada en la Figura 2. El proceso de expansión es básicamente un proceso físico de intercambio de calor: En la cámara de expansión se inyecta una pequeña cantidad de agua fría (1 a 2%) al asfalto caliente (160 - 180 C) . Se produce un intercambio de energía entre el asfalto y el agua, lo que eleva la temperatura de las gotas de agua hasta los 100 C, lo que se traduce en una expansión instantánea de vapor. Las burbujas de vapor son forzadas a introducirse en la fase continua del asfalto bajo la presión de la cámara de expansión, quedando encapsuladas. El asfalto junto con el vapor de agua encapsulado es liberado de la cámara a través de una válvula y el vapor de agua encapsulado se expande formando burbujas de asfalto contenidas por la tensión superficial de éste. La expansión se detiene cuando las fuerzas de tensión superficial del asfalto contrarrestan las presiones al interior de las burbujas (estado de equilibrio). A medida que la temperatura de la espuma se reduce, el vapor encapsulado se condensa causando el colapso de las burbujas y la desintegración de la espuma. La desintegración o colapso de la espuma produce miles de gotitas de asfalto las cuales al unirse, recuperan su volumen inicial sin alterar significativamente las propiedades reológicas del asfalto original. Para la producción de mezclas con asfalto espumado, el agregado debe ser incorporado mientras el asfalto se encuentra en estado de espuma. Al desintegrarse la burbuja en presencia del agregado, las pequeñas gotas de asfalto aglutinan las partículas más finas (especialmente la fracción menor a 0,075 mm), produciendo una mezcla de asfalto y agregado fino (dispersión del asfalto). Esto produce una pasta de filler y asfalto que actúa como un mortero entre las partículas gruesas.

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PROPIEDADES EMPÍRICAS DEL ASFALTO ESPUMADO Existen dos parámetros básicos que permiten caracterizar una espuma asfáltica: Tasa de expansión (Ex): Es la razón entre el volumen de asfalto espumado y el volumen del asfalto original. La tasa de expansión indica la trabajabilidad de la espuma y su capacidad de cubrimiento y mezclado con los agregados. Vida media (T1/2): Es el tiempo, en segundos que tarda el asfalto espumado en reducir su volumen a la mitad del volumen expandido. La vida media es un índice de la estabilidad de la espuma y da una idea del tiempo disponible para mezclar el asfalto espumado con los agregados antes de que colapse la espuma. La tasa de expansión y la vida media son propiedades que dependen de muchos factores, siendo los principales la temperatura del asfalto y la dosis del agua. A mayores temperaturas se mejoran las características de la espuma (mayor tasa de expansión y mayor vida media). Por otro lado, una mayor dosis de agua aumenta la tasa de expansión, pero reduce la vida media (ver Figura 3). Las características de una espuma asfáltica (Ex y T 1/2) no son medidas exactas, sino más bien órdenes de magnitud. En general, se recomienda una razón de expansión de 8 a 15, y al menos de 15 segundos de vida media. Cuando las características de espumado de un asfalto son extremadamente pobres (es menor a 5 y T 1/2 bajo 5 segundos) es difícil obtener una mezcla aceptable y en ese caso, es preferible emplear una asfalto de un origen distinto o incluir aditivos que mejoren la expansión.

VENTAJAS DEL ASFALTO ESPUMADO: La Principal ventaja del asfalto espumado en comparación con los métodos tradicionales de mezclado en caliente, son del tipo energético. 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 de 80 % sobre los métodos

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tradicionales, en tramos experimentales de estabilización con asfalto espumado (para soluciones estructuralmente equivalentes). La principal ventaja del asfalto espumado con respecto a las emulsiones asfálticas son del tipo técnico-económicas: - 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 de 35 a 40% de agua. - Menores costos en el proceso de manufactura. - El material tratado con asfalto espumado puede ser colocado, compactado y abierto al tráfico en un menor tiempo después del mezclado. - El material tratado permanece trabajable por mayores períodos de tiempo y puede ser  usado en condiciones climáticas adversas.  APLICACIONES DEL ASFALTO ESPUMADO 

RECICLAJE EN FRÍO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS: En la actualidad, una de las aplicaciones más importantes del asfalto espumado se encuentra en el reciclado de pavimentos asfálticos, el cual se puede realizar tanto en sitio como en planta. 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 4. En este tambor, el pavimento asfáltico y parte de la base granular son removidos de la superficie, triturados y mezclados con el asfalto espumado, el cual se inyecta directamente a través de varias cámaras de expansión individuales. El resultado es la producción de una mezcla que se utiliza como base asfáltica, de propiedades estructurales similares a una mezcla asfáltica en caliente, la que dependiendo del nivel de tráfico debe ser recubierta con una superficie de rodado, tal como un sello de agregados, una lechada asfáltica o una carpeta asfáltica. En el caso del reciclado en planta con asfalto espumado, el pavimento 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: - La reducción significativa de las distancias de su 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 terreno ocurre en el transcurso de pocas horas, permaneciendo la mezcla trabajable por varias horas, lo que permite que las tareas de

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construcción sean realizadas con equipos convencionales y que el pavimento puede ser  transitado el mismo día.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS: El asfalto espumado también se utiliza para estabilizar suelos marginales y producir bases asfálticas de bajo costo y características similares a una base asfáltica convencional. En este caso, la modalidad más utilizada es la estabilización en sitio, para la que se utiliza el mismo proceso descrito para el reciclado de pavimentos asfálticos en sitio. La estabilización para cada suelo en particular debe ser estudiada en forma independiente. Se debe conocer la granulometría, plasticidad, densidad y otras propiedades del suelo para diseñar el tratamiento más adecuado. Normalmente se requiere adicionar un porcentaje de cemento portland para incorporar material fino o aumentar la resistencia de la mezcla final. Una de las ventajas más importantes de la estabilización de suelos con asfalto espumado es su aplicabilidad en materiales granulares con un amplio rango de granulometrías, lo que permite estabilizar directamente en terreno varios tipos de suelos. (Figura 7).

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Editor General: Roberto Orellana López

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