ÍNDICE

MEZCLAS ASFÁLTICAS TIBIAS

Introducción……………………………………………………………………....02

1. Definición……..………………………..…………………...……………….....03

2. Ventajas de la mezcla asfáltica tibia………………………..…..……………......03

3. Tecnologías que producen mezcla asfáltica tibias……………………………......05

3.1 Procesos de espumación…………...……...……………………...…....…......05

3.1.1 Método Directo………………………….……………………………......06

3.1.2 Método Indirecto: Zeolita..………..……..…………...……………...…......06

3.2 Aditivos orgánicos (uso de ceras) ……..………….….……………..………......06

3.2.1 Ceras Fischer- Tropsch……..…………….………………..…………......07

3.2.2 Amidas amidas acidas grasas………,,…..……..…………………………...07

3.2.3 Ceras de Montana……...…..…….....…….....………………………......07

3.3 Aditivos químicos……………………...…...…………………………….......07

3.3.1 Emulsificantes …...…..………….……..……………………………......07

3.3.2 Tensoactivos ………..…………..……..……………………………......08

4. Procedimientos y métodos para producir mezclas tibias ……..…………...…......09

4.1 Sistemas mediante el uso de aditivos……….……..…………………………......09 4.2 Sistemas a base de espuma (1/3) –Zeolita……..…………………...…………......10 4.3 Sistemas a base de espuma (2/3) –LEA…………………………….…………......11 4.4 Sistemas a base de espuma (3/3). Planta de Doble Tambor…...………...…..…….....11 4.5 Sistema de doble envuelta – Shell WAM foam…………………........…………......12 4.6 Sistema basado en emulsión…….………….……..…...………..…………......13

5. Comparación entre mezclas asfálticas tibias y mezclas asfálticas calientes...........14

Conclusión……………………..………….……..……………..………….........15

Bibliografía……………………..………….……..……………..……………......15INTRODUCCIÓN

1

Las mezclas asfálticas tibias son elaboradas, extendidas y compactadas a temperaturas sensiblemente

inferiores a las utilizadas en la pavimentación con concretos asfálticos convencionales, exigiéndose que sus

características y su comportamiento en servicio sean iguales o superiores a los de estas.

La reducción de las temperaturas de trabajo es del orden de entre 20 y 55 ºC, pudiendo lograrse con

diferentes tecnologías, entre ellas se dispone de aditivos orgánicos, de agentes que aportan agua, de

sistemas emulsificados, o bien por medio de procesos que incorporan asfalto espumado en planta. También

se los distingue como procesos en base acuosa o sin base acuosa. Existen técnicas que permiten reducir

ambas temperaturas de elaboración y compactación, o bien mejorar solamente la compactación sin una

notable reducción de la temperatura de elaboración. La importante disminución en las temperaturas en estas

mezclas, reduce los costos de energía y las emisiones a la atmósfera, mejorando a su vez la eficiencia de los

procesos de pavimentación desde todo punto de vista. Con las mezclas tibias se reducen considerablemente

las emisiones de CO2, NOx, polvos y aerosol orgánico.

Entre las ventajas asociadas, se encuentran las ambientales (reducción de energía en la elaboración de las

mezclas y en la emisión de gases), las constructivas (mayor flexibilidad en el extendido y compactación), las

relacionadas con la salud (reducción de emisiones de gases tipo VOC y de riesgos para personal de obra). En

cuanto a la durabilidad, la reducción de temperaturas implica un menor envejecimiento del ligante durante las

etapas de elaboración, transporte y ejecución de la mezcla, por lo que cabría esperar un comportamiento a

largo plazo al menos igual al de las mezclas aplicadas con técnicas convencionales.

Los principales avances, corresponden a experiencias realizadas en Europa desde hace alrededor de varios

años, siendo sus principales precursores Noruega, Alemania y Francia. El estudio de estas mezclas en

laboratorio y a corto plazo en campo, demuestra que las mezclas tibias poseen un comportamiento igual o

superior al de las mezclas convencionales. Aún no se han obtenido resultados concluyentes a largo plazo

debido a su reciente empleo.

Basadas en antecedentes europeos, distintas agencias viales de Estados Unidos han comenzado a aplicar

estas tecnologías en sus estados desde el año 2008.

Las características de éstos tipos de tratamiento de mezclas asfálticas en tibio, así como sus ventajas,

técnicas y procedimientos de uso, se describen el presente trabajo.

2

MEZCLAS ASFÁLTICAS TIBIAS

1. DEFINICIÓN

Las mezclas asfálticas tibias (MAT o Warm Mix Asphalt, WMA) son un conjunto de tecnologías desarrolladas en Europa durante el Tratado con Kyoto y la Comunidad Económica Europea en 1997, como una respuesta los gases del efecto invernadero.El término Mezcla Asfáltica Tibia hace referencia a la variedad de tecnologías que permiten bajar las temperaturas de trabajo de las mezclas asfálticas en caliente, tanto en su etapa de producción en planta como en la etapa de extendido y compactación en la vía. El uso de la tecnología de mezcla asfáltica tibia permite bajar las temperaturas de producción y compactación entre 20 y 50 °C.Esta reducción debe ir acompañada del logro de una calidad adecuada de las mezclas procesadas a menores temperaturas.

2. VENTAJAS DE LA MEZCLA ASFÁLTICA TIBIA

Hoy en día se pueden enmarcar ciertas ventajas de las mezclas asfálticas tibias frente a las mezclas en caliente:

Tiene la misma resistencia y calidad. Ahorro de energía, mezclado y compactación. Menor oxidación del asfalto. Usa las mismas especificaciones. Menor desgaste de los elementos mecánicas de la planta. La mezcla se puede transportar a mayor distancia. Facilita la extensión y compactación de la mezcla. La pavimentación se puede realizar con un clima más frío. Disminución de los gases de efecto invernadero. Mejores condiciones de trabajo de los operarios. Puede usar las plantas existentes para la fabricación de puestas en caliente.

La reducción de las temperaturas en las mezclas asfálticas, brindan enormes beneficios:

•Reducción en el uso de combustibles para la producción de mezclas asfálticas.•Facilidad en la compactación de pavimentos asfálticos.•Incremento en el uso de pavimentos reciclados (RAP) dentro de las mezclas.•Mejor ambiente de trabajo para los operarios en sitio.• Reducción de humos, olores de la fabricación y puesta de obra. •Eliminación del envejecimiento prematuro del ligante asfáltico. •Permite una apertura más rápida al tránsito después de la compactación.

El asfalto espumado se ha transformado en una excelente alternativa para la conservación de pavimentos asfálticos (reciclado) y construcción de caminos económicos (estabilización de caminos sin pavimentar),

3

debido, principalmente, a su buen comportamiento, facilidad de construcción, compatibilidad con un amplio rango de tipos de agregados y ventajas energéticas.Por lo que una alternativa al uso de las mezclas asfálticas tradicionalmente utilizadas en algunos países, es la implementación de este tipo de mezclas asfálticas tibias; donde con algunas modificaciones en las plantas de producción existentes es posible obtener mezclas asfálticas que brindarían grandes beneficios y una importante reducción en los costos.

Reducción de las temperaturas de colocación y compactación.

Izquierda: extendido de mezcla en caliente. Derecha: extendido de mezcla tibia

4

3. TECNOLOGÍAS QUE PRODUCEN MEZCLA ASFÁLTICA TIBIA

Existen diferentes metodologías para volver tibia una mezcla asfáltica. Las cuales se presentan en el siguiente esquema:

Esquema de las distintas tecnologías tibias.

Dichas técnicas se separan en cuatro categorías definidas como:

•Reducción de la viscosidad utilizando aditivos orgánicos.•Asfaltos espumados.•Tecnologías con bases acuosas.•Uso de aditivos químicos (emulsiones).

3.1 PROCESOS DE ESPUMACIÓN

Se basa en el uso de pequeñas cantidades de agua que se inyectan directamente en el ligante asfáltico o con los áridos en el tambor de mezclado. Cuando el agua entra en contacto con el bitumen caliente, las altas temperaturas provocan su evaporación, y el vapor queda atrapado dentro de la matriz del betún. Lo anterior genera un volumen de vapor, que incrementa de manera temporal el volumen de del ligante y disminuye su viscosidad, con lo cual facilitando la envoltura de los áridos y la trabajabilidad de la mezcla a menores temperaturas de calentamiento del material.

Tipos del proceso de espumación

5

Procesos de espumaciónDirectos

Indirectos

Ceras Fischer-Tropsch

Ceras de Amidas Ácidas Grasas

Ceras Montana

Aditivos químicos

Aditivos orgánicosTecnología

Emulsificantes

Tensoactivos

3.1.1 Método Directo

Es básicamente el proceso de inyectado de agua en la mezcla.

3.1.2 Método Indirecto: Zeolita

Zeolita Natural

Las zeolitas son cristales de alta porosidad y canales submicroscópicos que se componen fundamentalmente silicio, aluminio y oxígeno. Los canales submicroscópicos contienen agua, la cual se libera de la estructura ante el aumento de la temperatura (ebullición a altas temperaturas) provocado por la adición del betún, causando el efecto de micro-espumación en la mezcla asfáltica.

Estructuralmente las zeolitas son sistemas de aluminosilicatos que se basan en infinitésimas redes tridimensionales de tetraedros de AlO4 y SiO4, unidos unos a otros mediante los oxígenos que comparten.

Es por lo tanto evidente que dentro de la estructura porosa de la zeolita, puede existir agua “almacenada”. Entre las moléculas polares de agua y el sistema de entramado de la zeolita fuerzas dipolares actúan de un lado. Por otro lado moléculas de agua situadas alrededor en lugares cristalográficos actúan como disolvente de los cationes de la estructura exterior de la zeolita, formada por cationes tales como Li+, Na+, K+, que dependen de la distribución de cargas del entramado.

3.2 ADITIVOS ORGÁNICOS (USO DE CERAS)

Esta tecnología se basa en la adición a la mezcla de distintos tipos de ceras, que mejoran la trabajabilidad del ligante debido a una combinación de efectos de disminución de la viscosidad y lubricación, tanto en las temperaturas de mezcla, como de compactación.

Por encima del punto de fusión de las ceras, se produce un decrecimiento de la viscosidad del ligante. Durante el periodo de enfriamiento de la mezcla extendida los aditivos se solidifican en partículas microscópicas y uniformemente distribuidas que incrementan la dureza del ligante.

Las ceras usadas son moléculas formadas por cadenas hidrocarbonadas que se funden a temperaturas entre los 80 y los 120 °C, modificando las propiedades del ligante. El punto de fusión depende en gran medida de la longitud de la cadena de carbonos (C45 o mayor). Se dosifican habitualmente entre un 2 y 4% de cera del total de la masa del ligante.

6

Actualmente, existen tres tipos de ceras utilizadas para conseguir la reducción de la viscosidad:

3.2.1 Ceras Fischer-Tropsch

Obtenidas a partir un proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos a partir de gas de síntesis, el cual es un combustible gaseoso obtenido a partir de sustancias ricas en carbono (hulla, carbón, coque, nafta, biomasa) sometidas a un proceso químico a alta temperatura. Contiene cantidades variables de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2).

3.2.2 Amidas acidas grasas

Las ceras conocidas como amidas ácidas grasas se caracterizan por ser producidas sintéticamente mediante la reacción de amidas con grasas ácidas. Una amida es un compuesto orgánico que consiste en una amina unida a un ácido carboxílico convirtiéndose en una amina ácida (o amida).

3.2.3 Ceras de Montana

La cera Montana es también conocida como la cera de lignito o la cera OP. Es una cera dura obtenida por

extracción con disolventes de determinados tipos de lignito o carbón pardo. Hay muy pocos yacimientos comercialmente, entre ellos en Alemania, y en la cuenca del Ione, California.

3.3 ADITIVOS QUÍMICOS

Los aditivos químicos son productos que no dependen de ningún proceso de espumación o de reducción de la viscosidad para reducir las temperaturas de mezclado y compactación. En lugar de eso estos productos generalmente incluyen una combinación de modificadores del asfalto que mejoran la envuelta de los áridos por el ligante, la trabajabilidad y compactación de la mezcla, así como promotores de adhesión ligante-agregado.

Tipos de Aditivos Químicos

Los dos tipos de clasificación encontrados en la literatura son los emulsificantes y los tensoactivos:

3.3.1 Emulsificantes

Estos productos generalmente incluyen una combinación de agente emulsificantes, surfactantes, polímeros y aditivos para mejorar la envuelta, la trabajabilidad de la mezcla, y la compactación, así como promotores de adhesión (agentes cohesivos). La cantidad añadida y la reducción de temperatura conseguida por estas tecnologías dependen del producto específico utilizado. Los aditivos generalmente se mezclan con el ligante antes de que éste sea introducido en el tambor de mezclado.

Su uso se ha extendido sobretodo en USA, pero también en países europeos como Francia y Noruega. La reducción de temperatura se mueve en rangos que van desde los 15‐30˚C conseguidos por REVIX® a los 50‐75˚C supuestos para Evotherm ET.

7

A pesar de que estos productos son los más nuevos, razón por la cual la investigación acerca de estos es mínima. Sin embargo, los resultados prometedores que hasta ahora se han obtenido permiten pensar en ellos como una fuerte alternativa.

Entre los resultados y limitaciones se tiene lo siguiente.

Se requieren algunas modificaciones en la planta para adicionar la emulsión a la mezcla. Es indispensable realizar modificaciones en el diseño de la mezcla asfáltica en el laboratorio. El emulsificante se adiciona a una tasa aproximadamente de 5% por peso de asfalto antes de

mezclarse con el agregado.

3.3.2 Tensoactivos

Los aditivos basados en tensoactivos ayudan al buen recubrimiento de los áridos reduciendo la tensión superficial árido-bitumen, disminuyendo el ángulo de contacto entre el ligante y el árido. También actúan como lubricantes mejorando la trabajabilidad de la mezcla.

Mejora del ángulo de contacto mediante el uso de tensoactivos

4. PROCEDIMIENTOS Y MÉTODOS PARA PRODUCIR MEZCLAS TIBIAS

Las tecnologías para producir mezclas asfálticas se pueden clasificar de varias maneras. La imagen, muestra una clasificación de producción de mezclas asfálticas por gradiente calorífico y van desde frio hasta caliente. La gama de temperaturas es amplia y van desde 0°C a 30°C es decir temperatura ambiente hasta lograr los 180°C .en producción.

8

Rangos de temperatura para producción de Mezclas asfálticas

4.1 Sistemas mediante el uso de aditivos.

• Principio – Adicionar al ligante un modificador de la viscosidad, frecuentemente se utilizan ceras. – Se debe agregar en la planta de mezcla o directamente al ligante (esta es la mejor solución), debido a

la homogeneidad que se requiere de mezclado entre el asfalto y el aditivo.

• Resultados – Fácil de utilizar, no es necesario inversiones ni modificación de la planta – Temperatura de mezcla de 130-140°C, – Reducción de la temperatura limitada. – Se mejora la trabajabilidad en la mezcla. – Puede mejorar la resistencia al ahuellamiento.

• Sistemas utilizados – Shell S-Grades – Sasobit ®, Licomont, Asphaltan

Apariencia del aditivo granulado. Sasobit

9

4.2 Sistemas a base de espuma (1/3) - Zeolita

• Principio – Añadido a los agregados a 130°C, – El agua se agrega en forma de vapor – El betún se espuma incrementando su volumen

• Aluminosilicatos sintéticos húmedos – Red de silicatos con grandes espacios vacíos – Agua encapsulada, alrededor del 20% de agua cristalizada.

• Resultados – Uso de un alimentador adicional en la planta de mezcla.– Temperatura de mezcla alrededor de 130°C

Sistemas. Aspha-Min ® de Eurovia

Estructura de la zeolita, bajo microscopio.

4.3 Sistemas a base de espuma (2/3) – LOW ENERGY ASPHALT‖ (LEA)

• Principio – Uso de arena húmeda a temperatura ambiente.

10

– Un aditivo en el ligante.– Agua lanzada como espuma de betún. • Resultados – Necesidad de un control preciso del contenido de agua – Introducción de los agregados en 2 etapas – Temperatura de mezcla sobre 100°C

• Sistemas. LEA ® de Fairco & Eiffage para ―Low Energy Asphalt‖

Fases para producir mezcla tibia tecnología LEA

4.4 Sistemas a base de espuma (3/3). Planta de Doble Tambor

• Principio – El betún es introducido directamente como espuma en el tambor de mezcla – El incremento del volumen del betún asegura la envuelta de los agregados • Resultados – Planta de mezcla especial con doble barril y unidad de espuma – Reducción de la temperatura de 10°C a 30°C.

• Sistemas. Double-Barrel ® green from Astec.

Sistema de inyección del asfalto en forma de espuma

11

4.5 Sistema de doble envuelta – Shell WAM foam.

Fue desarrollado en 1997 • Principio – Un betún blando con una viscosidad baja para en primer lugar, envolver los agregados. – Y un betún duro en forma de espuma para recubrir la parte superficial. • Resultados – Reducción de temperatura de hasta de 60°C– Similar desempeño que una mezcla asfáltica en caliente.

Sistema de doble envuelta – Shell WAM foam

12

EscapeLa cámara interna seca el agregado virgen

La cámara externa aislada calienta y mezcla el pavimento asfáltico recuperado (RAP, por sus siglas en inglés)

Se descarga el RAP y la mezcla de agregado en un mezclador/ revestidor de dos ejes con líquido CA

La producción de un mezclador de RAP doble de Astec oscila entre los 200 y 500 tph (de 180 a 450 toneladas por hora)

4.6 Sistema basado en emulsión.

Principio. - Emulsión con un emulsificante especial.

Resultados – Reducción de la Temperatura de 50 a 75°c

Sistemas. Evotherm ® de Meadwestvaco

Etapas para producir mezcla tibia basada en emulsión

13

5. COMPARACIÓN ENTRE MEZCLAS ASFÁLTICAS TIBIAS (MAT) Y MEZCLAS ASFÁLTICAS CALIENTES (MAC).

Prueba de comparación en la descarga de mezclas asfálticas: a la izquierda una MAC y a la derecha una MAT.

Según estudios recientes realizados en Estados Unidos y algunos países de Europa, fue posible determinar:

•Reducción de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) en comparación con mezclas asfálticas calientes.•Reducción las temperaturas de colocación y compactación en comparación con las temperaturas convencionales.•Se obtienen resistencias al daño por humedad a la tensión diametral similares.•Presenta una mayor resistencia al fisuramiento por temperatura que las MAC.•Mayor flexibilidad en la colocación y compactación de la MAT.•Menores velocidades de enfriamiento, lo que permite distancias más largas de transporte.•Las MAT pueden colocarse en climas fríos o en las noches donde baja más la temperatura del ambiente.

14

CONCLUSIÓN

En conclusión, podemos afirmar que las mezclas asfáltica tibias ofrecen una gran solución para minimizar el

impacto medioambiental que generan la emisión de gases debido a la combustión y calentamiento de

materiales .En el mundo hay una gran variedad de tecnologías con las cuales se pueden producir mezclas

tibias.

Las mezclas asfálticas tibias son elaboradas, colocadas y compactadas a temperaturas inferiores a las

convencionales.

La irrupción de las mismas en el escenario vial responde a una necesidad de dar respuesta a reclamos

ambientales, y a la búsqueda de procesos de pavimentación eficientes desde todo punto de vista. En efecto,

las mezclas tibias reducen considerablemente la emisión de CO2 en el proceso de producción con los

beneficios que esta medida representa.

Los principales avances, corresponden a experiencias llevadas a cabo en Europa y EEUU.

Asimismo existen otras interesantes ventajas, entre las que se destacan: la disminución del envejecimiento o

rigidización prematura del asfalto por la planta asfáltica, la reducción del riesgo de segregación térmica, la

disminución de las temporadas de veda en climas fríos, la mejora en los tiempos para la compactación del

material, el mayor empleo de RAP en mezclas recicladas, la mejora de las condiciones de trabajo, etc.

BIBLIOGRAFÍA

15