Trabajo Monografico de Pavimentos _ Emulsiones

7/28/2019 Trabajo Monografico de Pavimentos _ Emulsiones

1/45

El objetivo de este trabajo es el

estudio de las caractersticas

importantes para la produccin

de las emulsiones asflticas en

agua que presenten una fcil

aplicacin y una mejor adhesincon el material ptreo que sirve

de substrato.

EMULSIONESASFALTICAS

Monografa para el curso de

Pavimentos

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

Trabajo de :

ANAYA ROJAS , Juan Abel A1

Revisado por:

VILA RAMOS, Jos Luis


2/45


3/45

1. EMULSION ASFALTICA

Los asfaltos provenientes de la refinacin del crudo de petrleo, son producidos enuna variedad de tipos y grados que van desde slidos duros y frgiles a lquidos pocoviscosos. EL asfalto empleado en pavimentacin para poder utilizarlo es necesario

fluidificarlo, bien sea calentndolo, diluyndolo o emulsionndolo. El tercer mtodogasta menos energa que el calentamiento directo y no produce contaminacin ambiental,ya que se evapora agua en lugar del solvente que se utiliza en la dilucin -asfaltado enfrio- el voltil presente en el asfalto a la temperatura de operacin -asfaltado encaliente-; constituye lo que denominamos una emulsin asfltica.

Una emulsin asfltica consiste en una fina dispersin de partculas de asfalto enagua. Las pequeas gotas de asfalto se mantiene uniformemente dispersadas en la faseacuosa gracias a la ayuda de un agente emulsificantesurfactante- que al rodear la gotaproporciona la repulsin necesaria para conservan la estabilidad del sistema hasta su uso.

2. COMPONENTES DE UNA EMULSION ASFALTICA

Una emulsin asfltica consiste de tres ingredientes bsicos: Asfalto, agua y unsurfactante. En algunas ocasiones, la emulsin puede contener otras aditivos, comoestabilizantes, mejoradores de recubrimiento, mejoradores de adherencia, o un agente decontrol de rotura. Los aspectos ms importantes, as como las caractersticas y/oespecificaciones que debe cumplir cada uno de estos componentes en la formulacin dela emulsin se detallan a continuacin.

2.1. Asfalto

2.1.1 Proveniencia del Asfalto

El asfalto es el elemento bsico en la preparacin de la emulsin, representado por elcemento asfltico, el cual constituye entre un 50 y un 75% de la emulsin. Algunas de suspropiedades afectan significativamente la emulsin final, sin embargo, no existe unacorrelacin exacta entre las propiedades del asfalto y la facilidad con que el asfalto puedaser emulsionado. En efecto, el asfalto es considerado un sistema coloidal complejo dehidrocarburos, en el cual es difcil establecer una distincin clara entre la fase continua yla dispersa. Las primeras experiencias para describir su estructura, fueron desarrolladaspor Nellensteyn en 1924, cuyo modelo fue mejorado ms tarde por Pfeiffer y Saal en1940, en base a limitados procedimientos analticos disponibles en aquellos aos.

El modelo adoptado para configurar la estructura del asfalto se denomina modelomicelar , el cual provee de una razonable explicacin de dicha estructura, en el cualexisten dos fases; una discontinua (aromtica) formada por los asfltenos y una continuaque rodea y solubiliza a los asfltenos, denominada maltenos. Las resinas contenidas enlos maltenos son intermediarias en el asfalto, cumpliendo la misin de homogeneizar ycompatibilizar a los de otra manera insolubles asfltenos. Los maltenos y asfaltenosexisten como islas flotando en el tercer componente del asfalto, los aceites.

1


4/45

Tabla No. 1 Cuadro comparativo entre los componentes del asfalto

ASFALTENOSCompuestos PolaresHidrocarburos Aromticos

Peso molecular mayor 1.000Precipitan como sustancias oscuraspor dilucin con parafinas de bajo

punto de ebullicin (pentano-heptano)

MALTENOSNo polaresHidrocarburosAlifticos msNaftnicosy AromticosPeso molecularhasta 1.000Medio continuo

En este mismo sentido, los asfaltos mas utilizados en el mundo hoy en da, son losderivados de petrleo, los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilacinindustrial del crudo. Representan ms del 90 % de la produccin total de asfaltos. Lamayora de los petrleos crudos contienen algo de asfalto, a veces casi en su totalidad.Sin embargo, existen algunos crudos, que no contienen asfalto.

En base a la proporcin de asfalto que poseen, los petrleos se clasifican en:

Petrleos crudos de base asfltica.Petrleos crudos de base parafnica.Petrleos crudos de base mixta (contiene parafina y asfalto).

El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines viales,por cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase discontinua, lo queda como resultado propiedades indeseables, tal como la prdida de ductilidad. Con loscrudos asflticos esto no sucede, dada su composicin.

El petrleo crudo extrado de los pozos, es sometido a un proceso de destilacin en elcual se separan las fracciones livianas como la nafta y kerosene de la base asflticamediante la vaporizacin, fraccionamiento y condensacin de las mismas. Enconsecuencia, el asfalto es obtenido como un producto residual del proceso anterior.

El asfalto es adems un material bituminoso pues contiene betn, el cual es unhidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El alquitrn obtenido de ladestilacin destructiva de un carbn graso, tambin contiene betn, por lo tanto tambines un material bituminoso, pero no debe confundirse con el asfalto, ya que suspropiedades difieren considerablemente. El alquitrn tiene bajo contenido de betn,mientras que el asfalto est compuesto casi enteramente por betn, entre otroscompuestos.

El asfalto de petrleo tiene las mismas caractersticas de durabilidad que el asfaltonatural, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado hasta una condicinuniforme, libre de materias orgnicas y minerales extraos.

El crudo de petrleo es una mezcla de distintos hidrocarburos que incluyen desdegases muy livianos como el metano hasta compuestos semislidos muy complejos, loscomponentes del asfalto. Para obtener ste, deben separarse las distintas fracciones delcrudo mediante destilacin.

2


5/45


6/45

de carreteras y en pistas de aterrizaje de aeropuertos. Las caractersticas de los asfaltosobtenidos por destilacin al vaco y por precipitacin o extraccin con solventes sonaproximadamente las mismas.

Los asfaltos de impermeabilizacin, o asfaltos oxidados se producen al hacer

burbujear aire a travs del asfalto calentado entre 200 y 300 C. La inyeccin del aire sepuede iniciar a una temperatura de 200 C, alrededor de la cual tiene lugar la reaccinexotrmica, y llegarse hasta el valor adecuado para la oxidacin (20 o 30 C por debajodel punto de inflamacin). Luego de iniciada la oxidacin, se ajusta la tasa de aire entre0.8 a 1.5 m3 normales por tonelada de asfalto para mantener la temperatura dentro dealgn lmite prefijado. Los asfaltos oxidados se utilizan de manera general en laimpermeabilizacin de techos. Por esta razn, su punto de ablandamiento debe ser tal quesoporte las altas temperaturas, ocasionadas por los rayos solares, sin fluidizar. De all quela caracterstica ms importante para este tipo de asfalto sea su punto de ablandamiento.

Los asfaltos diluidos son aquellos que se obtienen por dilucin, en lnea, de losasfaltos de penetracin en caliente con un solvente adecuado. El proceso en lnea, ademsde evitar la evaporacin del solvente, hace que la operacin se realice de manera mssegura.

La mezcla con solventes evita el calentamiento excesivo que debe proporcionarse aun asfalto de pavimentacin para proporcionar la fluidez necesaria en las operaciones decubrimiento. Por este motivo, se suelen diferenciar las operaciones de asfalto en calientede las de asfalto en fro (cuando se utilizan asfalto diluidos o rebajados). Vale la penamencionar que luego de evaporarse el solvente, el asfalto debe mostrar las mismascaractersticas que tena antes de su disolucin. Al periodo de tiempo necesario para queel asfalto recupere sus propiedades originales se le denomina tiempo de fraguado.

A los asfaltos diluidos se les clasifica de acuerdo al tipo de solvente que se utilice ensu preparacin. De esta manera se tienen: a) los asfaltos de fraguado rpido RC (rapid

curing), en los que se utiliza nafta como solvente, b) los de fraguado medio MC (mediumcuring), donde se emplea kerosene, c) los de fraguado lento SS (slow curing), con basediesel ol como solvente. Los asfaltos de fraguado rpido se utilizan cuando se requierenperiodos muy cortos de fraguado. Los de fraguado medio tienen aplicacin en lasoperaciones donde se requiere un cubrimiento ms completo del agregado y una mayorpenetracin en las hendiduras o porosidades del material ptreo. Los de fraguado lentotienen pocas aplicaciones, normalmente su uso se ha restringido al logro de capasantipolvo y estabilizacin de arenas.

Debido a lo complejo de su composicin, hasta el presente no se ha encontrado unacorrelacin satisfactoria entre las propiedades del asfalto y su facilidad para ser

emulsificado. Sin embargo, los asfaltos ricos en asfaltenos y parafinas son difciles deemulsificar, o de estabilizar si ya han sido emulsificados. Normalmente, se utilizanasfaltos en el rango de penetracin 100 a 200, aunque las condiciones climticas de laobra podran sugerir asfaltos de mayor o menor dureza. Debido a los problemas decontaminacin y de costos inherentes no se justifica el uso de asfaltos rebajados en laelaboracin de emulsiones asflticas. La Figura 1 es un resumen de los diferentes tipos deasfaltos que se obtienen luego del proceso de destilacin del crudo.

4


7/45

Figura 1. Tipos de asfaltos derivados de la destilacin de crudo

2.1.3 Pruebas a que debe ser sometido un asfalto.

Antes de ser utilizado, el asfalto debe ser sometido a una serie de pruebas quepermiten determinar algunas propiedades que debe cumplir para un uso particular. Losdiferentes ensayos se agrupan en cinco categoras:

Ensayos para medir consistenciaLa consistencia se define como el grado de fluidez que tiene un asfalto a unadeterminada temperatura. El asfalto es una material termoplstico, por lo que suconsistencia varia en mayor o menor grado con la temperatura. Si se quiere realizarcomparaciones entre ellos, es necesario medir su consistencia a una misma temperaturade condicin de carga. Los ensayos ms utilizados para medir la consistencia de loscementos asflticos son los siguientes:

Viscosidad absoluta a 140 F (60 C)Viscosidad cinemtica a 275 F (135 C)Viscosidad Saybolt FurolPenetracn a 25 C

ASTM D-2171ASTM D-2171

ASTM E102-93(2003)ASTM D-5

Ensayos de durabilidadLos cementos asflticos sufren un mayor o menor grado de envejecimiento cuando

son mezclados con los agregados en una planta asfltica en caliente. El envejecimientocontina durante toda la vida del pavimento por la accin del medio ambiente y otrosfactores que se discutirn ms adelante. Los siguientes ensayos son utilizados para medirde manera ms o menos aproximada el envejecimiento de un cemento asfltico.

5


8/45

Pelcula delgada (TFO)Rolling Thin Film Oven (RTFO) o Plicula fina rotativa.

ASTM D-1754ASTM D-2872

Ensayos de pureza

Los cementos asflticos estn constituidos casi siempre por betumen puro, el cual pordefinicin es completamente soluble en disulfuro de carbono. Slo un porcentaje muypequeo de impurezas est presente en el cemento asfltico obtenido de refinera. Paradeterminar el grado de impureza del cemento asfltico se utiliza el siguiente ensayo:

Solubilidad

ASTM D-2042

Ensayos de seguridadSi el cemento asfltico es calentado a temperatura altas, se producen vapores que en

presencia de alguna chispa se pueden incendiar. Por lo tanto se hace necesario realizar lossiguientes ensayos:

Punto de inflamacin o Flash Point.Mtodo de la copa Cleveland .

ASTM D-92

Otros ensayos

Peso especficoEnsayo de ductilidadEnsayo de la mancha

2.1.4. Especificaciones de los Cementos Asflticos

Arenas (2000) menciona la manera de como evolucionaron las especificacionesdel cemento asfltico. Aparece en 1910 el penetrmetro como el principal medio paramedir controlar la consistencia del cemento asfltico a 25C. La Administracin Federalde Carreteras (FHWA) desde 1901 y la Sociedad Americana de Ensayos y Materiales(ASTM) desde 1903, han utilizado el ensayo de penetracin para controlar la consistenciade los cementos asflticos.

En 1918, la Administracin Federal introdujo el sistema de clasificacin porgrados de penetracin para diferentes condiciones de climas y aplicaciones de liganteasfltico. La Asociacin Americana de Carreteras Oficiales (AASHO) public lasespecificaciones por grados de penetracin en el ao 1931.

En la dcada de los sesenta, la FHWA, la ASTM, la AASTHO, la industria y un

gran nmero de estados propusieron clasificar los cementos asflticos basados en laviscosidad a 60C, buscando entre otros los siguientes objetivos: reemplazar el ensayoemprico de penetracin por uno ms racional como la viscosidad y poder evaluar laconsistencia del asfalto en condiciones crticas de servicio, como lo es la temperaturamxima en la superficie del pavimento durante los das ms calientes de verano enmuchos estados. De all se desarrollan varios grados de viscosidad de los asfaltosaplicables a distintas condiciones de trabajo.

6


9/45

Para la misma dcada, cuando se desarroll la clasificacin de los cementos asflticospor grados de viscosidad, el departamento de Carreteras de California desarroll nuevasespecificaciones basadas en la viscosidad del asfalto envejecido a travs del Ensayo dePelcula Delgada en Horno Rotatorio (RTOF).

En la Comisin Venezolana de Normas Industriales COVENIN de Carreteras,Mezclas Asflticas (ltima revisin aceptada ), se presenta el sistema de clasificacinsegn el grado de viscosidad. En Apndice A se muestra la tabla de los requerimientosexigidos a los cementos asflticos para clasificarlos en alguno de los grados de viscosidada 60 C especificados por la norma ASTM D 3381.

El sistema de clasificacin utilizando los grados de viscosidad presenta las siguientesventajas:

La viscosidad es una propiedad fundamental, algo independiente del tamao de lamuestra y del sistema de ensayo.

oEs aplicable a una amplio rango de temperaturas del pavimentos (25 C a 60 C).Se basa en la viscosidad del cemento asfltico a la temperatura ms alta que sepuede presentar en la poca de verano, en la superficie del pavimento.Hay una mnima superposicin con otros sistemas de medida.Para su determinacin se puede utilizar una amplia gama de equipos.La susceptibilidad trmica de los cementos asflticos se puede estudiarfcilmente.Los lmites de precisin del ensayo estn bien establecidos.

Entre las desventajas de este sistema se clasificacin se tiene:

El sistema de ensayo es ligeramente ms costoso que el de penetrmetro.Es difcil predecir el comportamiento a las temperaturas de servicio baja y media.No es adecuado para controlar el fisuramiento a bajas temperaturas de servicio.El tiempo de ensayo es relativamente largo.La viscosidad del residuo del ensayo TOF puede varia considerablemente paracementos asflticos del mismo grado. Por ejemplo, dos asfaltos de grado AC- 20,de origen diferente, pueden tener viscosidades de 3.000 y 10.000 poises despusde envejecidos en un ensayo TOF, y comportarse diferentes durante y despus dela construccin.

2.2. El Agua

El agua aunque el efecto del agua no ha sido completamente establecido, existenciertos factores que deben ser tomados en cuenta al momento de preparar una emulsinasfltica. Como es bien sabido, el agua de suministro nunca es completamente pura. Estasimpurezas a menudo se encuentran en la forma de dispersiones coloidales o en solucin yafectan en cierto grado la calidad de la emulsin resultante. Por tal motivo, siempreconviene determinar las cantidades y tipos de impurezas que contiene el agua a usar,

7


10/45

especialmente en el caso de la manufactura de emulsiones aninicas, donde la presenciade sales de calcio y magnesio precipitan los jabones de estos metales.

La dureza del agua no es un factor importante en la preparacin de una emulsincatinica. Sin embargo, se debera tener cuidado con la presencia del hierro, ya que staes la impureza ms perjudicial. El hierro puede estar presente en forma de bicarbonatos,si el agua es de pozo o en forma orgnica o coloidal en las aguas superficiales. Elproblema ms frecuente de esta impureza lo constituye la corrosin en las lneas deproceso y en los equipos.

Las soluciones para contrarrestar el problema de la dureza del agua generalmenteresultan costosas, ya que conducen a la implementacin de alguna de las siguientesalternativas: a) tratamiento del agua para eliminar la dureza, b) variacin de laconcentracin o el tipo de emulsificante a ser empleado en la formulacin de la emulsin.

2.3. Agente Emulsivo

El emulsivo se representa por un agente tensoactivo -o surfactante-, que tiene comofinalidad mantener las gotitas de asfalto en suspensin estable y controlar el tiempo derotura. Existen tres tipos de surfactantes que son clasificados segn sus caractersticas dedisociacin en el agua: surfactante aninicos, no-inicos y catinicos. El agenteemulsivo, empleado en combinacin con un asfalto aceptable, agua de buena calidad yadecuados procedimiento mecnicos, es el factor principal en la emulsificacin, enestabilidad de la emulsin y en la comportamiento de la aplicacin final en la carretera.

Hechas las consideraciones anteriores es evidente entonces, que el agua y el asfaltono se mezclan, por lo tanto es necesario condiciones cuidadosamente controladas,utilizando equipos de alta estabilizacin y aditivos qumicos. Con el objeto de lograr unaformulacin donde la dispersin sea lo suficientemente estable entre el cemento asflticoy el agua para ser bombeada, almacenada durante un tiempo prolongado y mezclada.

3. CLASIFICACION DE EMULSIONES ASFALTICAS

3.1. Segn su carga elctrica

Las Emulsiones Asflticas se clasifican debido a la carga elctrica que ste le aporta alas partculas de asfalto en tres categoras: aninicas, catinicas y no inicas. Cuando elglbulo de asfalto por la presencia del emulsificante en su superficie adquiere carga

positiva, se dice que la emulsin es Catinica, es decir, que los iones que recubren losglbulos son cationes (+) resultantes de la ionizacin de las molculas del emulsificante.Por lo tanto, con un sistema de identificacin basado en una ley de electricidad bsica

- las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraensi se hace pasar unacorriente elctrica entre dos polos ( nodo y ctodo) sumergidos en la emulsin asflticaque contiene partculas de asfalto cargadas positivamente, los glbulos de asfalto sedesplazarn hacia el polo negativo o ctodo.

8


11/45

Si por el contrario la carga elctrica del glbulo de asfalto es negativa, se estar enpresencia de una emulsin Aninica y al aplicar la prueba los glbulos se dirigirn haciael nodo, terminal positivo. As mismo existen las emulsiones No inicas, que sonaquellas que no poseen carga alguna, son elctricamente neutrales y no emigran a poloalguno.

Sobre la base de las consideraciones anteriores, se puede mencionar que se fabricanemulsiones asfltica de tipo O/W tanto con surfactantes aninicos (sulfonatos de petrleo,abones de cido de origen vegetal o petrleo) como con surfactantes catinicos (aminas

grasas y derivados, alquil amido poliaminas derivados de la lignina o de cidosresinosos). Usualmente, las emulsiones catinicas se adaptan a cualquier tipo de relleno,sea de carcter calcreo o siliceo; por eso se prefieren.

Las emulsiones catinicas presentan afinidad por los materiales silceos y agregadosgranticos, mientras que las emulsiones aninicas lo son con materiales de naturalezacalcrea, limos y dolomitas.

3.2. Segn su forma de dispersin

Una emulsin es la dispersin de un lquido en forma de glbulos dentro de otro queno es miscible con el primero, al conjunto de estos microscpicos glbulos se denominafase discontinua o dispersada, y al medio en donde se encuentran dispersos, fasecontinua o dispersante.

Figura No. 2 Tipos de emulsiones segn su forma de dispersin

En base a la concentracin de cada una de estas fases, existen dos tipos deemulsiones: emulsin directa ( O/W ) como se muestra en la Figura No. 2, donde la fasehidrocarbonada est dispersa en la parte acuosa y la inversa (W/O) cuando la fase acuosaest dispersa en la parte hidrocarbonada. Es preferible el empleo de las emulsiones O/Wpor su baja viscosidad a temperatura ambiente y son las empleadas para la construccinde carreteras.

9


12/45

3.3. Segn su velocidad de rotura

Una de las clasificaciones de las emulsiones asflticas se basa en la velocidad conque las gotitas de asfalto coalescen (se juntan restaurando el volumen de cementoasfltico), relacionada ntimamente con la rapidez con que la emulsin se vuelva

inestable y rompa tras entrar en contacto con el agregado.

Cuando la emulsin se vierte sobre agregados ptreos desaparece como tal, el agua selibera y finalmente se evapora, los glbulos de asfalto se acercan, la atraccin molecularllega a ser mayor que el rechazo electrosttico dando origen a la unin de los glbulosentre s, hasta que finalmente se convierte en una pelcula de asfalto. El fenmeno fsicoresultante de la evaporacin del agua se complementa con otro fsico- qumico: los ionesque cubren el asfalto se combinan con los de la superficie de los agregados.

Cabe destacar que la rotura de una emulsin es un factor decisivo para definir laemulsin a usar en la obra segn sea el tipo de tratamiento. La mayor o menor velocidad

con que ocurre el proceso de rotura, cuando los glbulos de asfalto coalescen al entrar encontacto con una sustancia extraa tal como un agregado o la superficie del pavimento,proporcionar otra manera de clasificar las emulsiones.

De esta manera, las emulsiones se clasifican en: emulsiones asflticas de roturarpida, o bituminosas rpidas (RS y CRS), las cuales rompen muy rpidamente, es decir,rompe en muy corto tiempo (usualmente algunos minutos) por lo cual se utilizan entrabajos de riego y tratamientos superficiales con agregados ptreos limpios. Tienenescasa o ninguna habilidad para mezclarse con un agregado y mucho menos para mezclarcon agregados que contengan finos, puesto que al ponerse en contacto con stos, elrompimiento es casi de inmediato, por lo tanto el recubrimiento del material ptreo esinsuficiente. Hay que tener en cuenta que los materiales finos poseen mayor superficie

especfica y, por condicin propia, aceleran el proceso de rotura. Slo en algunos casos ymediante ciertos aditivos retardadores en el agua prehumectacin es posible utilizarlas enmezclas.

Otra clases de emulsiones , segn su velocidad de rotura, son las denominadas derotura media (MS, HFMS y CMS) y las de rotura lenta (SS y CSS), con las cuales esposible efectuar una amplia gama de mezclas en fro, segn el tipo y granulometra delagregado, caractersticas de la maquinaria disponible y condiciones climticas. Lasemulsiones de rotura media mezclan bien con agregados gruesos, mientras que las derotura lenta estn diseadas para mezclar con finos.

Segn las especificaciones de la ASTM (American Society for Testing and Materials)y de AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), almomento de identificar una emulsin por sus siglas se tiene que si comienza con la letraC, significa que es catinica, mientras que si existen ausencia de esta letra, entonces esaninica.

10


13/45

Las emulsiones tambin se subdividen adicionalmente segn una secuencia denmeros relacionados con su viscosidad y con la dureza (penetracin) del cementoasfltico base utilizado en su formulacin. La h incluida en algunos grados significasimplemente que la base asfltica es ms consistente (hard, dura). La s significa que labase es ms blanda (soft).

Por ejemplo, una emulsin MS-2 es ms viscosa que una emulsin MS-1. Las siglasRS-2, significa que es una emulsin aninica de rotura rpida y de alta viscosidad, conasfalto base blando (penetracin entre 100 y 200). El trmino CSS-1h identifica a unaemulsin catinica de rotura lenta de baja viscosidad y con asfalto base duro. En la TablaNo. 2 se muestran las clasificaciones de los tipos de emulsiones asflticas tanto catinicascomo aninicas. Las especificaciones para ambos tipos se pueden consultar en elApndice B.

Se han adicionado a las normas A.S.T.M. tres grados de emulsin aninica de altaflotacin y rotura media. Las letras HF que preceden algunos de los grados de lasemulsiones aninicas indican alta flotacin (high flotation) medida con el ensayo deflotacin. Las emulsiones de este tipo tiene caractersticas de gel, impartidas por laaccin de ciertas sustancias qumicas; estas caractersticas permiten la formacin de unapelcula de asfalto ms gruesa alrededor del agregado, impidiendo la separacin delasfalto de las partculas del rido. Estos grados de emulsin se usan principalmente paramezclas de planta en caliente y en fro, para sellados y para mezclas en capas depavimentos.

Tabla No. 2 Clasificacin de las Emulsiones Asflticas

Emulsiones AsflticasAninicas

(ASTM D977, AASHTOM140)

RS-1 (RR-1)RS-2HFRS-2

MS-1 (RM-1)MS-2MS-2hHFMS-1HFMS-2HFMS-2hHFMS-2s

SS-1 (RL-1)SS-1h

Emulsiones AsflticasCatinicas

(ASTM D2397, AASHTOM208)

CRS-1 (CRR-1)CRS-2

--

CMS-2 (CRM-2)-----

CSS-1 (CRL-1)CSS-1h

Las emulsiones de rotura rpida Qs han sido desarrolladas para lechadas asflticas(slurry seals). Las emulsiones catinicas CQs (CRRQS) son ampliamente utilizadas porsu versatilidad con un vasto rango de agregados y por sus caractersticas de rpida rotura.

11


14/45

A continuacin se presentan en la Tabla 3 los usos ms frecuentes de las emulsiones:

Tabla No. 3 Usos ms frecuentes de las emulsiones

ASTM D977 / AASHTO M208MS-2h,HFMS-2hMS-1, HFMS-1 MS-2, HFMS-2 HFMS-2sHFRS-2

ASTM D2397 / AASHTO M 140

CMS-2hCMS-2CRS-1CRS-2

Mezclas de asfalto y agregados:Mezcla en Planta (en caliente)Mezcla en Planta (en fro)

Granulometra abiertaGranulometra cerrada

Arena

Mezclado In-SituGranulometra abiertaGranulometra cerrada

ArenaSuelo Arenoso

X XXXX

XXX

XXX

X XXXX

XXX

X XXX

XX

XX

X XXX

XX

XA

Aplicaciones de Asfalto y AgregadoTratamiento Superficiales (S/M)Sellado con Arena (Sand Seal)Lechada Asfltica (Slurry Seal)Micro-aglomerado (Micro-sufac.)Sallado Doble (Sndwich seal)

Capa Seal

X

X

XB XCXD

XC

XC

XCX

X

XCXD

XC

XC

XCX

X X

X

XCXD

XC

XC

XCX

X

XCXD

XC

XC

XCX

X

XX

XX

XX X

X X X

XX

XX

X XXE

Aplicaciones de AsflticasRiego Pulverizado (Fog Seal)Imprimacin (Prime coat)Riego de Adherencia (TackCoat)Control de Polvo (DustPalliative)

Proteccin con Asfalto (Mulchreta.)

Sellado de Fisuras (crack filler)Mezclas de Mantenimiento

Uso inmediatoAcopioXAPueden emplearse otros grados que el HFMS- 2h cuando la experiencia demuestre que han tenido uncomportamiento satisfactorioBDiluido en agua por el fabricanteCDE

Diluido con aguaMezclado solo para imprimacinEl polmero debe incorporarse durante o previamente a la emulsificacin

CSS-1SS-1hRS-1RS-2 SS-1Tipo de Construccin CSS-1h

12


15/45

4. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL ROMPIMIENTO

En el caso de las emulsiones aninicas, los factores que influyen en la ruptura son: laevaporacin de la fase acuosa, la difusin de sta y en menor grado a los factoresfisicoqumicos y la absorcin superficial de una parte del emulsificante en el material

ptreo.

En las emulsiones catinicas la absorcin juega un papel importante en la ruptura dela emulsin, debido a que la parte polar cida y cidos grasos que efectan su reaccincon el material - lo cual destruye la pelcula protectora- hacen depositar el ligante sobreel agregado, sin importar la presencia de humedad por parte del agregado. Esto mejora laadherencia y permite una mejor distribucin del asfalto dentro de la masa de la mezcla; loque garantiza la apertura de las vas al trnsito en un corto perodo de tiempo,aumentando el rendimiento de horarios de los equipos.

4.1. Efecto del tipo, calidad y concentracin del emulsificante en la

rotura de la emulsin.

Para dar una idea del papel que desempea la cantidad de emulsificante utilizado en lapreparacin de una emulsin y la influencia que ejerce en el tiempo de rotura, se planteael siguiente ejemplo: un emulsificante catinico, diaminas de cidos grasos, en unporcentaje de 0.2 a 0.3%, dar origen a emulsiones de rotura rpida, mientras que endopajes de 0.5 a 0.8% se producen emulsiones de rotura media.

Otro factor que incide en la velocidad de rotura de una emulsin, es el nmero degrupos ionizables de la especie emulsificante. A medida que ese nmero se incrementa(por ejemplo al pasar de diaminas a poliaminas) tambin disminuye la velocidad de

rotura, as pues una emulsin elaborada por medio de una diamina es rpida, otraemulsin donde se usa poliamina ser media a lenta, segn el nmero de grupos amino.

4.2. Otros factores

El contenido de humedad en el agregado al momento del mezclado.La tasa de absorcin de agua que presente el agregado utilizado.Un agregado poroso o de textura spera, acelera el tiempo de rompimiento.Las condiciones climatolgicas en el sitio de trabajo (temperatura, humedadatmosfrica, velocidad del viento.)La distribucin del tamao del agregado. Las emulsiones utilizadas en mezclas de

agregados finos tienden a romper ms rpido, por existir mayor superficie especfica en elagregado.La composicin mineralgica del material puede producir reacciones qumicas entreel emulsificante y la superficie del mismo, afectando la velocidad de rompimiento.Suciedad y/o actividad de los finos presentes en el agregado. Bajo equivalente dearena acelerada la velocidad de rompimiento.

13


16/45

Las fuerzas mecnicas originales por el proceso de compactacin y paso del trfico,hasta cierto lmite, obligan a la expulsin del agua de los materiales, para completar elproceso de rotura y curado.La intensidad de la carga elctrica del agregado respecto a la intensidad de la cargaemulsificante.

En resumen se puede definir en lo que al fenmeno de rotura se refiere, se puederazonar que el emulsificante es quizs el elemento de primer orden que ejerce influenciaen la velocidad de rotura, no es el nico, pues existe una serie de factores que estninvolucrados en la aceleracin o retardo del tiempo de rompimiento de una emulsin.

Dichos factores estn asociados al agregado con el que se elabora la mezcla, alporcentaje de fino, humedad del material, equivalente de arena, presencia de filler; afactores externos, como la temperatura y humedad ambiental, vientos fuertes, energa demezclado y a la emulsin en si, pH, distribucin del tamao de los glbulos de asfalto, laposible presencia de aditivos y fluidificantes, temperatura, etc.

Cabe destacar que la idea principal de utilizar emulsiones en un proyecto vial consisteen adaptar la misma al agregado presente (ya que se aprovecha en los materialesexistentes, lo que redunda en economa). Se deben analizar todas las caractersticas que

pueden afectar el rompimiento de la emulsin empleada, variando la dosificacin y lanaturaleza del emulsificante, el pH de la emulsin o incorporando aditivos de distintasnaturaleza y funciones.

5. PROPIEDADES BASICAS DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS

Las emulsiones asflticas poseen dos tipos de propiedades; las intrnsecas, aquellaspropiedades internas naturales de la emulsin y son las mismas que presentan cualquierligante asfltico: viscosidad, adhesividad y cohesividad y las que condicionan sucomportamiento como ligante en la construccin de pavimentos.

5.1. Propiedades intrnsecas

ViscosidadSe entiendo como viscosidad a la resistencia que desarrolla un lquido al oponerse al

movimientos de las partculas que lo conforman o se encuentran en su interior. Estapropiedad resulta de gran inters e importancia al momento de definir una emulsinadecuada para cada tratamiento.

Cuando la emulsin es de baja viscosidad se puede utilizar para hacer riegos deimprimacin y en gran parte para estabilizaciones de suelo, mientras que si es de alta

viscosidad, ser empleada en tratamientos superficiales y en mezclas abiertas, donde sedebe garantizar que el material o agregado mineral sea provisto de una pelcula de ligantesuficientemente alta en su superficie. La viscosidad es medida en Segundos Saybolt Furol(SFS), segn especificaciones y normas norteamericanas A.S.T.M. y A.A.S.H.O.

En las emulsiones aninicas, el pH usualmente es superior a 10. En las catinicas, inferior a 7; algunasveces puede estar tan bajo como 1,5.

14


17/45

En una emulsin asfltica la viscosidad es dependiente de ciertos factores tales como:la temperatura (a mayor temperatura menor viscosidad), el tamao y granulometra de losglbulos de asfalto (siendo ms viscosa las emulsiones en que las partculas son detamao uniforme, a diferencia de las que poseen tamaos bien gradados); dureza delcemento asfltico de origen (cementos ms duros dan como resultados emulsiones menosviscosas que las procedentes de cementos asflticos ms blandos); caractersticas delmolino utilizando en la dispersin del asfalto en agua; contenido del cemento asfltico(entre porcentajes de 65% y 70% la viscosidad crece muy rpidamente); naturaleza ycantidad de emulsificante en la emulsin; contenido de fluidificantes en el asfalto base (alagregarle una pequea cantidad de fluidificantes en asfaltos duros permite disminuir laviscosidad en la emulsin).

AdhesividadLa adhesividad que pueda presentar una emulsin asfltica frente a un agregado o la

capacidad de envolver al mismo y mantenerse, esta ligado a una serie de factoresdirectamente involucrados con la naturaleza y caractersticas del agregado y de laemulsin utilizada, por lo que resulta una de las propiedades ms complejas de serevaluada.

Los factores relacionados con la emulsin que pueda influenciar en la adhesividadalcanzada entre el agregado y la emulsin son: la naturaleza y cantidad del emulsificanteen la emulsin, tipo de asfalto de base utilizado y pH de la emulsin ( valores de pHprximos a 7 proporcionan mejores adhesividades pero menores estabilidades de laemulsin, mientras que valores alejados de 7 proporcionan emulsiones ms estables peroadhesividades menores).

Migliacci y Zambrano (1999) en base a lo anterior argumentan que las emulsionescatinicas poseen mayor y mejor capacidad de adherencia que las emulsiones aninicasfrente a la gran mayora de los agregados minerales. En las primeras prevalece lareaccin fsico-qumica en contacto con la mayor parte de los agregados, an con los deneto predominio calcreo, variando en todo caso la velocidad del proceso de un agregado

a otro; ser ms rpido para un rido silceo que para uno calcreo. En las emulsionesaninicas el proceso principal consiste en la evaporacin del agua (excepto que losagregados sean netamente calcreo, lo cual es muy poco frecuente), por lo tanto son msdependientes de las condiciones atmosfricas, exhiben una rotura de notable lentitud ybaja adherencia.

Espinal (2003), afirma adems que las emulsiones presentan una muy buenaadhesividad activa (al momento de mezclarse con el agregado), consecuencia lgica desu fluidez y facilidad de mojar los agregados, al mismo tiempo que una buenaadhesividad pasiva (capacidad de mantener la unin asfaltoagregado, sin peligro dedesplazamiento del ligante, incluso en presencia de agua y trfico) principalmente en lasemulsiones catinicas, por la presencia de compuesto tensoactivos en su formulacin.

CohesividadLa cohesividad en emulsiones asflticas es la fuerza aglutinante propia de la mezcla

para pavimentacin. Como cita textual Vergara (1994) explica el concepto de lacohesividad: Se puede definir como la resistencia a la rotura en masa de un ligante. Enel caso de las emulsiones es inicialmente baja, pero va aumentando a medida que se va

15


18/45

eliminando el agua, de modo que al cabo de un tiempo ms o menos breve llega a alcanzar la del asfalto base.

Lo anterior tiene un principio lgico, ya que al colocar la emulsin en contacto con losagregados ptreos se comienza a separar la fase dispersada de su medio continuo; el aguase evapora y se acercan los glbulos de asfalto cuando vencen la fuerza de rechazoelectrosttica existente inicialmente entre ellos por la presencia del emulsificante,produciendo un verdadero cemento entre la pelcula residual de asfalto y el agregado, queen masa se traduce a cohesin, aportando la misma cohesin que la del asfalto base.

5.2. Propiedades que condicionan el comportamiento de las emulsionesal utilizarse como ligante en la construccin de pavimentos.

Adems de las caractersticas qumicas que deben cumplir las emulsiones asflticas,existen un segundo grupo de caractersticas tecnolgicas que condicionan sucomportamiento y ofrecen una manera de clasificacin; las cuales se mencionan a

continuacin:

5.2.1. Estabilidad en el almacenamiento

Una de las propiedades que debe cumplir la emulsin una vez fabricada es laestabilidad al almacenamiento, conservando sus propiedades y caractersticas deformulacin. Esta estabilidad se asegura por la repulsin electroesttica de los glbulosde asfalto y esta ntimamente ligada con el pH de la fase acuosa y con la finura de ladispersin (tamao de los glbulos). Si se pretende que no se modifiquen suspropiedades originales, las siguientes precauciones deben ser tomadas en cuenta:

a) EspumasPara evitar la formacin de espumas en emulsiones asflticas donde el emulsificantees capaz de formarla, se recomienda no agitar violentamente ni verterla en cascada. Porlo tanto el llenado de depsitos debe hacerse prolongando la tubera hasta unos 20 cm delfondo del tanque. El transporte debe hacerse en cisternas con rompeolas que dividan suinterior.

b) NatasLa nata es considerada como la pelcula endurecida que se forma en la superficie en

contacto con el aire, protegiendo el resto de la emulsin. Para mantenerla es aconsejableel almacenamiento en depsitos cilndricos, de eje vertical alimentados desde el fondo, ya

que si se rompe trae consecuencias negativas en el flujo de la emulsin asfltica alformarse grumos indeseables que obstruyen las bombas de alimentacin y los difusoresde riego.

c) SedimentosOcurre cuando los glbulos de asfalto descienden hasta al fondo y se depositan

aumentando la viscosidad en las zonas inferiores del depsito, siendo reversible mientrasno se produzca la rotura de la emulsin. Para contrarrestar este fenmeno se recomienda:

16


19/45

utilizar agentes estabilizantes, aumentar la concentracin del emulsificante o lograr unamayor finura de dispersin.

d) Mezcla entre emulsionesNo se debe mezclar emulsiones aninicas con catinicas, ya que tienden a coagular

(romper) por una reaccin electroqumica . Si se trata de diluir las emulsiones, debertenerse en cuenta que el agua de dilucin sea bsica para la aninica o cida para lascatinicas. Es muy importante la limpieza de los tanques de almacenamiento cuando hancontenido emulsiones de distinto tipo.

e) Aditivos

Cuando se pretende activar las emulsiones porque no se han comportado bien con undeterminado rido, debe hacerse con cautela y conocimiento de los aditivos utilizados(naturaleza y propiedades), ya que estos procedimientos pueden traer consecuenciasnegativas, al provocar la rotura prematura de la emulsin por la incompatibilidad delactivante con el emulsificante.

f) Temperatura

A temperaturas comprendidas aproximadamente entre 10 C y 85 C las emulsionesasflticas son consideradas estables y conservan todas sus propiedades. Por debajo de 10C las micelas de asfalto se endurecen excesivamente, aumentando la viscosidad delasfalto residual y por ende su densidad, favoreciendo la sedimentacin.

Un aumento de la temperatura incrementa la energa cintica de las molculas delemulsificante, por lo que fcilmente abandonan los glbulos de asfalto, disminuyendo laestabilidad de la emulsin. Adems de producirse la evaporacin del agua se formannatas en la superficie del lquido, las cuales obstruyen las bombas y los difusores de

riego.

5.2.2. Estabilidad de la emulsin ante los agregados

La estabilidad de la emulsin ante los agregados est relacionada con la forma derotura al entrar en contacto con el material ptreos con el que se mezcla, depende tantodel tipo de emulsin como del tipo de agregado. La emulsin ms estable son llamadasde rotura lenta y se caracterizan por poderse mezclar con un filler sin romper. Paradefinir esta propiedad, se utiliza el ensayo de mezclas con cemento para emulsionesaninicas y mezclas con un filler-silceo en las catinicas.

5.2.3. Caractersticas del residuo asfltico

Las caractersticas y propiedades del cemento asfltico condicionan elcomportamiento de las emulsiones asflticas como ligante en la construccin depavimentos. La viscosidad, la presencia de fluidificantes (en exceso retrasa la cohesinfinal) y la dureza del asfalto residual pueden considerarse como las de mayorimportancia.

17


20/45

6. CONTROL DE CALIDAD DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS

6.1. Concepto de control de calidad

Las emulsiones asflticas debern cumplir con ciertas especificaciones, por lo que

deben ser controladas por medios de ensayos normalizados para ser utilizadas comomateriales en la construccin.

Para determinar las caractersticas de una emulsin asfltica es preciso una correctainterpretacin de los resultados de los ensayos de laboratorio. Normalmente los objetivosde los ensayos son:

Proveer datos para los requisitos de las especificaciones.Controlar la calidad y uniformidad del producto durante la elaboracin y empleo.Predecir y controlar las propiedades relativas a la manipulacin, almacenamientoy actuacin en el campo del material.

Cabe destacar que en las especificaciones de los pases productores, especialmenteEstados Unidos, se revela una amplia gama de requerimientos; muchos relacionados conlas emulsiones elaboradas por productores particulares. Sin embargo, slo algunos de losensayos son realizados en el pas, para el diseo de mezclas asflticas en fro utilizandoemulsiones asflticas y agregados ptreos.

A continuacin se presenta un resumen de los ensayos realizados en el pas para eldiseo de mezclas asflticas en fro, utilizando emulsin y agregados ptreos, sin llegar aespecificar el procedimiento de los mismos. Las pruebas de ensayos a los cuales deberser sometida la emulsin, para su caracterizacin se dividen en dos grupos:

6.2. Control de calidad en la fabricacin

6.2.1. Tamao de gota de la emulsin

Para determinar el tamao de gota de la emulsin se puede utilizar cualquiera de lastcnicas apropiadas de medicin. Nuestro laboratorio dispone de un equipo de difraccinde luz coherente (lser) -Analizadorde partculas MALVERN, MASTERSIZER modelo3600. Su funcionamiento se basa en hacer pasar un haz paralelo de luz coherentemonocromtica a travs de una pequea zona conteniendo partculas o gotas, donde se

forma un patrn de difraccin superpuesto a la imagen, mucho ms amplio que aquella, elcual pasa a un detector o lente convergente y se ubica en una pantalla en el plano focal dela lente. La luz no difractada forma una imagen en el foco, y la luz difractada forma unconjunto de anillos concntricos alternativamente blancos y negros llamado patrn deFraunhofer. En la Figuras N 3 se muestra una foto del equipo disponible y en la Figura 4el principio del analizador.

La tabla de resultados que arroja el equipo, permite determinar la distribucin log-normal de tamaos de partculas, la cual se representa en una lnea recta en el grfico

18


21/45

Gausslog, necesitando solo dos valores para definir dicha distribucin (por ejemplo elpunto medio, y la pendiente de la recta). El equipo tambin muestra una grfica (verAnexo) en la que se observa el punto medio que corresponde al 50% acumulado de ladistribucin en volumen, y al mximo de frecuencia, o moda, denominado D(v,0.5).Tambin muestra el 10% y 90% acumulado de la misma distribucin en volumendenominadas D v (0.1) y D v (0.9) respectivamente.

Fig. 3. Malvern mastersizer Fig. 4. Principio de la difraccin de luz laser

En cuanto al tamao medio de la distribucin en volumen D[4,3] es mayor que elanterior, y puede ser notablemente diferente si la distribucin no es simtrica. En cuantoal tamao medio de la distribucin en superficie D[3,2], llamado tambin dimetro mediode Sauter, es de importancia cuando se trata de calcular la superficie que puede cubrir laemulsin o la superficie de adsorcin de surfactante. Generalmente es menor que el

Dv(0.5) y puede ser considerable la diferencia cuando la distribucin tiene cola del ladode los pequeos dimetros, produciendo un error considerable en el clculo del D[3,2].

6.2.2. Determinacin del Potencial de Hidrgeno, ASTM D244.

El pH es una medida del grado de acidez y alcalinidad de la sustancia analizada; suvalor oscila entre 0 y 14. Las sustancias cidas poseen un pH menor de 7 y las bases oalcalinas un pH mayor de 7, siendo neutras para un valor igual a 7. Una misma emulsinse comporta de forma diferente segn tenga un pH de 4,5 de 2,0. La primera tendr unabuena adhesividad, pero su rompimiento ser muy rpido; la segunda tendr una

adhesividad dentro de los limites aceptables pero su rompimiento ser mucho ms lento.

El pH de la emulsin es difcil de determinar, ya que sta se adhiere a las paredes delvidrio de los electrodos del aparato de medicin y los valores obtenidos pueden serinexactos. La diferencia entre el pH de la emulsin con respecto al pH de la solucinabonosa empleada puede variar entre 0,5 y 0,8. Es decir, una emulsin que presente un

pH entre 2,5 a 2,8 la solucin jabonosa original debi tener de 2 a 2,3 de pH.

19


22/45

EquipoPotencimetro con doble escala (una para la bandacida y otra para la banda alcalina) y un dispositivoque permita corregir los efectos de la temperatura. Elvoltmetro del aparato debe de tener una resistenciainterna elevada de 10 12 omh, para eliminar losefectos de polarizacin de los electrodos. Ver FiguraNo. 5Electrodo de medicin integrado.Varias soluciones de referencia Bfer - diferentes pHAgua destilada, alcohol.Vasos de vidrio con capacidad de 100 y 250 ml. Figura 5 pH metro con doble escala

6.2.3. Residuo por Destilacin segn designacin ASTM D244-92

Esta prueba tiene por objeto determinar las

proporciones de agua y residuo asfltico que contiene laemulsin. Se puede realizar ensayos con el residuoasfltico de la emulsin, por ejemplo: penetracin,ductilidad, punto de inflamacin y punto deablandamiento, Figura 6.

El objetivo es determinar las proporciones de agua yresiduo asfltico que contiene la emulsin. El residuo de Figura 6. Pruebas: penetracin,

ductilidad, Anillo y Bola.la emulsin puede utilizarse para efectuar las pruebas depenetracin, ductilidad y solubilidad en tetracloruro decarbono, adems de determinar el grado en que ha sido rebajado el cemento asfltico, sies el caso.

Equipo

Un alambique cilndrico de hierro con la formay dimensiones mostradas en la norma, Figura 7.Un quemador anular de 101.6 mm de dimetro,con perforaciones en el contorno interior.Un quemador anular de 52.4 mm de dimetro,con perforaciones en el contorno interior.Un quemador anular de 50.8 mm de dimetro,con perforaciones en la parte superior.

Un tubo de conexin, una camisa de lmina, unrefrigerante recto con camisa de metal y unaprobeta graduada.Figura 7. Equipo utilizado para el ensayo de

DestilacinUn termmetro de inmersin total, de2 a +300oC tipo ASTM o similar.Un mechero tipo Bunsen.

oUn tamiz U.S. Estndar de aberturas cuadradas de 0.297mm (N 50).

20


23/45

Clculos:

R200 (W1 W 2 )

100200W1 = Peso de la emulsin, alambique y accesorios, en gr.

W2 = Peso final de la emulsin, alambique y accesorios, en gr.R = Porcentaje de residuo de la emulsin.

6.2.4. Residuo por Evaporacin ASTM D244

El objeto de esta prueba es determinar el residuo de las emulsiones asflticas enporcentaje (%), por medio de evaporacin rpida. Segn estadsticas, se dice que elresiduo as obtenido da resultados de penetracin y ductilidad inferiores a los que selogran en el residuo por destilacin. Por su fcil ejecucin y rapidez en la misma, es elms utilizado para conocer la concentracin de la emulsin y realizar clculos dedosificacin en campo.

Equipo3 Recipiente de 20 cm de dimetro y pared de 5 cm de altura.3 Agitador de vidrio refractario de 6 mm de dimetro y 20 cm de longitud, conextremos redondos.Balanza con capacidad de 500 g y 0,1 g de aproximacin.

oTermmetro con escala de 155 a 170 C.oHorno elctrico con temperatura controlable y capaz de

mantener a 60 C.Clculos

R(W1 W 2) 100

W1 W2100

W1 = Peso del recipiente, agitador y los 100 g de emulsin, en gr.W2 = Peso del recipiente, agitador y el residuo, en gr.R = Porcentaje de residuo de la emulsin.

El valor reportado del residuo por evaporacin, deber ser el promedio de losresultados obtenidos en tres muestras de emulsin.

6.2.5. Residuo por Evaporacin modificado ASTMD244Este ensayo permite controlar la produccin de un molinoque produce ms de 20 toneladas por hora, siendo necesarioconocer inmediatamente los rangos del residuo.

Equipo (Figuras 8 y 9 )Cacerola o recipiente de lmina con una capacidad 1 lt.Agitador de vidrio o metal con extremos redondeados de6,4 mm de dimetro y 18 cm de longitud.Balanza de 1500 g de capacidad y0,1 g deaproximacin.Estufa elctrica o de gas pequea

Fig. 8 Cacerola y Balanzade 1500 gramos.

21


24/45

Clculos

R(W4 W 1)

100(W3 W1 )

W1 = Peso de la Cacerola y agitador, en gr.

W2 = Peso de la emulsin, en gr.W3 = Peso de la Cacerola, agitador y emulsin, en gr.W4 = Peso de la Cacerola, agitador y residuo de la

emulsin, en gr.R = Porcentaje de residuo de la emulsin.

Fig. 9. Cacerola con emulsindespus de la evaporacin

6.2.6. Asentamiento o Sedimentacin ASTM D244-29/32.

La prueba de sedimentacin o asentamiento, nos indica el grado de estabilidad quetienen las emulsiones durante su almacenamiento. Detecta la tendencia de los glbulos deasfalto a sedimentarse durante el almacenamiento. Tambin sirve como indicador de lacalidad de la emulsin. La prueba tiene una duracin de cinco das, siendo necesario enobras de gran movilidad realizarla la prueba de estabilidad de almacenamiento, que tieneuna duracin de 24 horas. Cuando la densidad del asfalto es ligeramente menor que ladel agua, debido a solventes adicionales, por diferencia de densidades los glbulos deasfalto tienden a flotar, presentndose en algunos casos una migracin de los mismoshacia la superficie del lquido.

Equipo (Figura 10 )Dos probetas de 500 ml de capacidad con tapn decorcho o vidrio y con dimetro exterior de 5 + 0.5 cm.Pipeta de vidrio de 60 ml de capacidad.Equipo requerido para el ensayo de evaporacin rpida.

Se debe determinar en cada una de las extracciones elcontenido asfalto residual por evaporacin rpida yregistrar los resultados.

Clculos

Rs RsRs =

+ Fig. 10 Ensayo de Sedimentacin

%Rs = Promedio del porcentaje del residuo de la parte superior%Ri = Promedio del porcentaje del residuo de la parte inferior%S = %Ri - %Rs < 7%

22


25/45

6.2.7. Sedimentacin en 24 horas. ASTM D244

Esta prueba es una variante a la anterior, y aparece en sustitucin de la prueba desedimentacin a 5 das. El procedimiento de la prueba es el mismo, lo nico que vara esque la muestra es ensayada en 24 horas y el parmetro de la especificacin es diferente.

Clculos %Rs Rs1 Rs22

%Rs = Promedio del porcentaje del residuo de la parte superiorporcentaje del residuo de la parte inferior%Ri = Promedio del!

%S = %Ri - %Rs < 1.0%

6.2.8. Sedimentacin en caso de nuevas formulaciones

Si la cantidad de emulsin generada en cada experimento es pequea, menor alvolumen al especificado en la norma (500 ml), se puede llevar a cabo una prueba desedimentacin colocando una muestra de la emulsin en cilindros graduados. Cadamuestra se coloca en un tubo de ensayo de 50 ml, se tapa para evitar evaporacin, serotula y se toman los datos de volumen de emulsin y la fecha y hora de inicio. A untiempodeterminado, se toma la lectura donde se observa la interfase agua-emulsin.Finalmente, se grafican los datos de altura vs tiempo (ver Figura 11).

6.2.9. Retenido en la malla #20.ASTM D 244-38/41.

40

Estabilidad de Emulsiones AsflticasPoliram - S

Esta prueba sirve comocomplemento a la prueba desedimentacin y tiene comopropsitodeterminarcuantitativamente la cantidad deglbulos de asfalto que pueden nohaberse detectado en la prueba desedimentacin y que podraobstruir el equipo de rociado, ascomo el espesor y la uniformidadde la pelcula de asfalto sobre elagregado.

Fase Acuosa

Separada (%)30

20

10

00 2 4 6 8 10 12 14 16

Tiempo (das)

2,5 kg/tn3,5 kg/tn5,0 kg/tn7,0 kg/tn10 kg/tn

Fig. 11. Sedimentacin de emulsiones obtenidas conPoliramS.

Adicionalmente el tamao de los glbulos indica una buena o mala estabilidad alpermanecer la emulsin almacenada. Los glbulos de asfalto con tamaos retenidos en lamalla N 20 indican que la emulsin puede tener tendencia a sedimentarse por lo tantocausar un rompimiento prematuro.

23


26/45

Equipo

Tamiz circular U.S. Standard con dimetro de 7.6 cm, de abertura cuadrada de0.845 mm, (No. 20) con su fondo y tapa.Probeta de 500 ml y vaso precipitado de 1000 ml.Agua destilada o solucin jabonosa.Balanza con capacidad de 2000 g y aproximacin de 0.1 g.

Clculos

% R20 W1 W2W W2100 1

5005%R20 = Porcentaje retenido en el tamiz No. 20

6.2.10. Carga elctrica. ASTM D-244.

La prueba de carga elctrica se realiza para identificar las emulsiones catinicas oaninicas a travs de su corriente elctrica. Se lleva a cabo mediante la inmersin de doselectrodos, uno negativo (ctodo) y otro positivo(ctodo) en una muestra de emulsin,conectado a una fuente controlada de corriente continua. Al final de un perodo de tiempoespecificado, se observan los electrodos para determinar si el ctodo presenta una capavisible de asfalto depositado sobre l, si esto es as, la emulsin se clasifica comocatinica.

Equipo ( Figura 12 )Un dispositivo que proporcione una corrienteelctrica directa de 12 voltios, provisto deresistencia variable y un miliampermetro.Dos electrodos formados cada uno por una placa de

acero inoxidable de 101.6 mm por 25.4 mm y 3 mmde espesor. Los electrodos estarn aislados entre sy sostenidos paralela y rgidamente a una distanciade 12,7 mm (1/2 pulgada).Vaso precipitado de vidrio, con capacidad 150 ml.Un cronmetro.

Fig 12.carga.

Dispositivo de medicin de

6.3. Control de calidad en la aplicacin

6.3.1. Viscosidad SAYBOLT-FUROL. ASTM D244-D88.La viscosidad se define como la resistencia al flujo de un lquido. En el caso de las

emulsiones, la prueba se define como una medida de la consistencia de la misma y por lotanto da una idea de sus posibilidades de aplicacin y comportamiento en un casodeterminado. Los resultados se reportan en segundos. Por conveniencia y precisin deensayo, se emplean dos temperaturas de prueba, que cubre el intervalo normal de trabajo:25C y 50 C.

24


27/45

EquipoViscosmetro Saybolt Furol normalizado.Bao de agua con temperatura controlable.Un vaso especial volumtrico de vidrio refractario de 400 ml.Malla de abertura cuadrada U.S. Standard de 0.841 mm (No. 20)

6.3.2. Miscibilidad de las emulsiones con Cemento Portland ASTM D 244 La prueba se aplica a las emulsiones aninicas y en algunos casos especiales a las

catinicas con la finalidad de conocer la estabilidad de la emulsin al mezclarse con unmaterial tan fino como el cemento. El ensayo consiste en medir el porcentaje de grumosque se obtienen cuando la emulsin pierde estabilidad al mezclarse con el cemento. Porconsiguiente, el valor (% con respecto a la cantidad de emulsin de prueba, 100 g) es unindicativo de el elevado grado de estabilidad qumica de algunas emulsiones de roturalenta. Muy pocos emulsificantes son capaces de generar emulsiones que pasen este duroensayo.

Equipo

Tamiz circular U.S. Standard No 80.oTamiz circular U.S. Standard N 14, con su fondo.

Recipiente metlico de fondo redondo y capacidad de 500 ml.Varilla metlica con extremos redondeados y de 1.25 cm de dimetroaproximadamente. Probeta de vidrio graduada con capacidad de 100 ml.

2Cemento Prtland tipo III con una superficieespecfica mnima de 1900 cm / g. Polvo de slicie de composicin qumica y granulometra definida

6.3.3. Miscibilidad con agua ASTM D 244

Esta prueba tiene como finalidad investigar si las emulsiones de rotura media o lentapueden mezclarse con el agua. No es aplicable a emulsiones de rotura rpida. Despusde adicionarle agua a la emulsin se procede a agitar la mezcla, se deja la muestra enreposo durante dos horas, luego de ese perodo de tiempo se examina visualmente paradeterminar una posible coagulacin de los glbulos de asfalto en la muestra.

Esta prueba es una medida de calidad del producto, adems indica si la emulsin escapaz de mezclarse con agua o ser diluida en ella. A menudo se forma un depositoespeso de emulsin en el fondo del recipiente, si es pequeo, ello significar que laemulsin ha sido apropiadamente formulada y que las partculas en dispersin estn en elintervalo del tamao deseado.

6.3.4. Ensayos de cubrimiento

Para este ensayo, se mezclan las emulsiones con un material de prueba, de tipo silceode cierta granulometra. El material de prueba se subdivide en porciones; a cada muestra

25


28/45

se le agrega cierta cantidad de agua de pre- envuelta para lograr las condicionesadecuadas de humedad que faciliten una mejor manipulacin del mezclado de laemulsin con el agregado.

Se aade una cantidad de emulsin determinada y se mezcla el conjunto manualmente

en un recipiente, con ayuda de una paleta, hasta que se observe que la emulsin ha sidorepartida uniformemente en el material. El material cubierto se extiende en papelperidico por 24 horas, o hasta que se observe que el agua ha sido eliminada porcompleto. Finalmente, se prepara una briqueta, utilizando un equipo Hubbar Field, paradeterminar las caractersticas de adhesin del asfalto residual con el agregado. Luego depreparada la briqueta, se debe esperar 24 horas para proceder a su ruptura, y de estamanera determinar si su resistencia es la adecuada para el propsito requerido.

Para la preparacin de una briqueta, la cantidad mnima de cemento asfltico que seagrega se calcula a partir de la frmula de Illinois modificada:

P (0,05 A 0,1 B 0,5 C) 85100

Donde: P= % en peso de asfalto, basado en peso de agregado.A= % de agregado pasante del tamiz de 1 y retenido en el N 8

B= % de agregado pasante del tamiz N 8 y retenido en el N 200C= % de agregado pasante del tamiz N 200

6.3.5. Ensayos de rompimiento

Este ensayo tiene por objeto determinar el tipo de rompimiento de una emulsin(lento, medio o rpido) segn la cantidad de cemento que origina la ruptura. Se utiliza unequipo con agitacin continua (150 rpm) provisto de un recipiente cilndrico, concapacidad de 34 g de emulsin, y un agitador de tipo ancla. Se pesa el sistema (recipiente,agitador y emulsin) y luego se adiciona el cemento portland a razn de 0.2 a 0.3 g/shasta rotura completa, la cantidad de cemento aadida se estima por diferencia de peso.

7. APLICACIONES DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS

El Instituto del Asfalto y la Asociacin de Fabricantes de Emulsiones Asflticaspublicaron en forma conjunta un manual bsico sobre emulsiones asflticas. Allcomentan que las emulsiones como tal, fueron desarrolladas por primera vez a comienzos del siglo XX, y su uso fue creciendo de manera re relativamente lenta, limitados por eltipo de emulsin disponible y por la falta de conocimiento sobre su correcta aplicacin.Cabe destacar que, por el desarrollo no interrumpido de nuevos tipos y grados, sumando aequipos de construccin y prcticamente mejorados, ofrece ahora una amplia gama deeleccin. A continuacin se presentan los principales usos de las emulsiones asflticas.

26


29/45

a) Tratamiento Superficial

Riego pulverizadoSellado con arenaLechadasMicro aglomeradosCapa seal

b) Reciclado de asfaltoc)Frio in-situFull depthCaliente in-situEn planta central

d) Otras aplicaciones

e)EstabilizacinRiegos de ligaBacheo de mantenimientoPaliativos de polvoRiego de imprimacinSellado de fisurasRecubrimiento de proteccin

8. VENTAJAS DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS

Las ventajas que proporciona la utilizacin de emulsiones asflticas y han contribuidoal inters de su uso, son las siguientes:

Las emulsiones asflticas no requieren la incorporacin de un solvente de petrleopara ser lquida, ni tampoco necesitan calentamiento para ser utilizados, por lotanto contribuyen en el ahorro de energa.Permite reducir la contaminacin, ya que elimina hacia la atmsfera poco o nadade sustancia hidrocarbonadas.La capacidad de ciertos tipo de emulsiones de recubrir la superficie de agregadoshmedos, reduciendo la necesidades de combustible para calentar y secar losagregados.

La disponibilidad de una variedad de tipos de emulsin. Se han desarrolladonuevas formulaciones y tcnicas de laboratorio mejoradas con el fin de satisfacerlos requerimientos de diseo y construccin.La posibilidad de utilizar materiales en fro en lugares remotos.La aplicacin de emulsiones en manteniendo preventivo de pavimentos,incrementando la vida til de pavimentos existentes ligeramente deteriorados.

27


30/45

8.1. Diseo de una mezcla asfltica en fro densamente gradada con laemulsin elaborada como ligante. Mtodo de la Universidad de Illinois(Marshall Modificado).

Este mtodo fue desarrollado en la Universidad de Illinois (E.E.U.U.) por MichaelDarter, Patrick Wilkey, Steven Ahlfield y Richard Wasill, en Febrero de 1978. Elmtodo y los criterios de ensayo recomendados son aplicables a mezclas en va o mezclasen planta, que contenga cualquier grado de emulsin y agregado mineral con gradacindensa y tamao mximos de una pulgada (25 mm), elaboradas a temperatura ambiente.

Este mtodo de diseo para mezclas en fro de emulsin asfltica- agregados estbasada en una investigacin adelantada en la Universidad de Illinois, usando el mtodode diseo de mezclas Marshall modificado y el ensayo de durabilidad hmeda. Elmtodo y los criterios de ensayo son aplicables a mezclas que contengan cualquier gradode emulsin asfltica y agregado mineral con gradacin densa y tamaos mximos de 1pulgada (25 mm) o menos, que se vayan a emplear en capas de base en pavimentos conalto volumen de trfico y para capas de rodamiento en pavimentos con bajo volumen detrfico (vas de penetracin).

El objetivo del mtodo es proveer una cantidad adecuada de asfalto residual queeconmicamente estabilice el material granular con el fin de dar resistencia o estabilidadrequerida para soportar las aplicaciones de carga repetidas (Compresin y Flexin) sinuna deformacin permanente excesiva o rotura por fatiga y volver la mezclasuficientemente resistente a los efectos de cambio de humedad.

Se recomienda este diseo para mezclas en va o en planta preparadas a temperaturaambiente. El procedimiento intenta simular lo ms aproximadamente posible lascondiciones reales de campo. Los resultados obtenidos a travs de este mtodo sonbastantes confiables, sin embargo el nivel de confiabilidad final depender de la calidadde los materiales que participan en la mezcla. Para mayor informacin consulte elapndice C.

Se propone realizar un diseo de mezcla asfltica densamente gradada en fro capaz

de satisfacer las propiedades de estabilidad, durabilidad, impermeabilidad, flexibilidad,trabajabilidad y economa, que sea resistente a la fatiga y al deslizamiento, para serutilizado en pavimentos econmicos con un alto porcentaje de trfico pesado y quecumpla con los requisitos establecidos por la A.S.T.M. D 421587 (1992) de mezclasbituminosas en fro para pavimentacin.

8.2. Objetivos del diseo de mezcla.

Una vez establecido el agregado y seleccionado el tipo de emulsin a utilizar, elbasamento principal del diseo de mezcla asfltica ha sido el de unir estos dos elementosen una proporcin que han sido consideradas en el diseo, con la finalidad de obtener unamezcla con las siguientes caractersticas:

Un contenido de asfalto necesario para cubrir el agregado ptreo, alcanzado lamayor cobertura posible sin excederse ( lo que podra ocasionar exudacin einestabilidad en la mezcla y otros efectos negativos). Asegurando as que al ser

28


31/45

colocada y compactada sobre el pavimento, se obtenga una mezcla durable, conpoca permeabilidad y trabazn adecuada de los agregados.Estabilidad suficiente como para resistir los requisitos impuestos por el trfico (parapavimento econmico con un alto porcentaje de trfico pesado), sin que existendeformaciones o desplazamientos.Cantidad de vacos totales suficientes para evitar exudacin y prdida deestabilidad.Adecuada trabajabilidad que propicie una buena colocacin y excelentecompactacin, evitando que se produzca una mezcla dura o muy blanda.

8.3. Etapas del diseo

8.3.1. Caracterizacin y ensayos de calidad al agregado ptreo

Se debe caracterizar el agregado ptreo y establecer su factibilidad para ser utilizado

en la mezcla asfltica mediante la elaboracin de ensayos de acuerdo a lo establecido enlas especificaciones.

Los ensayos necesarios para la caracterizacin de los agregados, no serndescritos aqu, ya que aparecen detallados en las Normas ASTM, AASHTO, NLT y en elManual Visualizado de Ensayos de Agregados, Suelos y Asfalto deFUNDALANAVIAL. En cuanto a la mineraloga de los agregados, deber conocerse conel fin de determinar el tipo de emulsin a disear.Las pruebas de ensayos a las cuales debern ser sometidos los agregados, para sucaracterizacin son:

Anlisis granulomtrico:

- Mtodo de Prueba Estndar para el anlisis por va hmeda de agregados finos ygruesos, segn el procedimiento descrito en la designacin ASTM C117.

- Mtodo de Prueba Estndar para el anlisis por cedazo de agregados finos ygruesos, segn el procedimiento descrito en las designaciones ASTM C136 yAASHTO T37.

Peso especfico y absorcin:

- Mtodo de Prueba Estndar para determinar el Peso Unitario Suelto del

agregado, de acuerdo al procedimiento descrito en la designacin ASTM C40.- Mtodo de Prueba Estndar para determinar la Gravedad Especfica y Absorcindel agregado grueso, de acuerdo al procedimiento descrito en las designacionesA.S.T.M. C127 y AASHTO T85.

- Mtodo de Prueba Estndar para determinar la Gravedad Especfica y Absorcindel agregado fino, de acuerdo al procedimiento descrito en las designacionesA.S.T.M. C128 y AASHTO T84.

29


32/45

Equivalente de arena:

- Mtodo de Prueba Estndar para determinar el valor del Equivalente de Arena ensuelos y en agregado fino, de acuerdo al procedimiento descrito en lasdesignaciones A.S.T.M. D2419 y AASHTO T176.

Mtodo de Prueba Estndar para determinar la Resistencia a la Degradacin por Abrasin e Impacto de los agregados gruesos: utilizando la Mquina de losAngeles, de acuerdo al procedimiento descrito en las designaciones A.S.T.M. C131y AASHTO T96.

Mtodo de Prueba Estndar para determinar la Estabilidad de los agregados antela accin del Sulfato de Sodio o Sulfato de Magnesio:procedimiento descrito entas designaciones A.S.T.M. C88 y AASHTO T104.

Otros ensayos de calidad

pueden ser exigidos en funcin del tipo de agregado y tipo de mezcla a producir, talescomo:

- % de caras fracturadas.- % de partculas planas y alargadas.

8.3.2. Caracterizacin y ensayos de calidad de la emulsin asfltica

Se basa en realizar todos los ensayos correspondientes a la emulsin asfltica autilizar en la mezcla, a modo de verificar las caractersticas obtenidas en la formulacin

preparada. Los ensayos de control de calidad ms importantes, que se deben realizar alas emulsiones a usar con un determinado rido han sido descritos :

Residuo por evaporacin(A.S.T.M. D 24492)Asentamiento(A.S.T.M. D 244)Retenido en malla N20(A.S.T.M. D 244)Carga elctrica(A.S.T.M. D 244)Afinidad con el agregado. Adhesividad modificada (A.S.T.M. D 244)

8.3.3. Cantidad aproximada de emulsin en la mezcla (% C.A. ptimo terico)

El procedimiento necesario para obtener el porcentaje ptimo de emulsin, serealizar siguiendo el mtodo propuesto por la Universidad de Illinois y haciendo uso desus frmulas. El Porcentaje ptimo Terico de Emulsin tambin puede ser calculadoutilizando el Mtodo de Duriez y por el Mtodo de Ensayo C.K.E (Equivalente deKerosene Centrifugado). Siendo este ltimo muy engorroso, ya que requiere de variosprocedimientos laboriosos que conllevan, adems, a la utilizacin de equipos y materialesdifciles de conseguir en cualquier laboratorio. Por lo tanto, a continuacin explicaremoslos otros dos mtodos mencionados:

30


33/45

Mtodo de superficie especfica de Duriez

Consiste en determinar aproximadamente el rea superficial del agregado basado ensu gradacin, utilizando un factor de correccin denominado Modulo de Riqueza. Enprimer lugar se calcula la contribucin de cada fraccin por separado mediante:

m22.5F.S.E.( ) kg(D d)1/2

Siendo:F.S.E. = Factor de superficie especfica del agregado.D = Tamao mximo del agregado (dimetro mayor, en mm).

d = Tamao mnimo del agregado (dimetro menor, en mm).

Ejemplo:

Para los agregados que pasan la malla de 3/8 y son retenidos en la malla de , paradeterminar el factor de superficie especfica, se determina con la siguiente formula:

D = 3/8 = 9.55 mm

d = = 6.38 mm

"

Superficie especfica del material Pasa 3/8 y retenido en = F.S.E. x % retenidoparcial en

Para cada !fraccin del agregado se aplica la ecuacin anterior, obtenindose losrespectivos factores de superficie especfica, los cuales se multiplican por el porcentajeretenido parcial en el tamiz de abertura menor. Adems, la suma de los porcentajeretenidos parciales en cada tamiz es igual a 100%. Por lo tanto, el rea final estar dadapor la sumatoria de la reas parciales determinadas para cada fraccin y divida entre100%.

100 x S.E.= FSE1 x %Ret1 + FSE2 x %Ret2 + FSE3 x %Ret3 + ..

Siendo:

S.E. = Superficie especfica (rea total) del conjunto de agregados! F.S.E.( ) = Factor de superficie especfica de fraccin del material.%Ret ( ) = porcentaje de retenido parcial en cada tamiz.

El porcentaje de residuo asfltico se determina por la siguiente formula:

31


34/45

%C.A. KS.E." A

Siendo:

15

%C.A. = Porcentaje de cemento asfltico terico en la mezcla, basado en peso delagregado seco. K = Coeficiente o mdulo de riqueza que depende de la granulometra del material.S.E. = Superficie especfica (rea total) del conjunto de agregadosA = Factor de correccin por densidad.

El factor A es utilizado nicamente en mezclas abiertas y lechadas asflticas, para lasdems mezclas se toma el valor de 1. Es una variable que depende del peso especficodel agregado y se obtiene mediante la siguiente formula:

A PE

Siendo:

A = Factor de correccin por densidad.PE = Peso especfico del agregado

El factor K depende del tipo de granulometra del material, sus valores se reflejan enla Tabla 4:

Tabla No. 4 Valores de K

VALORES DE KMEZCLANORMA

AL - 2LECHADAAL - 3

AL - 4DENSAGRAVA -EMULSION

ROD.ABIERTA

OTROS.ARENA -EMULSION

K4,4 - 4,54,5 - 4,84,9 - 5,13,7 - 4,0

2,5 - 2,73,5 - 3,72,5 - 2,7

3,2

El porcentaje de emulsin en la mezcla se calcula por:

"100

Siendo:%CA = Porcentaje de cemento asfltico terico en la mezcla, basado en peso delagregado seco.

!C = Concentracin de asfalto en la emulsin, en %.%E = Porcentaje de emulsin asfltica.

32


35/45

Mtodo propuesto por la Universidad de Illinois:

El mtodo original de la Universidad de Illinois presenta la siguiente formula:

E 0.05A 0.1B 0.5C

Donde:E = Porcentaje en peso de emulsin asfltica, basado en peso de agregado seco.A = Porcentaje de agregado pasante de 3/8 y retenido en #8.B = Porcentaje de agregado pasante del tamiz #8 y retenido en #200.C = Porcentaje del agregado pasante del tamiz #200.

Los valores obtenidos mediante esta frmula son generalmente altos al compararloscon los resultados reales al final de cada diseo. Por ello el Manual N 14 del Institutodel Asfalto sobre mezclas en fro plantea la misma formula, pero reduciendo el valor delporcentaje de emulsin en 30%.

E (0.05A 0.1B 0.5C) ! 0.7

Vergara (1994) de acuerdo a experiencias realizadas en Venezuela, utilizando estaformula en mezclas con agregados procesados, semi-procesados, gravas, arenas y arenaslimosas, establece un factor de correccin de la formula original alrededor de 0.85,quedando de la siguiente forma:

E = (0.05A + 0.1B + 0.5C) 0.85

En todo caso, los resultados obtenidos por cualquiera de los mtodos existentes,pueden ser ajustados en base a la experiencia con agregados de naturaleza ygranulometra similar. Adems, se recomienda determinar el porcentaje de emulsin porlos dos mtodos y utilizar el promedio para considerar ambos procedimientos.

8.3.4. Definicin del tipo de emulsin y humedad ptima de mezclado

Para definir el tipo de emulsin a utilizar en el diseo, se lleva a cabo el ensayo deCobertura. A partir del contenido de asfalto determinado, se combina la emulsin con elagregado seleccionado y se estima visualmente el recubrimiento como un porcentaje delrea total. Este ensayo es dependiente del contenido de agua en el agregado antes demezclarlo, siendo ms notable en agregados que contienen un alto porcentaje de materialpasante del tamiz No 200, donde insuficiente humedad de premezclado ocasiona un

rompimiento prematuro de la emulsin sin permitir un recubrimiento adecuado.

Afectan a la seleccin el tipo de agregado, el contenido de agua del agregado,gradacin y caractersticas de los finos, as como tambin el clima de la regin durante eltiempo de construccin, tipo y proceso de mezcla, equipo de construccin yprocedimientos de campo; factores estos ltimos de importancia que se deben tomar encuenta durante el perodo de construccin del pavimento.

33


36/45

Por otra parte, aquellas emulsiones que no desarrollen sobre los agregados unsuficiente cubrimiento no debern ser utilizadas para realizar mezclas de prueba con losagregados seleccionados para determinar el tipo y grado de emulsin a usar en elproyecto.

Equipo de laboratorio requerido Figs 12, 13 14.

Balanzade 5 Kg de capacidad, con precisin + 0.5 gr.Equipo de mezclado, preferiblemente mecnica, capazde producir una mezcla intima entre el agregado, elagua y la emulsin.Un recipiente de mezcla con fondo circular concapacidad de 5 litros.

oHorno para mantener temperaturahasta 105 + 5 C.Cucharas de mezclado, metlicas.

Una probeta graduada de 100 ml de capacidad.

Figura 12. Mezcla del agregado +agua + emulsin.

Fig. 14. Agregando la cantidadde emulsin necesaria.

Figura 13. Muestras con diferentescontenidos de agua deremezclado.

8.3.5. Contenido ptimo de Humedad de Compactacin.

En los proyectos de mezclas hay que tomar en cuenta l porcentaje ptimo de agua ausar en la compactacin, ya que su contenido define las propiedades de densificacin delas muestras compactadas. A partir del porcentaje ptimo de Humedad de Cobertura sepreparan muestras con diferentes contenido de humedad -generalmente se elaboran tresbriquetas por cada contenido de humedad en la compactacin, comenzando a partir delvalor del porcentaje ptimo de compactacin y siguiendo de manera decreciente hastacompletar el nmero de muestras.

Seguidamente, las muestras se compactan de acuerdo al procedimiento descrito en"El Mtodo Modificado de Prueba para determinar la Resistencia y Fluencia Plstica delas mezclas bituminosas utilizando el Aparato Marshall. Luego de determinar la

34


37/45

estabilidad para cada una de las briquetas, se prepara un grfico de estabilidad MarshallModificado vs % de agua en la compactacin. Se seleccionar el mximo valor deestabilidad de la curva obtenida como el ptimo de humedad en la compactacin. Estevalor debe ser usado en todas las siguientes compactaciones independiente del contenidode cemento asfltico.

8.3.6. Variacin del contenido de asfalto residual

El Contenido de asfalto residual en una muestra agregado-emulsin asfltica, debedeterminarse a travs de una series de ensayos sobre muestras con diferentes contenidosde asfalto. Generalmente son suficiente cinco (5) muestras con una variacin de 1% porvez del porcentaje terico determinado en el punto c), con dos (2) incrementos porencima y dos (2) por debajo del ptimo terico determinado previamente.

Estas muestras se compactan, se someten a un curado dentro de un molde por 24horas, se colocan en un horno a una temperatura de 38 C, y una vez curadas son medidaspara determinar su espesor. Este ensayo requiere de la elaboracin de treinta (30)briquetas (seis (6) briquetas por cada diferente contenido de asfalto residual, de las cualesquince (15) sern falladas al aire una vez determinada su densidad y quince(15) sernsometidas a un ensayo de inmersin y vaco parcial.

8.3.7. Determinacin de las propiedades mecnicas de la mezcla compactada

Es necesario realizar una serie de ensayos y anlisis de la mezcla compacta paracompletar el diseo de la mezcla:

Gravedad Especfica Bulk

El mtodo empleado es el ensayo A.S.T.M. D 2726 Determinacin de la gravedadespecfica bulk y la densidad de mezclas asflticas compactadas usando muestrassaturadas y superficialmente secas.

Es usado solamente con mezclas compactadas densamente gradadas, prcticamenteno absorbentes, ya que al determinar el peso de la briqueta en el agua, se requiere queesta absorba la menor cantidad posible de agua.

Ensayo de Estabilidad Modificada y Flujo

Despus de determinar la densidad bulk sobrelas briquetas curadas se realizan los ensayos de

estabilidad y flujo, utilizando la prensa Marshall,Figura 15, haciendo la correccin por espesor ovolumen a cada briqueta. Las briquetas falladasse colocan en el horno para determinar lahumedad de la briqueta al momento de fallar.

Figura 15 Prensa Marsahll

35


38/45

Ensayo de Estabilidad Sumergida y Flujo

Por cada contenido de asfalto residual se elaboran seis6 briquetas, por lo que tres briquetas son sumergidastotalmente en agua dentro de un vaso desecador y sesomete a una presin de vaco constante e igual a 100mm de Hg, Figura 16, durante una hora, que sedisminuye paulatinamente, en una hora adicional, arazn de 25 mm de Hg. cada 15 minutos, hasta llevarlade nuevo a la presin atmosfrica. Luego de ensayartodas las briquetas para cada contenido de asfaltoresidual se determina la prdida de estabilidad,comparando las estabilidades en las briquetas falladasal aire con las obtenidas en las briquetas falladas luegode inmersin y vaco parcial.

Anlisis de Densidad y VacosLa Densidad seca bulk de cada briqueta se determina al multiplicar la gravedad

especfica bulk seca (Gd) por 1000 (densidad del agua a 25 oC). Mientras que para losvacos es necesario determinar previamente los pesos especficos bulk del agregado ensus fracciones (grueso, fino y filler) mediante los ensayos respectivos y el peso especficodel cemento asfltico. A partir de una serie de ecuaciones, Apndice B, se determinanlos vacos en la mezcla compactada:

Vacos totales en la mezclaVacos en el agregado mineral (V.A.M.)Vacos llenos de agua.Vacos con aire.

Los vacos son calculados para cada briqueta y cualquier valor que sea mayor del50% del promedio de las tres muestras no debe ser tomada en cuenta.

Absorcin

El clculo de la absorcin de humedad, por parte de la mezcla compactada, sedetermina al comparar las humedades de las briquetas falladas al aire con las humedadesde las briquetas sometidas a inmersin y vacos parcial, Apndice C.

8.3.8. Tendencias de las curvasCalculados los diferentes parmetros mencionados en el punto anterior para las treinta

(30) briquetas (5 contenidos de asfalto residual y 6 briquetas por cada punto), se procedea procesar las siguientes curvas:

Figura 16. Proceso de inmersin a unapresin de 100 mm de Hg

Densidad seca bulk (kg/m3) vs Contenido de asfalto residual (%)Estabilidad seca y humedad (lbs) vs Contenido de asfalto residual (%)

36


39/45

Prdida de estabilidad (%)Humedad absorbida (%)Vacos Totales (%)Flujo en pulg / 100

vsvsvsvs

Contenido de asfalto residual (%)Contenido de asfalto residual (%)Contenido de asfalto residual (%)Contenido de asfalto residual (%)

Las curvas tpicas son las expuesta en el Apndice B, sin embargo dichas curvasdonde se grafican las diferentes propiedades mecnicas de la mezcla asfltica compactadavaran entre tipos de agregados y gradaciones.

En los resultados es comn observar lo siguiente:

La estabilidad de las muestras sometidas a inmersin, generalmente revela unmximo para un valor particular de contenido de asfalto residual, mientras que laestabilidad seca generalmente presentar una continua disminucin con elincremento del contenido de asfalto. Algunas mezclas pueden presentar uncontinuo incremento en la estabilidad sumergida al aumentar el residuo asfltico, locual indica un efecto benfico al adicionar asfalto, sobre la estabilidad sumergida.La prdida de estabilidad en porcentaje generalmente disminuye al incrementar elcontenido de asfalto residual.

La densidad bulk seca usualmente alcanza un mximo valor para un contenidoparticular de asfalto residual.

El porcentaje de humedad absorbida por la mezcla en el ensayo de inmersindisminuye con el incremento del contenido de asfalto residual.

El porcentaje de vacos totales (aire ms humedad) decrece al incrementar el

contenido de asfalto residual.El flujo o deformacin de la briqueta al momento de falla, aumenta con el

contenido de asfalto residual.

8.3.9. Determinacin del contenido de asfalto ptimo

Para el clculo del contenido de asfalto ptimo se considera las siguientes premisas:

La mezcla compactada debe presentar una adecuada estabilidad cuando se ensayaen condicin sumergida, para proveer adecuada resistencia a las cargas del trficodurante las estaciones de lluvia.

El porcentaje de prdida de estabilidad de la muestra ensayada despus deinmersin respecto a la prueba en seco, no debe ser excesivo. Un porcentaje deperdida alto indica que la mezcla tiene una alta susceptibilidad a la humedad quepuede provocar su desintegracin en prematura.Los vacos totales dentro de la mezcla deben estar dentro de un rango aceptablepara evitar deformaciones permanentes. Vacos muy altos conllevan alta absorcin

37


40/45

de humedad y aceleran el proceso de oxidacin del asfalto, produciendo elenvejecimiento prematuro de la mezcla. Vacos muy bajos implican exudacin enla mezcla.

La absorcin de humedad en la mezcla no debe ser excesiva para minimizar el

potencial de prdida de adherencia entre el asfalto residual y el agregado.

El asfalto residual debe suministrar un adecuado recubrimiento del agregado yeste recubrimiento debe ser resistente al desprendimiento y abrasin.

Finalmente el contenido ptimo de asfalto residual, ser aquel que provea el mayorvalor de estabilidad sumergida; siempre que este valor pueda ser ajustado por arriba o pordebajo dependiendo de la Densidad Mxima seca Bulk de las briquetas ensayadas enseco, de la absorcin de humedad, del % de vacos totales y del cubrimiento delagregado. El contenido ptimo de asfalto residual deber cumplir con los criterios dediseo especificados en la Tabla 5.

Cabe destacar que los contenidos de humedad en el mezclado y compactacin puedentener un efecto significativo sobre los anteriores criterios en las mezclas agregado-emulsin, por lo tanto se recomienda usar el mnimo contenido de agua que permitesatisfacer la prueba de recubrimiento del agregado por parte del asfalto residual.

Tabla 5. Criterios de diseo Mtodo Marshall Modificado

PROPIEDADESESTABILIDAD A 22 C (lbs.)

Para basesPara rodamientos

500750

oM NIMO MXIMO

--

PORCENTAJE DE PERDIDA DE ESTABILIDAD DESPU S DELA SATURACIN E INMERSIN AL VACO


--

5025

--

PORCENTAJE DE COBRETURA DEL AGREGADO


5075

Nota: especificaciones indicadas para carpetas de rodamiento son lasexigidas en el Programa de Vialidad Agrcola, convenio M.T.C.-B.I.D.,

ao 1.992

38


41/45

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Antn R. y Salager J. L. (1990) Surfactantes. Cuaderno FIRP 300A. Universidad de

los Andes (ULA). Mrida.

Antn R. y Salager J. L. (1992) El mundo de los surfactantes. Cuaderno FIRP 311A.Universidad de los Andes (ULA). Mrida.

Antn R. y Salager J. L. (1992) Formulacin HBL, PIT y R de Winsor. CuadernoFIRP 210A. Universidad de los Andes (ULA). Mrida.

Antn R. y Salager J. L. (1993) Mtodos de Medicin de la Tensin Superficial oInterfacial. Cuaderno FIRP 205B. Universidad de los Andes (ULA). Mrida.

Asphalt Institute. Emulsiones Asflticas. Manual bsico Serie N 19. USABracho C. (1995) Desarrollo y Caracterizacin de Emulsiones Asflticas. Trabajo deAscenso a Profesor Asociado. Informe Tcnico FIRP N 9512 Universidad de losAndes (ULA). Mrida.

Hernndez A. y Orentas V. (2000) Diseo de mezcla arenaemulsin para laconstruccin de vas rurales. 2 Congreso Venezolano del Asfalto. Maracaibo. EstadoZulia

Trabajo Monografico de Pavimentos _ Emulsiones

Documents

Transcript of Trabajo Monografico de Pavimentos _ Emulsiones