Mezclas Asfalticas Tibias

MEZCLAS ASFALTICAS TIBIAS

ANTECEDENTES

El concepto de mezcla tibia surgió en el año de 1995 en diferentes países de Europa, tras la necesidad de una mezcla bituminosa que ofreciera economía en energía y tuviera el mismo desempeño de las mezclas bituminosas en caliente. La conferencia de las Naciones Unidas para el ambiente y el desarrollo sostenible que se celebró en Rio de Janeiro en 1992 marcó el inicio de conciencia universal de los riesgos de daño mirando hacia este planeta. La destrucción de los recursos naturales y el cambio del clima son la principal causa de daño e interrupción de los ecosistemas, causados en mayor medida por la industria, agricultura y el transporte. Este pensamiento fue formalizado con el Protocolo de Kyoto en el año de 1997 en la United Nations Framework Convention sobre el cambio climático, un compromiso en particular surgió, el de bajar las tasas de emisiones de gases de invernadero. Entre 1997 - 1999, se construyen los primeros pavimentos con WMA (Warm mixAsphalt)en Europa. En el año 2002 la NAPA (National asphalt pavement association), realizaron un tour en Europa, así, en el año 2003 se realizo la primera convención sobre desarrollo de WMA

ANTECEDENTES

En el año 2004 se realiza la demostraciones del funcionamiento de las mezclas asfálticas tibias y se realizaron pruebas en Estados Unidos con Aspha min. Entre los años 2005 -2006 se realizaron muchas mas pruebas para realizar este tipo de pruebas y la NCAT (National Center for Asphalt Technology) realiza algunas publicaciones sobre investigaciones realizadas sobre Aspha – min, Sasobit y Evoterm. En el año 2007 la FHWA (Federal Highway Administration) analizaron la posibilidad de realizar vías con esta metodología, en este mismo año la AASHTO/NCHRP realizo proyectos de investigación sobre el tema. Del 11 – 13 de Octubre del 2011 la NAPA realizara el segundo congreso sobre WMA. El desarrollo de esta tecnología es enfocada en la reducción de temperatura de mezcla y compactación, esta nueva alternativa facilita el trabajo de pavimentación en los países en los que el invierno es muy riguroso, una vez que la mezcla tibia enfría más lentamente que la mezcla en caliente

ASFALTO

El asfalto es un material anisotrópico, discontinuo e heterogéneo; este material es considerado como un material coloidal, formado por una fase asfalténica, solida o dispersa, las cuales están suspendidas fase malténica, liquida o dispersante. El asfalto es un material termoplástico, el cual es complejo desde el punto de vista químico ya que es obtenido como el residuo en el proceso de refinación del petróleo crudo. Esto hace que el control de calidad de este material sea pobre, además de que sea una mezcla muy compleja de estructuras químicas complicadas.

ASFALTO

Sin embargo, este es un material de suma importancia para la industria de la construcción por sus propiedades de consistencia, adhesividad, impermeabilidad y durabilidad, y sobre todo por el relativo bajo costo ya que, es el residuo en el proceso de refinación del petróleo. El asfalto o bitumen en una mezcla asfáltica varia únicamente entre el 5 - 8 % en peso y el resto es constituido por los pétreos, la variación de estos porcentajes depende del tipo de agregados, del tipo de bitumen y de la calidad de estos en la mezcla asfáltica.

ASFALTO

El comportamiento del asfalto depende de su composición química que a su vez depende de la fuente de procedencia y del proceso de refinación. El asfalto es muy susceptible a los cambios de temperatura y sufre envejecimiento por intemperismo para largos tiempos de exposición, también afectado por la oxidación. Respecto a sus propiedades mecánicas éstas son muy pobres ya que es quebradizo a bajas temperaturas y fluye a temperaturas un poco arriba de la temperatura ambiente; tiene además una baja recuperación elástica.

NECESIDAD DE MEJORAR EN LOS ASFALTOS EXISTENTES EN COLOMBIA

Incrementar la adherencia asfalto - pétreos, esto también se logra controlando el efecto del agua sobre esta adherencia. Incrementar la permeabilidad y en cierta forma la resistencia del bitumen al efecto negativo del agua sobre este. Incrementar la durabilidad del asfalto, pero esto en términos de incrementar la vida de este con respecto al envejecimiento, ya sea desde el proceso de producción de la mezcla, como en los procesos de puesta en obra. Mejorar la trabajabilidad, lo que se ve reflejado en un fácil manejo del material en condiciones normales y para el proceso de compactación, sin disminuir o extralimitar este proceso más allá del diseño

NECESIDAD DE MEJORAR EN LOS ASFALTOS EXISTENTES EN COLOMBIA

Existen en nuestro medio y en el desarrollo tecnológico alcanzado, dos formas básicas para mejorar la calidad de un asfalto, una es sin modificar el asfalto con aditivos que generen el incremento de las posibilidades antes mencionadas y la otra forma es modificando el asfalto.

MEZCLAS ASFALTICAS SEGÚN TEMPERATURA DE MEZCLADO

La mezcla en frio (Cold Mix Asphalt – CMA) con una temperatura de mezclado que varía de 25°C – 60°C La mezcla semicaliente (Half – Warm Mix asphalt – HWMA) con una temperatura de mezclado que varía de 60°C – 100°C La mezcla tibia (Warm Mix Asfalt - WMA) con una temperatura de mezclado que varía de 100°C – 145°C La mezcla en caliente (Hot Mix Asphalt – HMA) con una temperatura de mezclado que varía de 145°C – 180°C

TIPOS DE MEZCLAS A BAJA TEMPERATURA

MEZCLAS ASFALTICAS SEGÚN TEMPERATURA DE MEZCLADO

MEZCLA TIBIA (WARM MIX ASFALT - WMA)

Los principales objetivos en la realización de este tipo de mezclas son: Reducción de las temperaturas de producción de la mezcla asfáltica, claro esta sin comprometer la calidad final de esta, o de la mezcla puesta en obra. La temperatura de mezcla influye directamente con la viscosidad del asfalto puesto en obra, que a su vez incide en la compactación, así, con la disminución de la temperatura de mezclado, la mezcla se vuelve más viscosa y resistente a la deformación, lo que disminuye la generación de poros o bolsas de aire al interior de la mezcla con cierto grado de compactación. 145°C – 180°C

MEZCLA TIBIA (WARM MIX ASFALT - WMA)

La necesidad de reducir las temperaturas de producción y de puesta en obra de las mezclas en caliente como una necesidad para disminuir los costos de producción. Así mismo reduciendo los efectos nocivos producidos al medio ambiente, se da por disminución en el consumo de energía lo que afecta directamente los costos de producción en una planta. Otro factor de interés es la reducción de emisión de olores tanto en planta como en obra.

ADITIVOS Y PROCESOS

Aspha- min zeolite Sasobit Evotherm Double barrel green Rediset™ WMX Revix™ WAM-Foam Low-Energy Asphalt Otros

ADITIVOS TIPO DE PROCESO

PROCESO LEA (LOW ENERGY ASPHALT)





PROCESO LEA (LOW ENERGY ASPHALT) CARACTERISTICAS

Las mezclas con tecnología LEA se pueden fabricar tanto en plantas continuas como discontinuas realizando pequeñas modificaciones para el control de los humos y la adición de la arena.

La formulación de las mezclas templadas se realiza con la misma composición que para una mezcla convencional Las mezclas templadas se pueden diseñar empleando betunes tanto convencionales como modificados Presentan una vez puestas en obra un comportamiento mecánico semejante al de las mezclas convencionales

PROCESO LEA (LOW ENERGY ASPHALT) RESULTADOS

Reducción en el consumo de combustibles fósiles Reducción en la emisión de gases de efecto invernadero Mejora de las condiciones de trabajo del personal por la disminución de la temperatura y ausencia de humos Posibilidad de aumento en el tiempo de uso desde su fabricación hasta su extendido por la menor variación que se produce en el gradiente de temperatura

ADITIVOS ASPHA- MIN ZEOLITE

Este es un producto de Europa GmbH, Bottrop en Alemania, es un zeolite sintético en polvo (hidrato sódico de silicato de aluminio) que ha sido cristalizado por temperatura. Contiene aproximadamente un 21% de agua en peso que la cede a una temperatura entre 85 – 180°C, lo cual incremente el volumen de la mezcla, mediante este proceso disminuye la viscosidad y mejora la manejabilidad de la mezcla, el productor recomienda un 0,3% de Aspha – min en peso, del total de peso de la mezcla, generando una reducción de 30°C en la temperatura de producción de la mezcla

ADITIVOS ASPHA- MIN ZEOLITE

El uso de Alpha – min en la planta de producción. Se puede adicionar directamente en la tolva de finos, o a través de la tolva de RAP, o a través de un sistema adicional a la planta alimentándolo con bandas. Los productores del aspha – min dicen que “ no es necesario adicionar ningún sistema, que la adición de este material se lo puede hacer directamente al filler”.

ADITIVOS ASPHA- MIN ZEOLITE Beneficios

Compatible con todos los tipos de carpetas usados actualmente. Compatible con todos los tipos de mezcla usados actualmente. Compatible con el uso de RAP. El manejo fácil de la dosificación. Estable en almacenamiento en estado seco, ya que no necesita ningún ambiente complejo de almacenamiento Ninguna modificación de la planta para su uso Ninguna prolongación del tiempo de mezcla

ADITIVOS SASOBIT Sasobit es un producto de Sasol Wax Intenacional y ha sido comercializado en Europa y Asia desde 1997. Es una parafina solida comercialmente conocida como FT, de estructura cristalina, producto de la gasificación del carbón que genera una mezcla larga de hidrocarburos.

El punto de fusión de Sasobit es aproximadamente 100 C, que a su vez es en el asfalto temperaturas superiores a 120 C, de esta forma reduce la viscosidad en la mezcla, reduciendo las temperaturas de producción en la mezcla entre 18 – 54 C, este efecto de reducción de temperatura de mezclado reduce las emisiones de humo, que también reduce la energía necesaria para la producción de temperaturas normales en una mezcla en caliente. El productor Sasol Wax Internacional sugiere que la adición óptima es de un 3% del peso total de la mezcla.

ADITIVOS SASOBIT

El uso de Sasobit en la planta de producción

Sasobit está disponible como hojuelas o como material granulado para adición directa en la mezcla. En experiencias realizadas en Europa, África y Asia, este material se ha agregado directamente a la mezcla del agregado o en estado liquido por medio de un molde dosificador. Sasol Wax Internacional sugiere que se puede realizar una mezcla con alquitrán caliente en planta usando un agitador simple

ADITIVOS SASOBIT

ADITIVOS SASOBIT Beneficios

Reduce los vacios en el proceso de compactación. Se redujo el envejecimiento del asfalto después de la realización de la mezcla. Se redujo la temperatura de mezclado. No se reduce el modulo resiliente en comparación con un asfalto convencional Incremento en la manejabilidad de la muestra. Compatible con uso de RAP Reducción de emisiones de gases nocivos Reducción de consumo de energía

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS DENSIDAD

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS MODULO DINÁMICO

Modulo Dinámico (E). Estudio realizado en la Universidad de Michigan en los Estados Unidos denominado - Evaluación en laboratorio del diseño de WMA. Diseño a través del programa MEPDG Mechanistic Empirical Pavement Design Guide desarrollada por NCHRP (National Cooperative Highway Research Program - Programa Nacional de Investigación de Carreteras. Las temperaturas usadas para determinar el modulo dinámico fueron a -5, 4, y 21.1 °C. La frecuencia usada para el ensayo fue de 0.1, 0.5, 1, 5, 10 y 25 Hz y 5 tipos de mezclas variando el porcentaje de adición del aditivo Aspha-min y la temperatura de mezcla.



A partir de MEPDG y de los datos obtenidos de Modulo dinámico y condiciones ambientales del lugar del ensayo se observa también la probabilidad de presentarse ahuellamiento

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS PRUEBA DE COMPRESIÓN CICLICA

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS PRUEBA DE COMPRESIÓN CICLICA

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS ENSAYO DE TENSION INDIRECTA

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS ENSAYO DE TENSION INDIRECTA

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS LRT LOADED WHEEL TRACKING (HAMBURG TYPE) TEST - ENSAYO DE CARGA DINÁMICO

ENSAYOS REALIZADOS A LAS MEZCLAS LRT LOADED WHEEL TRACKING (HAMBURG TYPE) TEST - ENSAYO DE CARGA DINÁMICO DE LLANTA


PG 76-22 HMA Binder Course Sasobit* Modified Binder Course

Sample Type Compacted Beams Sample Type Compaeted Beams

Sample ID LA 1 Barriere Sample ID LA 1 Barriere

Test Condition 50°C Wet (á) 56 PPM

Test Condition 50°C Wet (á) 56 PPM

Avg. Rut Depth @ 20,000 4.3 mm Avg. Rut Depth @ 20,000 3.0 mm


RESULTADOS EN LA PLANTA DE PRODUCCIÓN

Comparando una mezcla convencional HMA con una WMA se llega a las siguientes conclusiones con respecto a ahorro de combustible y emisiones de gases. 40% reducción en consumo de combustible; 31% reducción de emisiones de CO2; 29% reducción de emisiones CO y; 62% reducción de emisiones NOx.






EXPERIENCIAS AVENIDA ING. HUERGO BUENOS AIRES, ARGENTINA

EXPERIENCIAS EN CASO DE LLUVIAS

BENEFICIOS DE LAS MEZCLAS TIBIAS

Reducción de la temperatura de compactación para un intervalo de 90º a 130ºC. La durabilidad de los pavimentos es potenciada debido a la mejor compactación de la mezcla asfáltica que conduce a un menor volumen de vacíos. La mezcla asfáltica a temperaturas más bajas minimiza el envejecimiento del ligante bituminoso por oxidación, preservando su respuesta elástica principalmente en lo que concierne a la fatiga. Mejora el manejo de la mezcla bituminosa, facilita y optimiza la compactación de la mezcla. Reduce el consumo de combustible de la planta hasta en un 30%. Reduce la emisión de gases como CO2, CO y NO2, mejorando la calidad del aire durante la producción de la mezcla asfáltica. Reduce la exposición de los trabajadores a los humos y olores tanto en la planta como en la obra.

BENEFICIOS DE LAS MEZCLAS TIBIAS

Permite la aplicación de mezcla bituminosa en regiones geográficas más frías, en estaciones más frías y en períodos más fríos (servicio nocturno o a grandes distancias). Permite el transporte de mezcla bituminosa a distancias mayores por el potencial de enfriamiento menor. Permite reiniciar el tráfico sobre la mezcla asfáltica de manera más rápida. Posibilita la ejecución de remiendos y aplicación de capas delgadas con mejor calidad frente al enfriamiento. Permite la utilización de un volumen de RAP (asfalto reciclado). Permite la aplicación en lugares de acceso restringido, trabajo urbano y de conservación (como juntas, trabajos manuales e incluso remiendos superficiales y profundos) con mejor calidad y acabado. Estos servicios por su característica demandan mayor cantidad de tiempo para ser ejecutados y en condiciones normales perjudicarían la calidad de la aplicación de una mezcla bituminosa en caliente tradicional.

CONCLUSIONES

El desarrollo tecnológico mundial, enfocado a mejorar los procedimientos, reduciendo los daños producidos por el hombre al medio ambiente, debe prevalecer como una alternativa desde el punto de vista del Ingeniero. La calidad en la construcción de una obra vial debe mirarse desde todos los puntos de vista de un proyecto, no solo debe prevalecer un análisis netamente económico, técnico o ambiental, las políticas mundiales nos llevan a mantener un equilibrio entre todas las partes que componen un proyecto vial La reducción de emisiones nocivas debidas a la producción de asfaltos convencionales debe ser primordial en el diseño y generación de nuevas alternativas de desarrollo, mantenimiento y sostenimiento, para prevalecer en un medio, afectándolo de la menor manera posible sin producir cambios en un futuro.

CONCLUSIONES

La mezcla tibia tiene efectos positivos en cuatro áreas importantes:

Reduce las emisiones de hidrocarburos volátiles Elimina los olores desagradables Disminuye la oxidación del asfalto líquido durante la producción Reduce el consumo del combustible.

CONCLUSIONES

Nosotros como Ingenieros y futuros Especialistas de Pavimentos, debemos ser consientes que nuestra misión es el servicio a la humanidad y para ello debemos estar en constante actualización, desarrollando una mente investigativa y ser voceros de la aplicación de tecnología que permitan reducir costos, reciclar los materiales utilizados en la construcción y ser pioneros en la implementación de estas

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Documents

Mezclas Asfalticas Tibias