Emulsiones asfalticas anionicas: Colocacion de mezclas asfalticas calientes

Introducción

En el mundo de hoy la forma más económica,
menos contaminante, y de menor consumo energético que
existe para aplicar una solución asfáltica en un
vial se logra con el empleo de las emulsiones
bituminosas.

El presente trabajo aborda un proyecto novedoso en Cuba
para la producción y explotación de emulsiones
asfálticas aniónicas en la construcción y
rehabilitación de los viales, llevado a cabo por la ECOING
25 Villa Clara que ha construido en su totalidad y usando un
mínimo de recursos una pequeña planta de
producción, que en estos momentos está pendiente a
que se le realicen los ajustes necesarios y se logre por el
organismo correspondiente su aval y certificación para el
uso de sus futuras producciones.

Historia

Las emulsiones del tipo asfáltico aparecieron en
el mercado a principios del siglo XX en diferentes lugares y con
usos muy diversos. A principios de 1900 (en 1905) se usó
por primera vez una emulsión asfáltica en la
construcción de carreteras en la ciudad de Nueva York; y
fue del tipo aniónica, se empleó en lugar de los
usuales caminos fabricados con material pétreo, como una
alternativa para evitar el polvo cuando transitaban los
vehículos.(2) A partir del año 1974 se produce un
desarrollo espectacular de las emulsiones asfálticas
producto de la crisis del petróleo que obligó a los
investigadores a optimizar todos los procesos
productivos.

En las últimas dos décadas, mucho esfuerzo
científico y tecnológico se ha dedicado al
desarrollo de los materiales asfálticos para la
construcción de las carreteras, debido a que cada
día las exigencias son mayores. La tecnología en
materia asfáltica se ha enfocado al desarrollo de carpetas
asfálticas con mayor duración, menor
deformación al paso de los vehículos,
impermeabilidad, más resistencia a la radiación
ultravioleta y mejor adherencia entre la mezcla asfáltica
y la base, ya sea sobre pavimento o encima de un substrato
pétreo.

Concepto

Es una dispersión fina más o menos
estabilizada de un líquido en otro, que no son miscibles
entre sí pero que están unidos por un emulgente.
Las emulsiones son sistemas formados por dos fases: parcial o
totalmente inmiscibles, en donde una forma la llamada fase
continua (o dispersante) y la otra la fase discreta (o dispersa).
(1)

Tipos de emulsiones

• Por la fase continua:

• Directas: La fase continua en
  agua.

• Inversas: La fase continua en
  aceite.

• Para impregnación. Se emplean en
  impregnaciones de subbases y/o bases
  hidráulicas.

• Superestables. Se emplean principalmente en
  estabilizaciones de materiales y en trabajos de
  recuperación.

• Por el tipo de Emulgente:

• Catiónicas: Poseen partículas
  que se dirigen en el ensayo de electroforesis hacia el
  cátodo (polo negativo). Estas emulsiones se encuentran
  cargadas positivamente. Su rotura ocurre de la inmediata
  atracción química de las micelas ionizadas del
  betún cargado positivamente con la superficie que se
  desee tratar que también está
  ionizada.

• Aniónicas: Poseen partículas
  que se dirigen en el ensayo de electroforesis hacia el
  ánodo. (polo positivo). Estas emulsiones se encuentran
  cargadas negativamente. Presentan buena afinidad y
  resistencia al desplazamiento frente a los áridos
  calizos, con un mal comportamiento respecto a los
  silíceos, las partículas del betún
  poseen carga negativa, de ahí la repulsión
  natural con estos últimos agregados El tipo de
  árido y los factores climáticos definen
  fundamentalmente la naturaleza y el tipo de emulsión a
  utilizar.

Ventajas del
empleo de las Emulsiones Asfálticas

La adquisición de esta tecnología para la
sustitución de los asfaltos diluidos en obras, al tiempo
que mejora la gestión ambiental trae resultados
económicos de ahorro en dinero, combustible, así
como un incremento de la productividad., además
de:

• Terminación rápida y competente de la
  actividad de colocación del Hormigón
  Asfáltico Caliente (HAC), plazos de ejecución
  más cortos por el aumento de la capacidad de
  colocación de HAC en 2,54 veces al disminuir el tiempo
  de curado.

• Facilidad de aplicación o riego de la
  emulsión asfáltica en comparación con
  los asfaltos diluidos, es posible trabajar bajo condiciones
  de cierta humedad ambiental, llovizna muy ligera o pavimento
  húmedo (no anegado), condiciones incompatibles con los
  asfaltos diluidos.

• Eliminación de las molestias al usuario y de los
  tiempos excesivamente largos de cierres al
  tránsito.

• Existencia de un mercado potencial de consumo, donde la
  emulsión asfáltica sirve de base en las
  formulaciones de productos específicos para la
  industria y la construcción en general.

• Es un ligante asfáltico no contaminante ni
  peligroso, ya que contiene agua como solvente, en cantidades
  de 35 a 40% incluyendo el aditivo.

• El manejo es sencillo y seguro debido a su baja viscosidad
  a temperatura ambiente.

• Su límite de almacenamiento es muy amplio, de
  semanas y meses.

• Tiene una gran adhesión con el agregado
  pétreo, incluso en condiciones de humedad.

• Permite una mayor funcionalidad en la obra al ser
  aplicable en un lapso de tiempo corto.

• Sencillez y bajo costo energético en el equipo de
  aplicación al poderse extender a temperatura
  ambiente.

Principales características que deben cumplir
las emulsiones asfálticas aniónicas
(3):

Clasificación de las emulsiones
asfálticas aniónicas:

• EA-RR (Emulsión aniónica de rotura
  rápida): Caracterizada por su rápida rotura al
  ser aplicada y normalmente inadecuada para ser mezclada con
  materiales pétreos. Deberá separarse en sus
  fases antes de 15 minutos de aplicada. Usada en
  frío.

• EA-RM (Emulsión aniónica de rotura
  media): Con suficiente estabilidad, que permita su mezclado
  con materiales pétreos sin producirse su rotura.
  Deberá separarse en sus fases antes de 8 horas de
  aplicado. Usada en frío

• EA-RL (Emulsión aniónica de rotura
  lenta): Presenta suficiente estabilidad para ser mezclada con
  todo tipo de materiales pétreos, incluyendo aquellos
  que poseen gran cantidad de finos y alta actividad
  química como el cemento. Deberá separarse en
  sus fases después de 24 horas de aplicada. Usada en
  frío.

Emulgentes

Del tipo de emulgente utilizado deriva la naturaleza
aniónica o catiónica de la emulsión, como de
la dotación del emulgente utilizado en la emulsión
dependerá en unión con el área
específica de los áridos, la velocidad de rotura de
la misma. Un incremento en la cantidad de emulgente
ampliará por lo tanto el tiempo de rotura, de
rápida podrá convertirse en media o estable, o de
estable podrá llegar a superestable etc…

Cuando se utilizan emulgentes especiales que reaccionan
con los hidrocarburos del asfalto en algunas emulsiones de
naturaleza aniónica, el betún residual podrá
mostrar un comportamiento reológico diferente al del
asfalto base, denominando a la emulsión resultante como
emulsión de reología modificada.

Usos de la emulsiones aniónicas.
(3)

Proyecto
propuesto por la ECOING 25 Villa Clara para la producción
y explotación de la Emulsión Aniónica en la
construcción y rehabilitación de los
viales

Se decidió utilizar una emulsión
asfáltica aniónica de rotura media (EA – RM
– 60 %) con una viscosidad de (20 – 100) segundos, un
residuo por destilación de un 55 % y por
evaporación (55 – 72) %. porque este tipo de
emulsión presenta buena afinidad y resistencia al
desplazamiento frente a los áridos calizos que representan
el 90 % en la provincia de Villa Clara.

La emulsión está compuesta por:

• 60% de asfalto: Se recomienda utilizar el
  asfalto (150-200) que es menos viscoso y por tanto requiere
  de una menor temperatura (120° C-130° C) para la
  elaboración de la emulsión. En caso de usar el
  asfalto (50-70) se calentará a una temperatura que
  oscile en el rango de los (160° C – 180°
  C).

• 38.5% de agua destilada con un PH entre
  (9-11)

• 1.5% de emulgente, resina vegetal (Vinsol)
  (80 – 85) % y sosa cautica (10 – 15) %.

Proceso de producción:

La emulsión se elabora haciendo pasar el asfalto,
el agua y el agente emulsificante a través de un molino
coloidal que es un dispositivo en el que se somete a un esfuerzo
cortante enérgico la mezcla, obligándola a pasar
por ranuras u orificios muy estrechos a una gran velocidad. Estas
condiciones del número de revoluciones y holgura tienen
especial importancia en las fuerzas que se desarrollan para
fabricar la emulsión y, por lo tanto, en la calidad final
de la misma.

El asfalto debe tener una temperatura adecuada que no
sobrepase los 195º C a efecto de que su viscosidad sea lo
suficientemente baja para permitir su dispersión en gotas
microscópicas, la temperatura del agua puede oscilar entre
los 30º C y 60º C, según los tipos de ligantes
utilizados, subir más esta temperatura no proporciona
ninguna ventaja en la calidad de la emulsión, ya que la
única manera de mantener esta propiedad es fabricarla con
un ligante lo suficientemente caliente y poco viscoso.

Almacenaje:

La planta de emulsión constará con un
tanque de almacenamiento con capacidad de 5000 litros de una
altura mayor que su diámetro, colocado en forma vertical
para así lograr una menor exposición de la
emulsión con el oxígeno, constará de un
sistema de remoción formado por 3 juegos de paletas en el
interior del mismo que permitirá mantener la
emulsión en constante movimiento, de esta forma
será posible almacenarla hasta 6 meses.

Los de los equipos de transporte que han contenido otros
productos o sustancias bituminosas ó de cualquier otro
tipo, han de limpiarse totalmente antes de incorporarles la
emulsión asfáltica, a fin de evitar su
contaminación y la alteración de sus
propiedades.

Recomendaciones para su colocación en
obra:

Si la emulsión va ser aplicada sobre pavimento
asfáltico se recomienda un tiempo promedio de rotura de
aproximadamente 2 horas, si es sobre terraplenes este tiempo
puede sobrepasar un poco el anterior. Sobre capas de pavimento la
emulsión tiene un rendimiento entre (0.4 – 1) l/m²,
mientras que encima de suelo entre (0.8 – 2) l/ m².
Para lograr la calidad requerida es necesario limitar totalmente
la circulación de cualquier vehículo sobre el
área pintada durante el proceso de curado de la
emulsión.

Se verificará:

• Que el material utilizado cumpla los requerimientos
  establecidos.

• Que el riego sea uniformemente distribuido,
  garantizado que forme una película muy delgada,
  viscosa y pegajosa.

• Que no se comience a pavimentar hasta no comprobar
  la eliminación del agua sobre la superficie regada
  tanto por evaporación como por
  escurrimiento.

Estudio de factibilidad técnica del empleo de
las Emulsiones Asfálticas y sus beneficios para el MICONS
0ctubre / 2012

Según un estudio de factibilidad realizado por la
empresa ECOING 25 y considerando que la composición de las
emulsiones tiene una proporción de 50 % de asfalto base y
50 % agua + emulgente, se determinó que el uso masivo de
la emulsión asfáltica representará un
importante ahorro de dinero al año por toneladas de
asfaltos diluidos, además de descender a la mitad el
consumo de combustible diesel producto de la
transportación, como se demuestra a
continuación:

• Ahorro en asfalto base: 481 544 litros X 0.67
  pesos/litro = 322 635 pesos.

• Ahorro en combustible diesel:7 360 litros X 0.99
  pesos/litro = 7 287 pesos

Conclusiones

La adquisición de esta tecnología para
sustituir los asfaltos diluidos en obras, traerá
resultados económicos de ahorro en dinero, combustible,
así como un incremento de la productividad, además
de una terminación rápida y competente de la
actividad de colocación del hormigón
asfáltico caliente, plazos de ejecución más
cortos y eliminación de las molestias al usuario y de los
tiempos excesivamente largos de cierres al tránsito
conjuntamente con la mejora de las condiciones ambientales del
entorno donde se aplique.

Se pretende extender esta experiencia a todo el
país por los beneficios que reportará en el futuro,
la cual se irá perfeccionando a medida que se implemente,
disminuyendo aún más los costos de
producción y colocación en toda la red
vial.

Bibliografía

• 1. Rodríguez Talavera R,
  Castaño Meneses V. Manuel, Martínez Miguel.
  (2012). Emulsión Asfáltica Madrid Documento
  Técnico # 23, Sanfadila, Qro.

• 2. Las emulsiones asfálticas. Cremades
  Sufras Ignacio, Álvarez Cesar, Benítez Raimundo
  Quimikao.

• 3. NC 254: primera edición (Junio 2005),
  Carreteras—Emulsión asfáltica
  aniónica—Requisitos.

• 4. Amoedo, W. (Cuba 2010), Manual
  de pavimentación con soluciones asfálticas en
  frio Tema: Emulsiones Asfálticas

• 5. Allegues Suárez Ricardo Santa Clara,
  0ctubre 7 de 2012, Estudio de factibilidad técnica del
  empleo de las Emulsiones Asfálticas y sus beneficios
  para el MICONS. Área Producción Empresa ECOING
  25

• 6. Cremades Ignacio, 7 de Febrero del 2001 Las
  emulsiones asfálticas en México, avances y
  experiencias importancia de la formulación de las
  emulsiones para asegurar su comportamiento en campo, Surfax
  SA de CV

• 7. Soengas Cecilia, Piermaria Christian,
  Rebollo Oscar, Botasso Gerardo Pavimentos Elaboracion y
  control de calidad de las emulsiones asfálticas–
  T 138 Universidad tecnológica nacional facultad
  regional La Plata, Argentina

• 8. Solano Martínez Castro Alberto,
  Exposición congreso Cila Xiv-Cuba, Tema Molinos
  coloidales y plantas de emulsiones asfálticas y de
  asfalto modificado con polímeros, 901 Capital federal
  Buenos Aires Argentina.

Autor:

Ing. Osmel Lorenzo Uria

  – Entidad donde labora y teléfono: Ecoing # 25.
Villa Clara 

– Títulos Académicos: Ingeniero Civil 

– Cargos y categorías docentes o
científicas: