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: