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. B I B L I O T E C A
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN, A.C.
LICENCIATURA EN INGENIERÍA DE CONSTRUCCIÓN RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL DE ESTUDIOS DE LA S.E.P. SEGÚN ACUERDO No. 00912258 DE FECHA 22 DE DICIEMBRE DE 1991
DISEÑO Y APLICACIÓN DE MORTEROS ASFÁLTICOS
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO CONSTRUCTOR
P R E S E N T A N
AURELIO B. MORALES OCAMPO
ADOLFO RUIZ VILLANUEVA
MÉXICO D.F.1996
DEDICATORIAS
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2
JUSTIFICACIÓN
DISEÑO Y APLICACIÓN DE MORTEROS ASFÁLTICOS
Los morteros asfálticos son una solución apropiada para los problemas
actuales que presenta la ciudad de México en los pavimentos existentes, ya que
estos se encuentran en mal estado y necesitan ser reparados.
Actualmente, la reparación superficial con morteros asfálticos ha tenido mucho
auge, ya que es un procedimiento sencillo, bajo en contaminantes y económico,
debido a que pueden realizarse mezclas en frío en el lugar de las obras, logrando así
la economía en su producción y tendido de los mismos.
En el proceso de la elaboración intervienen agregados pétreos clasificados,
agua y el ingrediente principal asfalto, además intervienen una serie de equipos y
maquinaria con características específicas para la producción y tendido de los
morteros asfálticos. Por lo anterior, podemos darnos cuenta de que los materiales
que intervienen en la producción de los morteros asfálticos son fáciles de conseguir.
Es muy importante que las nuevas generaciones, así como, los ya
profesionistas de la especialidad en morteros asfálticos conozcan las nuevas
alternativas de procedimientos de fabricación y tendido de los mismos, ya que sin
duda son una buena alternativa para lograr un resane y protección de las carpetas
asfálticas ya existentes y tomar conciencia de que es un producto económico, bajo en
contaminantes y fácil de elaborar.
La finalidad de elaborar una tesis sobre el tema de los morteros asfálticos
nace de las constantes investigaciones tanto documentales como de campo, debido
a esto estamos en posición no solo de analizar sino también de comparar los
métodos convencionales contra este método en particular.
La participación más directa que tenemos sobre el diseño y aplicación de los
morteros asfálticos se logró con la participación del grupo de gentes que laboró en la
rehabilitación del pavimento del anillo periférico, en el tramo comprendido entre
Miramontes- Canal Nacional.
En esta obra pueden apreciarse de manera directa todos los factores que
intervienen desde el diseño hasta el tendido de morteros asfálticos, de esta manera
pudimos resolver algunas incognitas sobre el tema.
3
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL: Exponer la aplicación práctica de los morteros asfálticos en el
periférico de la Ciudad de México, tramo Miramontes-Canal Nacional a través de mi
experiencia laboral.
Capítulo I.- Morteros asfálticos.
Este producto sirve en la construcción de caminos, protegiendo,
rellenando, recubriendo y proporcionando una mayor resistencia al derrapamiento,
además proporciona un color uniforme, mejor textura, etc.
Objetivo: Determinar recubrimiento y protección adecuados en las
carpetas asfálticas.
Capítulo II.- Diseño de morteros asfálticos.
Es necesario determinar las calibraciones y proporciones necesarias
para la producción de morteros asfálticos de calidad.
Objetivo: Describir el procedimiento de elaboración para las mezclas
de morteros asfálticos.
Capítulo III.- Proceso constructivo.
Se describen las aplicaciones, tipos, controles y tendidos de los
morteros asfálticos.
Objetivo: Explicar las aplicaciones, control de tráfico y tendido de los
morteros asfálticos.
Capítulo IV.- Pruebas de laboratorio para morteros asfálticos.
Se especifican las características de los agregados así como la
proporción óptima de las mezclas por medio de las pruebas de laboratorio.
Objetivo: Obtener el análisis cualitativo de las diferentes mezclas
asfálticas a partir de las pruebas de laboratorio correspondientes.
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B 1 B i i n T u A
Capítulo V.- Control de calidad.
Se determina la calidad obtenida de los morteros asfálticos tanto en
campo como en el laboratorio.
Objetivo: Comparar los índices exigidos por las normas mexicanas, los
del cliente, los del supervisor y los resultados obtenidos del laboratorio de
pavimentos.
Capítulo VI.- Emulsiones asfálticas.
Definiciones de las emulsiones asfálticas, así como, sus componentes,
naturaleza y tipos.
Objetivo: Presentar un reporte general de los componentes,
naturaleza y tipos de emulsiones asfálticas.
5
Í N D I C E
Presentación 1
Dedicatorias 2
Justificación 3
Objetivos 4
índice 6
Introducción 8
Capítulo I.-Morteros asfálticos 10
1.1 Características y usos de los morteros asfálticos 16
1.2 Materiales 18
1.3 El deterioro de los pavimentos 22
Capítulo ll.-Diseño de morteros asfálticos 23
11.1 Descripción del pavimento por tratar 25
11.2 Determinación de objeto de tratamiento 26
11.3 Evaluación y selección de materiales 27
11.4 Diseño de mezclas de morteros asfálticos 29
11.5 Estimación del contenido óptimo de asfalto (COA) 32
11.6 Mantenimiento de aplicaciones 34
11.7 La rastra 35
Capitulo lll.-Proceso constructivo 36
111.1 Aplicaciones 38.
111.2 Tipos reconocidos de morteros asfálticos 41
111.3 Control de tráfico en el lugar de trabajo 43
111.4 Tendido de morteros asfálticos 44
111.5 Compactación 47
111.6 Problemas especiales 48
Capítulo IV.-Pruebas de laboratorio para morteros asfálticos 52
IV. 1 Características de los agregados 54
IV.2 Agua 57
IV.3 Material fino 59
6
IV.4 Determinación de proporción óptima de mezclado 60
IV.5 Pruebas de mezclado 61
IV.6 Pruebas para morteros asfálticos 64
IV.7 Reporte de resultados de las pruebas 65
Capítu lo V. -Contro l de cal idad ee
V.1 Equipo 69
V.2 Maquinaria mezcladora y tendedora 70
V.3 Barra rodadora de agua 73
V.4 Barrido 74
V.5 Compactación 75
V.6 Limpieza de trabajo 76
V.7 Bitácora (registro de obra) 77
Capítu lo V l . -Emuls iones asfált icas 78
VI.1 Generalidades so
VI.2 Definiciones 81
VI.3 Componentes de las emulsiones 85
VI.4 Naturaleza y tipos de emulsiones 88
VI.5 Propiedades básicas y características de las emulsiones 91
VI.6 Elaboración de emulsiones 102
VI.7 Pruebas de laboratorio para emulsiones 106
VI.8 Ensayos sobre emulsiones 107
Conclusiones 110
Apéndice 112
Bibliografía 119
7
INTRODUCCIÓN La tendencia en la industria de la pavimentación es la de lograr una medida
cuantitativa y cualitativa de la uniformidad de un pavimento determinado. En ciertas
obras, la medida se realiza evaluando la rugosidad de una superficie acabada por
medio de instrumentos, mientras que otras se basan en la experiencia o normas
específicas. Cualesquiera que sea el método empleado, cada vez es más común
ofrecerle a los contratistas incentivos o multas por trabajos inferiores a los
especificados en la norma. Si los factores involucrados en la producción de
pavimentos más lisos se pudiera clasificar, cabría en una de estas tres clases; la
importancia de la gestión adecuada de los materiales, una operación de
pavimentación continua y un diseño mejorado de las muestras.
Los pavimentos deben ser diseñados de forma tal que las técnicas de
rehabilitación representen un ahorro de energía y sean menos costosas que los
pavimentos construidos con materiales convencionales.
En este trabajo se expondrá la aplicación de los morteros asfálticos en el
pavimento del periférico de la ciudad de México, en el tramo de Miramontes a Canal
Nacional.
El mortero asfáltico es el tratamiento para pavimentos más versátil, se
requiere de poca energía para su colocación, ya que resulta del uso de materiales
muy comunes en la construcción.
El mortero asfáltico se distingue de los otros tratamientos superficiales por su
característica de depositar una película o capa en la superficie de un pavimento de
acuerdo a la textura o superficie demandada o requerida.
En el primer capítulo se habla sobre las características y usos más
importantes de los morteros asfálticos.
El siguiente capítulo determina la calibración y los proporcionamientos
necesarios para producir un mortero de calidad.
En cuanto al proceso constructivo se describen las especificaciones, el tipo de
tráfico y el tendido del mortero asfáltico.
Para las pruebas de laboratorio se especifican las características de los
agregados y la proporción óptima de las mezclas en base a criterios de estricto
control de calidad. El objetivo principal será el obtener el análisis cualitativo de las
diferentes mezclas.
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^ Í H L Í O T E C A
CAPITULO I MORTEROS ASFÁLTICOS
10
I) MORTEROS ASFÁLTICOS.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS.
La posibilidad de aplicar un recubrimiento de asfalto o agregados pétreos sin
tener primero que licuar el asfalto o disolverlo en otro hidrocarburo como diesel, se
hizo realidad hace casi 45 años, cuando se inició el desarrollo de las emulsiones
asfálticas. Los métodos para fabricar emulsiones estables y la obtención de las
características deseadas se acrecentaron lo suficiente a lo largo de 25 años para
animar a los investigadores a ensayar y ver que obtendrán al mezclar agregados
graduados con emulsiones asfálticas.
Cuando se comenzaron a desarrollar los morteros asfálticos se utilizaba
agregado máximo de hasta 1 mm, lo cual indica que sus principios estaban en los
riegos de sello.
Al final de los años 20's y comienzo de los 30's se intentó en Francia y
España sobrestabilizar las emulsiones asfálticas aniónicas para que admitieran filler.
Por la misma época, el Dr. Oberbach en Alemania puso a punto un producto
denominado schlamme que poseía características similares al de un mortero
asfáltico.
En un principio las emulsiones fueron aniónicas ya que estas eran más fáciles
de sobrestabilizar y modificar para que pudieran mezclarse con agregados y filler.
Apareció el tipo SS-1 (en España, EAL-1), cuyas primeras aplicaciones fueron las
estabilizaciones de suelos y las mezclas densas.
Posteriormente se iniciaron sistemas de extensión continua de morteros. Los
camiones utilizados para transporte de concreto hidráulico, servían perfectamente
para mezclar los componentes de los morteros y extenderlos con el camión a baja
velocidad.
En un principio esto sirvió para posteriormente ir mejorando el sistema.
Un gran adelanto se logró cuando se descubrió que era perjudicial para la
mezcla, el ser fabricada de golpe en un mezclador para concreto.
En España a mediados de los 60's se empezaron a fabricar mezcladoras
extendedoras de morteros que permitían, al mismo tiempo, dosificar la mezcla.
11
Conforme se ganaban experiencias, resultó evidente que algunos materiales
eran superiores a otros, se desarrollaron emulsiones más estables con mejor
distribución de tamaños de partículas. Se asentó la importancia de la granulometría y
el contenido de arcillas expansivas.
Existe una creciente conciencia de la importancia de tener únicamente
morteros estables con buena liga con el pavimento ya existente y distribución
uniforme del asfalto. Por métodos altamente empíricos fueron desarrolladas
combinaciones de agregados pesados con líquidos ligeros. Como un mortero de
agregados en emulsión asfáltica es normalmente semi-líquido, el asfalto y las
partículas cubiertas están en libertad de entrar en grietas y cavidades del pavimento
donde se aplica. Ahí se fragua impidiendo la futura entrada de humedad por la
superficie, de ahí que el nombre de mortero asfáltico sea el más apropiado.
Recientemente se ha incrementado la confiabilidad y el uso de mortero
asfáltico para pavimentos en América.
Se han escrito especificaciones más rígidas para aceptación de materiales, se
ha esforzado en el diseño de mezclas apropiadas, de fórmulas para emulsiones, de
aditivos, de pruebas y controles, se han acumulado experiencias en cuanto al
comportamiento y operación de las mezclas.
La utilización de los morteros asfálticos, como tratamiento de sellado, ha
tenido un auge notable en los E.E.U.U. de Norteamérica y en otros países de ese
continente (México por ejemplo). La mayor parte de la coordinación bibliográfica y
técnica en general parte de la Asociación I.S.S.A. en Europa; España es el país que
más ha empleado los morteros asfálticos en muy diversas vías y con distintos fines.
La experiencia actual es muy completa, ya que se han aplicado sistemas originarios
de América y de distintos países europeos en climas diversos.
La tendencia futura apunta hacia morteros asfálticos aplicados con mayores
dotaciones y con tamaños también mayores de agregados, para mejorar la
durabilidad y rugosidad del tratamiento. También tiene gran interés el uso de aditivos
para mejorar la calidad de los agregados.
Los morteros aplicados manualmente pueden servir para sellar superficies
muy reducidas, en tanto que las máquinas modernas proporciona un rendimiento
muy alto.
12
INTRODUCCIÓN.
A través de la historia, la mezcla de agregados finos con asfalto, han
contnbuido a la construcción, proporcionando un acabado de calidad en las vías de
comunicación.
Con la comercialización de la máquina de mezcla continua y tentadora de
mortero asfáltico, en los 60's, se extendieron los horizontes para las mezclas de
agregados finos. La industria del mortero asfáltico estuvo restringida al uso de
emulsiones lentas para agregados bien graduados hasta 1966, que se introdujo el
primer sistema de fraguado rápido. El cual consiste en el rompimiento rápido de la
emulsión, que se genera por la evaporación del agua que contiene la misma.
Se han clasificado como "Mezclas Asfálticas de Agregados Finos".
Se usan Fillers como cemento o cal hidratada en pequeñas cantidades, para
estabilizar incompatibilidad en la mezcla o modificarla químicamente.
El agua de la mezcla debe ser potable y libre de sales nocivas.
La Asociación Internacional de Mortero Asfáltico, reconoce tres tipos de
agregados (A-105).
Tipo I Fino 1/8"
Tipo II General 1/4"
Tipo III Grueso 3/8"
La elección de cualquier tipo depende del objetivo del tratamiento:
Tipo I.- se usa para máxima penetración en las grietas y como preparación en
las grietas y como preparación para mezclas en caliente o sello convencional. Se usa
generalmente como sello en áreas de poco tránsito, aeropuertos para aviones ligeros,
estacionamientos y hombros de carreteras.
Tipo II.- Es el más ampliamente usado y se emplea para sellar, corregir
defectos severos, oxidación y pérdida de aglutinantes y para aumentar la resistencia
al derrape. Se usa en tráfico moderado y pesado, dependiendo de la calidad del
agregado disponible y del diseño.
Tipo III.- Se usa para corregir severos defectos de la superficie, como primer
capa de un tratamiento múltiple, para dar resistencia al derrape, para prevenir
patinaje por agua bajo cargas muy pesadas y para extender la vida útil en estas
condiciones.
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Los usos principales para un mortero asfáltico en tratamiento son de dos tipos:
preventivo y correctivo.
1) Preventivo.- Para prevenir al pavimento contra perdidas y efectos de la
intemperie (oxidación, pérdida de aceites, de aglomerante y agrietamiento de la
mezcla estructural), para aumentar la durabilidad y textura que no existe en la capa
inferior de mezcla.
2) Correctivo.- Para corregir defectos ocurridos en pavimentos viejos como
grietas, corrimientos, desgranamientos, permeabilidad y patinaje por erosión o
pulimiento del agregado.
El mortero asfáltico es el tratamiento para pavimentos más versátil. Se
requiere poca energía para tenderlo, ya que resulta del uso de materiales comunes
en la industria de la construcción.
El mortero asfáltico se distingue de los otros tratamientos superficiales por su
propiedad característica de depositar una capa de Mortero Asfáltico en las superficies
de los pavimentos de acuerdo a lo demandado por la textura superficial.
Si observamos en la sección que el tráfico ha compactado y pulido la rodada y
a los lados de esta, hay agrietamientos y desgranamientos. Una mezcla no fluida
(carpeta) puenteará las grietas y vacíos. Un sello convencional aplicado en cantidad
constante, resulta muy rico en las rodadas.
En tanto que el mortero asfáltico deja una superficie uniforme después de
compactar perfectamente los vacíos, y en una sola pasada.
Las propiedades del mortero asfáltico terminado, varían con las propiedades
de los componentes de la mezcla, con el diseño y construcción, así como la selección
de combinación de agregados. Se considera que el mortero asfáltico tiene muy baja
permeabilidad (un excelente sello), baja resistencia a la tensión, alta a la compresión,
alta al derrape, buena macrotextura y resistencia al patinaje cuando está mojado,
buena estabilidad, excelente adherencia y apariencia.
Estas propiedades se pueden alterar si se seleccionan agregados especiales
para aumentar resistencia al derrape u oxidación o aditivo para dar elasticidad,
flexibilidad y resistencia a cambios bruscos de temperatura.
Un propósito de este estudio es permitir a los Ingenieros Diseñadores y
Contratistas pre-determinar el momento apropiado y la cantidad requerida de mortero
asfáltico en una superficie dada.
14
w i o i, i n T FO c A
El mortero asfáltico es una mezcla fluida, homogénea de emulsión asfáltica,
agua, filler mineral y agregados finos bien graduados que se aplica al pavimento,
mediante una rastra acoplada a una máquina mezcladora.
La cantidad y forma de aplicación depende de muchas variables. Se han
tenido éxitos innumerables en las aplicaciones de morteros asfálticos, en el campo
mediante la experimentación y observación del contratista y la tolerancia del cliente.
Ya que estas observaciones han originado una amplia gama de variantes, es
necesario entender y cuantificar todos los factores envueltos y poder así llegar a
conclusiones tangibles.
El objeto primario de cualquier diseño de pavimento es proveer a un camino
no solo de seguridad y confort sino de extender sus características a un máximo de
vida útil con un mínimo de mantenimiento. Sin embargo, debido a la natural
complejidad de la estructura de los pavimentos flexibles, ocurren agrietamientos,
deformaciones y otras fallas causadas por intemperismo, tráfico y errores de diseño o
construcción. Para aumentar la vida útil de caminos deteriorados, generalmente se
recomienda aplicar una capa de mortero asfáltico sobre el pavimento agrietado o
deformado.
15
1.1 CARACTERÍSTICAS Y USOS DE LOS MORTEROS.
El deterioro evidente por la aparición de grietas por construcción puede ser
corregido mediante un sellado a tiempo.
Como el mortero asfáltico es semi-líquido es muy efectivo, ya que no
solamente penetra en las grietas del pavimento y las rellena, sino que deja una nueva
superficie expuesta que protegerá a la capa inferior de humedad e intemperísmo.
El mortero asfáltico hecho con materiales apropiados y bien graduados, es
también antiderrapante, su elaboración y fraguado no contaminan la atmósfera y no
hay peligro de que quede material suelto en el camino. Cuando es aplicado
correctamente da una apariencia agradable, color uniforme y textura uniforme con
una capa tan delgada que no forma bordes, acanalamientos ni refleja huellas.
En caminos de tráfico ligero, varías capas de mortero asfáltico sobre una base
adecuada proporcionan un pavimento de calidad. Los morteros asfálticos pueden
aplicarse sobre asfalto, concreto hidráulico y enladrillado. Se recomienda poner
capas múltiples sobre el concreto hidráulico o sobre adoquín. El uso de capas
múltiples de mortero asfáltico proporciona un pavimento adecuado en caminos
alejados de las plantas de concreto asfáltico, y en caminos importantes su uso
prolonga la vida de los pavimentos.
El uso de morteros asfálticos para sello proporciona :
A) Impermeabilidad a carpetas deterioradas.
B) Rellena vacíos, grietas y depresiones de pavimento.
C) Retarda la oxidación del pavimento existente.
O) Proporciona superficie anti-derrapante a bajo costo.
E) Después de completar todo lo anterior, no causa bordes, acanalamientos, perdidas
de agregados, sangrado de asfalto, contaminación atmosférica. Liga bien con
grava convencional, arenas y mezcla en caliente, además el costo del equipo
necesario es bajo y pequeños constructores y gobiernos municipales pueden
adquirirlo.
Los morteros asfálticos presentan las siguientes propiedades:
a) Consistencia o viscosidad de la mezcla.
b) Granulometría
c) Forma del agregado, angularidad y acuñamiento.
d) Peso específico de la mezcla.
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e) Espesor del mortero asfáltico.
f) Humedad de pavimento.
Algunas características.
Parece probable que cualquiera que esté interesado en las actividades de la
Asociación Internacional de Morteros Asfálticos, conoce el significado de la palabra
"Mortero" y la usa regularmente en sus actividades de todos los días. Los neófitos en
este campo deberán aprender tan rápidamente como sea posible la gran significación
práctica de restringir las operaciones de campo a tender solamente aquellas mezclas
de emulsión asfáltica, agregado y agua que son verdaderamente morteros estables.
De hecho, se han notado numerosos casos durante las operaciones con la
maquinaria, los operadores experimentados han puesto mucha atención al estado
real de la mezcla heterogénea al momento que es esparcida y conformada.
No puede enfatizarse más en las serías dificultades que pueden resultar por
falla, en restringir las operaciones únicamente al tender morteros asfálticos que
contengan todos los ingredientes en las proporciones adecuadas-. Los morteros que
nos interesan de momento pueden ser considerados estables, solamente cuando los
materiales más pesados tienen poco o ninguna tendencia a asentarse, y al revés,
cuando el asfalto no tiende a encontrarse en las capas superiores. Al mismo tiempo
el mortero debe estar suficientemente fluido para escurrir bajo una carga muy
modesta. Una depresión hecha en la superficie superior de semejante mortero no
desaparecerá por gravedad, al menos que así se le obligue aplicando algún método,
tal como el agitado.
Algunos de los efectos de agregar excesiva agua de premezclado a los
morteros aniónicos pueden ponerse bajo bases numéricas vaciando especímenes
gruesos, diferíendo solamente en cuanto al contenido de agua de premezclado.
Después de que éstos hayan sido curados, pueden separarse aproximadamente en
iguales porciones, tanto superior como inferior, que pueden sujetarse a análisis de
extracción independientes.
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1.2 MATERIALES.
Los morteros asfálticos se componen de un agregado pétreo graduado,
emulsión asfáltica, agua, un filler mineral y aditivo. Es preferible usar materiales de
buena calidad, su selección deberá hacerse con anterioridad por un laboratorio
calificado así como la proporción adecuada. Dependiendo de la porosidad del
material, la mezcla fraguada deberá contener de 84 % a 94 % de agregado pétreo y
un 16 % de residuo asfáltico.
Agregados.- los siguientes tipos de agregados han sido usados con éxito en
morteros asfálticos; grava triturada (calizas, granito, basalto y lava), arena natural,
materiales calcáreos como colar y contra; roca natural de asfalto, escoria de
fundición, lutitas, ladrillo quebrado, vidrio y hule.
Generalmente, cualquier material usado para mezcla en caliente es utilizable
en morteros asfálticos, se deberá eliminar todo el retenido en la malla de 3/8" y para
el mortero fino, 98% o más del retenido en la malla No.4 ó en la No.8.
Es aconsejable mezclar varios materiales para dar la graduación requerida,
para reducir el equivalente de arena o para reducir costos. Esta mezcla deberá
hacerse solamente si se puede controlar la granulometría, aún en el banco de
almacenamiento.
Para completar el mezclado y determinar la clasificación en el almacén, debe
considerarse que los materiales húmedos son difíciles e imposibles de mezclarse
uniformemente.
Los materiales de muy distinta densidad o textura superficial, tienden a
separarse. El mezclado mediante cargadores frontales deberá hacerse solamente en
caso de necesidad extrema ya que el resultado es muy diferente.
Ejemplo: Para evaluación de laboratorio, el ensaye consiste en tomar 5 Kg de
agregado seleccionado de acuerdo con AASHTO-T2 ó ASTM-D75.
A) Materiales en el mortero asfáltico.
El mortero asfáltico como se usa en algunas partes de la República, puede
describirse como una mezcla de 76 % de agregado graduado, 15 % de emulsión
asfáltica, 8% de agua y 1% de "filler" mileral, que puede ser mezclada sin el uso de
calor. Esta mezcla se coloca en el pavimento en una condición semifluida o en forma
de mortero. Después de la evaporación del agua de la mezcla, las partículas del
18
agregado se cementan unas con otras mediante el asfalto, dejando una cubierta o
sello sobre el pavimento viejo.
La emulsión asfáltica que es aproximadamente el 14 % asfalto, agua y
emulsificante a través de un molino coloidal. El asfalto se reduce de su tamaño
aproximado de 75 mieras, a una o dos mieras, con lo cual se vuelve más manejable.
Esta reducción en tamaño del asfalto permite a éste orientarse mejor alrededor del
agregado, en la mezcla de mortero final.
En el caso de los morteros para sello elaborados con emulsión aniónica (carga
negativa). El rompimiento de la emulsión aniónica la causa la evaporación del agua y
la coalescencia del asfalto alrededor del agregado del mortero y de la superficie
antigua del pavimento. El tiempo usual de curado, o el lapso entre la aplicación del
mortero y el paso de los vehículos sobre la superficie terminada es aproximadamente
de 4 horas.
Después de muchos experimentos, se resolvió el problema para utilizar
emulsiones catiónicas (carga positiva). Por razón de su naturaleza de romper
químicamente, las emulsiones catiónicas proporcionan la ventaja del tiempo de
curado, que es más rápido.
Otra característica de la emulsión que podría ser interesante son que el
contenido de asfalto residual es aproximadamente 2/3 de la emulsión; y que la
viscosidad del material es aproximadamente de 35 segundos, según la prueba
Saybolt Furol.
El agua es el factor más importante en el control de la consistencia del
producto terminado. Esta integra aproximadamente el 8 % de la mezcla del mortero
asfáltico. Para obtener la consistencia adecuada de trabajo del producto final. Una
cantidad fija de agregado antes de que la emulsión lo haga, reduciendo así la
resistencia a la fricción de los agregados y permitiendo que la emulsión cubra más
fácilmente las partículas del agregado pétreo.
El "filler" mineral se usa en morteros, principalmente como auxiliar en el
proceso, y en forma secundaria para mejorar la graduación de los agregados
combinados. Como agua en el proceso, el "filler" mineral puede evitar que las
partículas más gruesas se asienten en el fondo de la mezcla del mortero, evitando así
que se forme un mortero muy rico en la parte superior. El "filler" usado es: Cal
hidratada, cemento portland y ceniza de escorias, ampliamente usados.
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¿> I * L I O f F C .» Instituto T^miA*! , <*•« <a Ci^»*Vu"ci'Si
Un mortero asfáltico está formado por agregado, filler, una emulsión aniónica
o catíonica, aditivos y agua.
En la mayor parte de los pliegos de prescripciones, las especificaciones del
agregado para utilizar en los morteros asfálticos son análogos a las incluidas para
otros tipos de mezclas.
Las condiciones de buena calidad del agregado fino que se exigen en las
mezclas asfálticas deben extremarse, lógicamente en los morteros, especialmente en
aquellas que más que destinadas a una simple función de sellado (en cuyo caso las
crestas del agregado grueso del pavimento antiguo pueden colaborar a mantener la
textura superficial), están destinadas a proporcionar una capa de rodamiento con una
microtextura importante. En estos casos, debe exigirse dureza, una proporción
llevada de agregado y un contenido en sílice apreciable dentro del agregado en
conjunto.
La fracción más fina del agregado, en la cual incluimos el filler, debe tener una
clara afinidad con la emulsión de que se trate.
Con los morteros asfálticos aniónicos, deben emplearse agregados calizos;
sin embargo cuando se desea proporcionar a la superficie de rodamiento una textura
áspera y duradera, no se puede prescindir de agregados que contengan una
proporción de sílice. En estos casos, se han podido demostrar que añadiendo un filler
adecuado, por ejemplo filler calizo o cemento, las condiciones de abrasión pueden
ser adecuadas a partir de un cierto contenido de este filler de aportación. En general,
con los morteros asfálticos aniónicos se puede ser algo más tolerante con la actividad
del filler y con equivalente de arena del agregado fino. Pueden considerarse como
valores adecuados del equivalente de arena, en gran parte de los casos, los
comprendidos entre 30 y 50, según el tipo de vía pero haciendo hincapié en que la
bondad de este agregado deberá comprobarse en un ensayo de abrasión. La mayor
tolerancia de los valores del equivalente de arena se justifica por la acción
beneficiosa de los emulsionantes aniónicos sobre la fracción plástica del agregado.
El equivalente de arena sin incluir el cemento, para estos morteros, ha de
tener un valor mínimo de 45, según las normas americanas (ASTM D-2419).
Los morteros asfálticos de rompimiento rápido fabricados con aditivos sobre el
agregado y emulsiones catiónicas rápidas son las que, en general, exigen una mayor •
calidad de los agregados, ya que los agregados con bajo equivalente de arena sólo
20
se mezclan utilizando grandes cantidades de aditivo que elevan enormemente el
costo de la fabricación e incluso pueden ser contraproducentes al sobreactivar
excesivamente el ligante asfáltico original. Con los morteros asfálticos catiónicos de
rompimiento rápido es conveniente exigir equivalentes de arena muy altos, incluso
superiores a 55. Sin embargo, equivalentes de arena excesivamente altos, pueden
significar también la existencia de fillers gruesos y, en definitiva la constitución de un
mástic poco denso y duradero.
El índice de acidez y las características globales del asfalto pueden determinar
una reactividad muy dirente de la emulsión en el momento de romper ante los
agregados. Este problema también se puede traducir en resistencias variables a la
abrasión. Por ello, se insiste en que es aconsejable estudiar el problema globalmente,
incluyendo características del ligante y analizando el mortero mediante ensayos de
abrasión, controlando consistencia y tiempo de ruptura.
Los problemas de limpieza y calidad del agregado son especialmente
importantes cuando las condiciones climatológicas se alejan de las ideales. Para
temperaturas muy altas, la velocidad de reacción, esto es, la velocidad de ruptura de
la emulsión, crece exponencialmente con dicha variable; por lo tanto, pueden
presentarse serias dificultades de puesta en obra sí, además, el agragado no reúne
las condiciones adecuadas de limpieza. Por el contrario, con la emulsión, acortando
su velocidad previsible de ruptura, y al empleo de filleres adecuados para que la
ruptura se vea favorecida. También hay que tener presente la humedad ambiente y la
porosidad o absorción del agregado.
21
1.3 EL DETERIORO DE LOS PAVIMENTOS
El deterioro de los pavimentos es provocado por un sin número de factores
que provocan un excesivo desgaste de los mismos, estos factores pueden ser
agentes naturales tales como el interperismo o en caso opuesto provocados por los
automovilistas quienes son los que mayor afectan, ya que el constante transitar por
los pavimentos los desgastan y ocacionan dos importantes efectos como son:
Condición de superficie y geometría superficial, las cuales están envueltas por otra
serie de propiedades del mismo pavimento, a continuación las mencionamos:
A) Condición de superficie
a) Macrotextura de la superficie
b) Absorción y permeabilidad de la superficie
c) Limpieza de la superficie.
d) Agrietamiento de la superficie (no grietas estructurales).
B) Geometría superficial.
a) Corona o sobrelevación
b) Rodadas
c) Corrugaciones
d) Erosión severa
e) Grietas estructurales y juntas de construcción
f) Secciones acuñadas
Las especificaciones modernas para materiales y métodos de construcción,
normalmente conducen a pavimentos asfálticos que son densos y durables. Sin
embargo, con larga exposición al intemperismo el asfalto se deteriora física y
químicamente, lo que reduce gradualmente su flexibilidad y capacidad de contracción
bajo cambios de temperatura y movimientos de la base. Estos cambios, juntos con la
acción del tráfico son responsables del agrietamiento del pavimento.
Una vez que esto empieza, pierde impermeabilidad la carpeta y rápidamente
se deteriora. Si no es sellado en su oportunidad, las grietas se multiplican hasta dar
una apariencia de piel de cocodrilo. Si aún así no se repara, vendrán los daños a la
base y el pavimento ya solo trabajará a compresión y fallará completamente,
elevándose el costo de reparación.
22
CAPITULO II
DISEÑO DE MORTEROS
ASFÁLTICOS
23
I. DISEÑO DE MORTEROS ASFÁLTICOS.
El desarrollo de los procedimientos de diseño de morteros asfálticos es
paralelo al de otros tipos de tratamientos, por ejemplo: El juicio y error son relación de
comportamiento en campo y laboratorio.
En investigación para aumentar los usos, todos los métodos de pavimentación
se modifican año con año. Es el caso del contenido óptimo de vacíos o de
penetración del asfalto, que son normas que no han quedado definidas por más de
30 años de discusión. Cada año, la industria de pavimentos descubre nuevas teorías
y algunas veces cae en los mismos errores.
México no admite el establecimiento de valores universales para todas las
pruebas señaladas a continuación, ya que estas son reportes de laboratorio.
El reporte consta de tres partes:
A) Consideraciones preliminares: Condiciones del pavimento, determinación
de objetivos, evaluación de materiales y selección de caminos para alcanzar
objetivos
B) Formulación de mezcla de trabajo en el laboratorio para simulación de
condiciones de campo.
C) Traslado al campo de los resultados de laboratorio: El diseñador debe
resolver las siguientes interrogantes:
1.- ¿Mezclarán bien los agregados y emulsión?
2.- ¿Cubrirá bien el asfalto?
3.- ¿Será duradero?
El diseño óptimo para morteros asfálticos debe presentar las características
siguientes:
a) Establecer límite mínimo WTAT (8grs/dm2)= contenido mínimo de asfalto.
b) Establecer límite máximo LWT = contenido máximo de asfalto.
Establecer el máximo LWT para los límites de tráfico.
Ligero = 0 a 500 vehículos/día promedio (6.5 grs/dm2).
Medio = 250 a 1500 vehículos/día (5.9 grs/dm2).
Pesado = 1500 a 3000 vehículos/día (5.4 grs/dm2).
c) Establecer la tolerancia del trabajo.
d) Graficar los datos de estas pruebas, sobre poner las curvas y leer así el
contenido óptimo de asfalto (COA).
24
11.1 DESCRIPCIÓN DEL PAVIMENTO POR TRATAR.
Los pavimentos en general están sujetos a un constante desgaste y deterioro
y por ello es necesario observario detenidamente, ya que de esta forma podremos
proporcionar una descripción certera de las condiciones en las que se encuentra y a
la postre poder determinar el tipo de tratamiento adecuado para la restauración del
pavimento que estemos tratando.
Existen diversos factores que determinan las condiciones físicas en las que se
encuentra el pavimento y esto permite que nos basemos directamente en las
condiciones físicas del mismo, además existen también factores que son
determinantes en el deterioro de los pavimentos; uno de los factores que influye de
manera directa es el tránsito, el cual afecta a los pavimentos de manera general.
A continuación hacemos mención de algunas características básicas que nos
ayudan a determinar los daños que ha sufrido un pavimento de forma significativa,
esto nos ayudara para determinar las características del pavimento que estamos
analizando.
a) Condiciones de superficie: Macrotextura, absorvencia, grietas de estructuras y
de superficie, contaminación de la superficie, geometría longitudinal y transversal,
baches y vegetación.
b) Condiciones climatológicas: Temperatura, precipitación pluvial, intensidad de sol
y viento.
c) Tráfico diario promedio (TDP): Límite de velocidad.
Cada una de las características aquí mencionadas son parte importante para
el diseño y mantenimiento de los pavimentos, por ello es importante que el personal
técnico en obra sea el que se encargue de observar directamente el pavimento que
se vaya a rehabilitar.
25
11.2 DETERMINACIÓN DEL OBJETO DE TRATAMIENTO.
El tipo de tratamiento que se elija será consecuencia de una minuciosa
inspección realizada por el personal técnico encargado de determinar las condiciones
físicas en las que se encuentre nuestro pavimento, esta inspección consistirá en un
recorrido por el tramo del pavimento que se encuentre deteriorado parcial o
totalmente.
El personal técnico deberá de ser lo suficientemente experto y capaz de
determinar que tipo de tratamiento es necesario recomendar, ya que de lo contrarío
podría resultar un tanto costoso apresurarnos a determinar el tipo de tratamiento que
se deberá recomendar sin tomar en cuenta la opinión de los expertos en la materia.
Al personal técnico será necesario que se le proporcione información
suficiente y confiable a cerca del tipo de trafico y condiciones climatológicas del lugar
para que de esta forma la elección del tratamiento cumpla con las características para
las cuales ha sido determinado.
A continuación mencionamos algunos de los puntos importantes que debemos
de considerar antes de determinar el tipo de tratamiento que requiere nuestro
pavimento, esto debemos hacerlo sin menosprecio de ninguna índole ya que esto
restaría propiedades a corto plazo.
a) Evitar patinaje, macrotextura superficial.
b) Sellado, corrección de depresiones, relleno de grietas, acuñamiento, corrección de
rodaderas, preparación para sobrecarpeta, corrección de textura resbalosa.
c) Requerimiento de prolongar la vida útil.
Cada una de las propiedades aquí mencionadas son de gran importancia ya
que cada una de ellas se complementan y conforman una serie de condiciones
importantes que favorecen la duración del pavimento tratado, cuando se logra todo
en conjunto resulta económico y esto a su vez redunda en que su mantenimiento
futuro sea a largo plazo.
26
11.3. EVALUACIÓN Y SELECCIÓN DE MATERIALES.
La evaluación de materiales es vital, ya que necesitamos obtener material de
buena calidad; esto se logra analizando y ensayando muestras de bancos, para ello
debemos considerar lo siguiente:
A) Evaluación de agregados propuestos.
Para la evaluación es necesario considerar lo siguiente:
1. Registro de durabilidad en campo.
2. Nivel de resistencia al derrape, susceptibilidad al pulimiento.
3. Granulometría, % de vacíos, calidad de los finos, equivalente de arena, forma de
partículas, microtextura.
4. Propiedades mecánicas, resistencia a la abrasión, prueba de Los Ángeles,
desgaste por fricción al agitar, prueba de abrasión de la rueda, dureza, resistencia
al rompimiento, congelación y deshielo.
5. Propiedades químicas, insolubilidad en ácidos, resistencia al sulfato de sodio,
solubilidad en agua.
6. Mineralogía, petrología, geología.
7. Economía, localización, abundancia, costo de transporte.
B) Selección de agregados y granulometría para alcanzar objetivos.
La selección del tipo de agregado y granulometría se derivan del tipo de
mortero por utilizar.
C) Evaluación de la emulsión propuesta.
La evaluación de una emulsión esta sujeta a los registros de duración en.
campo y a las características tales como:
1. Registro de duración en campo.
2. Tipos de asfalto, oxidación, dureza.
3. Partícula de la emulsión, tamaño (pasa la malla No. 20), estabilidad, sensibilidad.
4. Penetración, temperatura, viscosidad.
5. Clima (nublado, seco, soleado, viento, nieve, sal).
6. Fraguado rápido o lento.
7. Compatibilidad, adhesión, características del agregado y acción acelerante o
retardante.
27
8. Economía, localización, abundancia, costo flete.
D) Selección de la emulsión para lograr objetivos.
Esta selección esta sujeta totalmente a las condiciones climatológicas del
lugar.
28
11.4 DISEÑO DE MEZCLAS DE MORTEROS ASFÁLTICOS.
El diseño de mezclas de los morteros asfálticos consiste, igual que en todas
las mezclas, en la determinación de una fórmula de trabajo que establezca las
proporciones adecuadas de agregado, filler, producto asfáltico y eventualmente
aditivos. Esta fórmula debe asegurar un buen comportamiento en obra respecto a
estabilidad, textura y durabilidad. En el caso de los morteros asfálticos, no basta con
determinar dicha fórmula, sino que es necesario, además lo mismo que sucede con
otras mezclas densas en frío, indicar la cantidad de agua idónea que facilite la puesta
en obra y proporcione la consistencia adecuada para una buena trabajabilidad.
Admitiendo que la proporción de agua contribuye a la buena consistencia del
mortero asfáltico que se trate. En los morteros de rompimiento lento y muy lento, la
proporción de agua suele ser mucho más importante que en los morteros de
rompimiento rápido, desde el punto de vista de resistencia final del mortero asfáltico.
En efecto, un mortero de rompimiento lento adquiere su consistencia después de la
evaporación de la mayor parte del agua que contiene. Un exceso de agua puede no
sólo retrasar la ruptura, sino también contribuir a posibles segregaciones de la mezcla
fluyendo parte de la emulsión hacia puntos bajos o hacia zonas inferiores de la capa.
Además, la permeabilidad inicial del mortero antes de la apertura al tráfico y después
de la ruptura, depende , en gran parte, de los huecos que contiene el mortero, y estos
huecos están íntimamente relacionados con la cantidad de fluidos que inicialmente
tenía el mortero.
Por esta razón, con los morteros aniónicos clásicos y los catiónicos lentos, las
administraciones americanas han puesto a prueba un conjunto de ensayos para
controlar de manera estricta, que no exista un exceso de fluidos perjudicial. El empleo
de morteros asfálticos muy rápidos y en especial, el empleo de morteros con aditivos,
tiene un carácter notablemente distinto. En efecto, en pocos minutos se procede una
separación de fases, fluyendo el agua limpia y manteniéndose por lo tanto el mortero
en unas condiciones relativamente independientes de la cantidad inicial de fluidos. En
este tipo de morteros puede ser conveniente emplear un exceso de humedad inicial,
siempre y cuando esto no produzca segregaciones importantes en la puesta en obra,
ya que en este exceso facilita la correcta humedad de los agregados y aumenta
ligeramente el tiempo de ruptura, que siempre es muy crítico en estos morteros y
especialmente en tiempo caluroso. Por ello, antes de adoptar unas determinadas
29
exigencias de laboratorio que definan la consistencia adecuada del mortero y el
contenido inicial de fluidos, es preciso analizar de que tipo de morteros se trata y
cuáles son sus mecanismos de rotura. Hay que hacer constar que la mayor parte de
los ensayos de consistencia tienen su origen en los EE.UU. donde se han utilizado,
en escasísimas ocasiones, asfaltos fabricados con aditivos reguladores de ruptura en
el agregado.
La segunda consideración importante a tener encuenta es la derivada del
escasísimo espesor de capa que un mortero asfáltico proporciona. Por lo tanto, las
condiciones superficiales del pavimento antiguo tienen una gran importancia a la hora
de fijar la fórmula de trabajo. Un exceso de asfalto en el pavimento antiguo, o, por el
contrarío, una permeabilidad excesiva, pueden influir de manera muy importante en el
resultado final del mortero y deben condicionar la formula de trabajo modificando
substancialmente el contenido de asfalto del mismo. Consideraciones análogas se
pueden hacer sobre la temperatura y grado de humedad de la superficie a tratar, que
pueden determinar una ruptura prematura, con los peligros que ello encierra para el
mortero.
Por todo lo anterior, es necesario, al estudiar una obra con morteros asfálticos,
establecer un cuadro de condiciones de trabajo en el que se reflejan factores tales
como los siguientes:
a) Factores relativos a la superficie primitiva: Regularidad superficial,
permeabilidad, textura y contenido de cemento asfáltico.
b) Climatología: Época del año, temperatura del pavimento, riesgo de
precipitaciones.
c) Selección de materiales y fórmulas de trabajo: Como se ha indicado, las
características de los agregados y del asfalto están intimamente relacionadas con
la forma de trabajo. Con los agregados deben estudiarse las características
siguientes: Acidez, adsorción, equivalente de arena, dureza, granulometría, tipo y
características de un posible filler de aportación. De la emulsión es preciso
conocer claramente su tipo, tiempo de ruptura, contenido de asfalto residual y
penetración del mismo.
Puesto que en todos los países se suele tender a un número limitado de
agregado, sobre todo en obras de cierta responsabilidad, estos materiales deben
estar cada vez mejor normalizados y conocidos, por lo que la experiencia acumulada
30
en morteros asfálticos anteriores será de una enorme importancia en los países con
una cierta tradición en este tipo de trabajos.
Una primera aproximación a la cantidad necesaria de asfalto puede establecer
sencillamente partiendo de la granulometria del agregado, o bien con un ensayo de
superficie específica y, en particular, con el método del C.K.E. (NLT-169/72).
En algunos casos, la consistencia del mortero tiene una cierta importancia
desde el punto de vista de puesta en obra y de calidad final. Entre los métodos
ideales para su determinación, figuran el del embudo, ISSA y el del plano inclinado
Young. Sin embargo, el más empleado es el puesto por el departamento de
transportes de Kansas, denominado "cono de consistencia". Se trata de un cono
metálico, de 1.5" de diámetro superior, 3.9" de diámetro inferior y 2.9" de altura. La
escala de fluencia está constituida por siete círculos concéntricos dibujados en un
papel, de los que el más pequeño tiene el diámetro del cono, incrementándose el
radio de los restantes en 1 cm, sucesivamente. Tras centrar el cono, se llena con la
mezcla que se está estudiando la superficie cuando más fluida sea. Se considera que
el porcentaje óptimo de agua es aquél mediante el cual se consigue una fluencia de
mortero entre 2.0 y 3.0 cm.
31
11.5 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO (COA).
El contenido óptimo de asfalto se obtiene de una serie de ensayos los cuales
arrojen resultados que satisfagan las exigencias requeridas. Para determinar el COA
se requieren realizar las siguientes pruebas:
a) Equivalente de arena del agregado
b) Peso específico del agregado
c) Granulometría
d) Equivalente de keroseno (prueba centrífuga)
e) Cálculo del área total del agregado
f) Porcentajes de residuo asfáltico en la emulsión
g) Cálculo teórico del COA por el método, cubriendo el área del material (área/3 cm
del material), con una capa de 8 mieras y reporte de:
1. % de asfalto en peso del agregado seco.
2. % de emulsión en peso del agregado según % de residuo asfáltico en la emulsión
3. % de asfalto del total de sólidos secos.
A. Determinación del sistema de compatibilidad:
a) Cálculo de fillerVaditivo requerido
1.- Probar 100 grs de agregado con el 100 % de COA para determinar el
óptimo de humedad, requerimiento de filler y tiempo de curado.
b) Prueba de consistencia del cono para obtener consistencia de 2.5 cm (ISSA
TB 106).
1.- Determinar el óptimo de agua para 3 minutos de contenido de emulsión
con consistencia de 2.5 cm; Ejemplo : 100%, 85% 70% COA.
2.- Ajustar contenido de emulsión, agua y filler para diferentes tiempos de
fraguado según condiciones de tránsito.
3.- Construir gráficas consistencia- agua en rangos de 2-3, 4-5 cms; con
tres diferentes COA, secar las pastillas al aire y guardarías.
* Filler = cal hidratada o cemento portland.
c) Pruebas de compatibilidad.
1.- Examinar una sección de corte transversal en una pastilla y ver la
pérdida del agregado o lloramiento de asfalto.
32
2.- Si se observa falta de uniformidad, se procederá a realizar la prueba de
compatibilidad de capa.
Mezclar 100 grs de cada formulación en un vaso de plástico, dejándola
en el vaso por 12 hrs; separándola en 2 mitades (al centro de la altura)hasta secar,
posteriormente se extrae el asfalto por destilación. Una variación de 10 a 15 % de
residuo entre la parte superior e inferior indica incompatibilidad en el sistema.
3.- Prueba de destilación húmeda: 10 grs de mortero curado en 400 mi de
agua hirviendo por 3 minutos. Colocarla sobre una servilleta de papel absorbente. Si
queda poco asfalto indica:
• Falta de adherencia
• Película de asfalto pobre
• Mala formulación de emulsión
• Reemulsificación o falso mortero
B. Tráfico/ tiempo de curado por el cohesiómetro para mortero:
a) Mezclar y determinar tiempo de fraguado (ISSTA -TB102) a temperatura
ambiente.
b) Determinar tiempo de fraguado para pasar tráfico mediante cohesiómetro
para mortero (ASTMD-04-24) a temperatura de trabajo, ejemplo 15°C, 27°C y
38°C.
C. Pruebas físicas en morteros asfálticos:
a) Prueba húmeda de abrasión (WTAT), medida de resistencia a la brasión
mecánica, desprendimiento, adhesión del aglomerante interno.
b) Prueba de la rueda de carga (LWT), simulación de tráfico, medido de la
erosión o desgaste bajo cargas de tráfico pesado.
33
11.6 MANTENIMIENTO DE APLICACIONES.
Cuando un pavimento se encuentra en buenas condiciones tanto estructurales
como superficiales permite a los Ingenieros Diseñadores y Contratistas
predeterminar la necesidad y la cantidad requerida de mortero asfáltico en una
superficie dada, esto reduce los costos por mantenimiento.
El mortero asfáltico es una mezcla fluida, homogénea de emulsión asfáltica,
agua, filler mineral y agregado fino bien graduado que se aplica al pavimento,
mediante una rastra acoplada a una máquina mezcladora.
La característica particular del mortero y el asfalto es su inherente capacidad
de depositarse en una capa delgada sobre una superficie variable de acuerdo a las
demandas de la superficie. Una superficie tersa recibirá una capa muy delgada en
tanto que una superficie desgranada y agrietada, recibirá de una sola pasada, una
capa múltiple que rellenará todas las cavidades.
La cantidad y formas de aplicación dependen de muchas variables. Éxitos
innumerables en las aplicaciones de morteros asfálticos se han tenido en el campo,
mediante experimentación y observación del contratista y la tolerancia del cliente. Ya
que estas observaciones han originado una amplia gama de variantes, es necesario
entender y cuantificar todos los factores envueltos y poder así llegar a conclusiones
tangibles.
Ya que la maquinaria mezcladora y tendedora deposita la capa de mortero
asfáltico que la superficie requiere, es necesario conocer la demanda real.
El punto más importante, es que los espesores tendidos varían dependiendo
de muchos factores. Se puede variar desde una capa sencilla uniforme hasta una
capa múltiple o gruesa.
Se debe considerar para el diseño las condiciones del pavimento, vacíos,
contenido de asfalto, textura, durabilidad y apariencia durante la construcción y el
mantenimiento.
Una vez que el pavimento vuelve a dañarse será necesario considerar
nuevamente el tipo de mantenimiento y su aplicación, es necesario que el
mantenimiento se realice periódicamente para evitar grandes gastos en
mantenimiento, es recomendable realizar inspecciones por lo menos al inicio de cada
época del año ya que es importante recordar que las condiciones climatológicas son
determinantes en el deterioro de los pavimentos.
34
11.7 LA RASTRA.
La rastra es el principal mecanismo que es capaz de dosificar la salida del
mortero asfáltico según se requiera.
La caja tendedora o rastra tiene por objeto que el mortero no se extienda a
donde no es necesario, a la vez que lo deposita a un ancho y espesor determinado
sobre el pavimento existente y le da acabado superficial.
Esta rastra consta de cuatro compartimientos rectangulares. Está articulada al
centro de los pares de cajones y se puede extender a anchos de 2.4 a 4.0 mts.
Las paredes de los compartimientos, delantero, medio, trasero y laterales
llevan unas cajas de neopreno remplazables, el objeto de la delantera y de las
laterales es retener el mortero dentro de la rastra, la cruz central ayuda a la
distribución lateral, permitiendo que una parte pase al comportamiento posterior. La
caja trasera es el elemento nivelador, su posición es controlada para dar el espesor
requerido.
A pesar de que este neopreno no es atacado por hidrocarburos, el faldón
trasero se desgasta con el uso. Cuando esto sucede deberá cambiarse o bien
voltearse de cabeza y usarse mientras tenga toda su longitud.
Los modelos más comunes de rastra vienen con gusanos distribuidores
hidráulicos. Como equipo opcional viene un segundo y paralelo juego de gusanos
que se mueven mecánicamente conectados a los primeros. Estos gusanos extienden
el mortero a todo lo largo sin importar el bombeo o la pendiente del camino.
La rastra debe ser limpiada totalmente y remplazar el neopreno gastado
cuidando juntas y orillas para evitar marcas en el acabado.
Debido a que la tecnología es constantemente acelerante y cambiante no
dudamos de que estén por salir nuevos equipos al mercado, que cuenten con un
sistema similar al de la rastra, por ello es preciso mencionar que el equipo que existe
actualmente proporciona excelentes resultados cuando se utiliza adecuadamente,
esto depende directamente de la experiencia y capacidad del operador, pero algo
que también es determinante es que la maquinaria utilizada se encuentre en las
mejores condiciones y que cuente con mantenimiento continuo por personal experto
en el tipo de maquinaria que se trabaje.
35
CAPITULO III
PROCESO CONSTRUCTIVO
36
III. PROCESO CONSTRUCTIVO.
Hay varios factores importantes que deben considerarse en la aplicación de
un mortero asfáltico. El primero es la naturaleza y condición del pavimento existente,
la segunda es el tipo y volumen del tráfico y la tercera, las condiciones del clima en la
zona. El área a pavimentar, es un factor que influye en la selección de un mortero
asfáltico, por eso es necesario que una persona experimentada sea quien lleve
acabo dicha selección.
La vida del mortero dependerá de estos factores, pero aún después de que
éste sello haya sido compactado, las grietas del pavimento original permanecerán
selladas.
En cambio el costo depende de muchos factores, el tamaño del área, costo de
agregados y emulsión con cargos por transportes, espesor, porcentaje de emulsión
utilizada, además de gastos específicos locales.
La velocidad de operación normal de una máquina tendedora es de 18 a 55
m/min. Con el creciente mercado y el desarrollo técnico han surgido nuevas y mejores
máquinas tendedoras, esto a su vez eleva el valor potencial de los morteros
apropiados en espesores para tráfico pesado.
Originalmente el mortero fue visto como un sellador y rellenador de grietas; se
reconoció que puede ser usado en capas de base y superficies de rodamiento,
además de su trabajo de sellado.
Los diferentes procesos constructivos son consecuencia de las constantes
inquietudes, que los ingenieros, no conformes con los resultados obtenidos tratan de
mejorar sus propias técnicas de aplicación, por ello es importante mencionar que la
efectividad de cualquier proceso constructivo en la aplicación de los morteros
asfálticos, depende de las experiencias logradas a través de los diversos trabajos que
realicen con los diversos tipos de asfaltos, que se fabrican los mismos, no solo en el
país sino también en el extranjero, ya que de manera directa o indirecta recibimos
grandes influencias en la aplicación de asfaltos.
Tal vez dentro de algún tiempo los procesos constructivos de hoy cambien y,
se vuelvan obsoletos ante las nuevas influencias de las nuevas generaciones, por lo
que no debemos cerrarnos a aplicar los procesos al pie de la letra a menos que
contemos con la suficiente experiencia y confiabilidad de nuestro proceso
constructivo.
37
111.1 APLICACIONES.
Los morteros asfálticos presentan muchas ventajas en casi todas las
aplicaciones en que se requiere acabado terso, de buena apariencia sin incluir un
peso o espesor grande, resistente al desgaste, antiderrapante e impermeable y
completamente libre de material suelto. Han tenido mucho éxito en aplicaciones sobre
calles, caminos vecinales, carreteras principales, acotamientos, cubiertas de puentes,
pistas de prueba para automóviles y llantas, caminos privados y entradas a cocheras
y gran incremento de su uso en autopistas.
Carreteras, calles y caminos vecinales.- el gran potencial del mercado para
el mortero asfáltico, se debe al elevado número de carreteras y calles de ligero y
mediano tráfico. En tales casos el mortero puede proveer de pavimento como tal en
forma práctica y económica, o bien, una nueva superficie de rodamiento en
pavimentos desgastados pero aún sanos. En el caso de calles la experiencia ha
demostrado que el mortero, dentro de un programa bien planeado de mantenimiento,
puede prolongar la vida del pavimento indefinidamente, sin ahogar registros y
coladeros de alcantarillado.
Carreteras principales y acotamientos.- el mortero asfáltico ha tenido gran
ventaja no solo en las carreteras principales, sino también en los acotamientos, que
además de sellarlos y protegerlos, les proporciona color contrastante y estructura
superficial.
Cubierta de puentes.- en este caso, el mortero asfáltico además de proteger,
sellar y dar superficie tersa y anti-derrapante, por su espesor, incrementa en forma
pequeña la carga del puente.
Autopistas.- en este caso, la mayor ventaja del mortero asfáltico es el que no
deja material suelto que cause grandes daños a los motores de los aviones, cuando
es succionado por las turbinas.
Estacionamientos.- el uso del mortero en patios de estacionamientos se ha
incrementado ampliamente. En este caso se debe dar particular importancia a la
compactación del mortero, ya que el tráfico le dará solamente en una zona limitada
del patio y segundo, porque el giro de las llantas delanteras al momento de
estacionar el vehículo causa gran daño al pavimento. Las estadísticas muestran que
los propietarios de los estacionamientos, están prefiriendo el mortero asfáltico,
gracias a su bajo costo en el mantenimiento de los patios.
38
Pistas de prueba.- las pistas de prueba para automóviles recubiertas con
mortero asfáltico, proporcionan mayor resistencia al patinaje, bajo condiciones más
severas que las normales que puede encontrar el conductor ordinario. Estas pistas
fabricadas a base de mortero con agregados de escoria de fundición, han dado
magníficos resultados en climas muy fríos y en desérticos.
Otros usos del mortero son.- helipuertos, andadores en parques, represas,
lagos artificiales, tanques de almacenamiento y diques.
Una de las características más importantes del mortero asfáltico, es la
facilidad de su aplicación.
El primer paso en la operación de un mortero asfáltico es preparar la
superficie antigua para su aplicación. Los métodos de limpieza varían desde el
barrido, sopleteado con aire y hasta el lavado con tanques regadores. El objeto es
preparar una superficie limpia para la colocación del nuevo mortero. Después de la
limpieza, la superficie está lista para una aplicación de mortero asfáltico. Una
máquina montada en camión se usa para extender el mortero. Esta máquina está
equipada para transportar al lugar de la obra todos los materiales necesarios para
construir una superficie antiderrapante con mortero; mezcla a los diferentes
componentes convenientemente dosificados en una mezcladora especial; y descarga
el mortero así elaborado dentro de una caja esparciadora, que aplica el mortero al
pavimento a medida que esta es arrastrada detrás de la máquina. Una barra
regadora colocada inmediatamente enfrente de la caja esparcidora atomiza y forma
una ligera nube de agua para reducir la tensión superficial en el pavimento y permite
que el mortero se adhiera más rápidamente al pavimento. El mortero es aplicado en
condiciones atmosféricas normales. El único requisito concerniente a la temperatura
ambiente, en el momento de su aplicación, es que ésta debe ser de 35°F o mayor.
Debido a que el proceso depende en gran medida de la evaporación del agua del
mortero, no es aconsejable tender mortero asfáltico en días nublados con alto grado
de humedad.
El mortero asfáltico puede aplicarse a pavimentos asfálticos, a pavimentos de
concreto hidráulico, y a pavimentos de ladrillo. El pavimento de concreto hidráulico es
el más difícil de sellar con mortero, debido a la adherencia, sin embargo no es un
problema serio. Si la adherencia del mortero al pavimento hidráulico llega a ser un
problema, un riego de liga lo resuelve todo.
39
Una calle terminada con sello de mortero asfáltico es de superficie densa,
negra y antiderrapante, que proporciona excelente contraste para la pintura de las
rayas de demarcación y puede pintarse tan pronto como quede lista para el tráfico.
También no es necesario compactaría. El trabajo de compactacion se deja para que
lo realice el tráfico que utiliza la calle.
El sello con mortero ha sido clasificado como un material muy barato. Toda la
información demuestra que el sello con mortero es un procedimiento de bajo costo.
40
111.2 TIPOS RECONOCIDOS DE MORTERO ASFÁLTICO.
Los tipos reconocidos o probablemente aceptados de mortero asfáltico se
describen, por su granulometría, en la siguiente tabla.
Malla Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV.
1/2
3/8
No. 4
8
16
30
50
100
200
Residuo asf. %
Agregado seco
Kg/m2
Máximo espesor
mm
pulg.
100
100
100
100
65-90
40-60
25-42
15-30
10-20
10-16
2.2-5.4
3.2
1/8"
100
100
85-100
65-90
45-70
30-50
18-30
10-21
5-15
7.5-13.5
5.4-8.1
6.4-8
1/4-5/16"
100
100
70-90
45-70
28-50
19-34
15-25
7-18
5-15
6.5-12
8.1-13.6
9.5-11
3/8"-7/16"
100
85-100
60-87
40-60
28-45
19-34
14-25
8-17
4-8
5.5-7.5
16-25
13
1/2"
TIPO I (Superficie Fina): Como el agregado es muy fino, tiene gran
capacidad de penetración en grietas, haciéndolo rico en asfalto, se aumenta su
capacidad de expansión y contracción así como de adherencia. Los morteros ríeos en
asfalto se usan como capa de impregnación sobre bases granuladas en proyectos
habitacionales. Esto protege y penetra en la base durante la construcción y será
después cubierto por una capa de mortero adicional.
Este mortero puede ser usado como superficie de rodamiento siempre que se
aplique sobre bases relativamente sin textura y bien drenados, y en áreas no sujetas
a cambios bruscos de temperatura.
TIPO ll(General): Es el tipo más comúnmente usado. Contiene suficientes
finos para penetrar en las grietas y suficiente material grueso para formar la capa de
41
soporte directo, entre la base y el tráfico. A pesar de ser muy usado, no se
recomienda en una sola capa en caminos principales de zonas sujetas a variación
fuerte de temperatura. Este tipo general a dado un buen resultado y es más
económico que el concreto asfáltico, aplicado sobre bases asfálticas de mezcla
caliente con granulometria abierta.
TIPO III (Gruesos): Este mortero se recomienda para calles de tráfico pesado
y en zonas con cambios de temperatura bruscos. Se usa en riegos múltiples sobre
bases granulares y en pequeños andadores. Es particularmente efectivo en caminos
con capas sobrepuestas de mortero.
TIPO IV (Extra-grueso): Este tipo se usa en bases granulares, bases
estabilizadas o pavimentos muy deteriorados que aún tengan base sana. Cuando se
aplique a bases, deberá darse antes un riego de impregnación para evitar
desprendimientos de la base junto con pedazos de mortero.
Tipos Especiales: Algunos estudios han desarrollado el mortero coloreado:
En general, este contiene colorantes apropiados y emulsiones plásticas, no asfálticas.
Estudios preliminares han demostrado que es factible sustituir cierto tipo de
escombro o material de desecho por todo o parte del agregado en los morteros. Entre
estos se usa material recuperado de fundición, vidrio triturado y llanta molida.
El hule de llantas de automóvil despedazadas, se incorpora fácilmente en la
emulsión aumentando la resistencia, pero el fraguado de estos morteros es muy lento
por lo que se limita la posibilidad de aplicación.
Las emulsiones con latex(producto a base de hule natural usado para
aumentar la elasticidad) pueden ser mezcladas con emulsiones asfálticas y usarse en
los morteros, aumentando las propiedades elásticas de estos en el pavimento
fraguado. Este tipo está siendo usado en cubiertas de puentes y en
impermeabilizaciones de casas.
42
111.3 CONTROL DE TRÁFICO EN EL LUGAR DE TRABAJO.
La operación del mortero asfáltico incluye muy distintas faces. Estas son:
Control de tráfico, selección de personal, carga de máquina, arranque del trabajo,
juntas longitudinales y transversales, acabados a mano, trabajo de limpieza, fraguado
del mortero y compactación, si se requiere.
Aunque todos los habitantes gustan de buenas y cómodas calles, algunos
protestan por los inconvenientes durante la obra. La mayoría de los constructores
cierran el área al tráfico temporalmente, a peatones y animales domésticos que
pueden dañar el mortero aún fresco.
El tiempo de fraguado varía dependiendo de muchos factores; pero
aumentará si el trabajo requiere de reparación para borrar huellas de pies o
automóviles y esto a su vez aumentará el costo.
Nunca se sobreactuará al solicitar la cooperación de los vecinos. Deberán
colocarse señales adecuadas para desviación y avisos de duración y áreas de
trabajo. De ser posible, el trabajo se hará fuera de las horas de mayor tráfico, y en
zonas muy congestionadas como calles del centro de ciudades, podrá ejecutarse
trabajos durante la noche.
El contratista deberá colocar señalamientos para prever accidentes y para
protección de los trabajos en ejecución, tales como barreras, caballetes, conos de
plástico, señales luminosas intermitentes, bandereros, etc.
Niños y animales son responsabilidad de padres y propietarios, pero es del
contratista el informar a estos debidamente del curso de los trabajos para que los
mantengan alejados.
En lo que respecta a grandes tramos de carretera que será rehabilitada con
mortero asfáltico se procede a colocar todos los señalamientos que sean necesarios
para que el automovilista se percate de los trabajos que se estén efectuando en el
tramo, cuando los trabajos se realizan de noche las precauciones adoptadas deberán
ser mejor efectuadas, ya que de no ser así podrían ocacionarse perdidas cuantiosas
no solo materiales si no también personales que lamentaríamos mucho.
Por lo anterior es necesario que todos los señalamientos cumplan con las
normas de seguridad que marca la Secretaria de Comunicaciones y Transportes
vigentes y actualizadas.
43
111.4 TENDIDO DE MORTEROS ASFÁLTICOS.
El tendido de mortero asfáltico se realiza con maquinaría altamente sofisticada
para lograr una buena distribución del producto en la superficie de trabajo, esta
maquinaría es conocida como tendedora, la cual consta de una tolva y dos depósitos.
Gran parte del éxito de un mortero se debe a los conocimientos y habilidad de
la cuadrilla que opera la máquina tendedora como una planta móvil de mezcla en frío.
La cuadrilla consta de un sobrestante, un operador y un chofer de la máquina. Todos
y cada uno deben saber el programa a seguir en cada tramo. En caso de no contar
con un sobrestante, el operador estará al mando. Deberá ser trabajo de equipo, el
chofer debe conocer señales del operador para arrancar, acelerar, disminuir
velocidad o parar, girar a derecha o izquierda. De esto depende la calidad en juntas y
hombros.
El chofer debe conocer el trabajo, al grado que es conveniente que él y el
operador puedan ir alternando puestos.
El chofer debe comunicar cuando se acerca al final del tramo para cerrar la
alimentación a tiempo y no desperdiciar material, debe colocar rápidamente el
vehículo en posición para un nuevo riego, cuidando que la rastra quede en forma
correcta según la línea ya tirada, y debe controlar la velocidad para que la rastra no
se recargue o vacíe, eso con ayuda de sus espejos.
Por su parte, el operador debe cuidar de la colección de la rastra, y su labor
más importante será controlar la alimentación y salida del mezclador, esto es, tiempo
de mezclado y llenado de la rastra. Debe cuidar que el mortero sea estable, que la
emulsión no haya roto aún, que sea la mezcla lo suficientemente fluida para que se
extienda fácilmente, pero no tanto que se separen los componentes y clasifique el
material, de su habilidad depende la calidad de las juntas y bordos.
Los peones deben auxiliar al operador en el acabado y en el movimiento de
señales.
Tendido de la primera línea: El primer paso al arrancar, es ajustar la altura
de la rastra para dar el espesor debido, la mayor parte del tiempo, la máquina se
moverá en dirección opuesta al tráfico por lo que empezará desde la orilla izquierda.
La calibración de la máquina se hace previo al tendido, de acuerdo a los datos de
laboratorio. Una vez colocada la máquina, se humedece el área donde queda la
rastra con los rociadores de mano antes de empezar a vaciar la mezcla. El operador
44
aplica el clutch y abre la válvula de agua. Así empieza la alimentación y mezclado, al
llegar el material a la barra de salida en aproximadamente 5 cms, del fondo.
El mortero caerá a los gusanos distribuidores los que lo moverán a donde el
operador desee dentro de la parte trasera de la rastra, una vez llena esta, se mueve
el camión hacia adelante un poco para poder llenar la parte delantera de la rastra. Al
completarse el llenado y habiendo abierto la válvula del agua de rocío para la barra,
se inicia el tendido.
La velocidad de la máquina será tal que el nivel de mezcla en la rastra, sea
constante y una vez determinada se mantendrá así al menos que cambien las
condiciones del terreno.
La máquina lleva en su parte delantera una barra guía colocada al mismo nivel
que la rastra para indicar al chofer donde queda el borde o la junta.
Es muy importante controlar la consistencia correcta, si no, deberá reducirse la
humedad.
Al acercarse al final del tramo, el chofer toca el claxon y reduce la velocidad, el
operador cierra la salida del mezclador, desconecta el clutch, reduce la velocidad del
mezclador, abre nuevamente la salida y vacía el mezclador completamente. La
tendencia general es a retrasar el cierre de alimentación. Sobrepasarse por 15
segundos puede requerir de 10 o 15 minutos, para que los peones puedan remover
el mortero y tenderlo a mano.
Al usar morteros de fraguado rápido, deberá tenerse especial cuidado en el
cierre de alimentación pues la reducción de velocidad en el mezclador puede acelerar
el fraguado.
Los morteros de fraguado lento podrán quedarse en el mezclador hasta que la
máquina quede colocada nuevamente, pero deberá detenerse el mezclador. Se debe
cerrar el agua de la barra rodadora.
Es una operación de dos pasadas (dos alas), la segunda se tirará en dirección
opuesta a la primera. Si el ancho requerido es menor que el de dos pasadas de
máquina, el recorte se hará en la segunda. El operador debe checar los niveles de
material al final de cada pasada.
Trabajo a mano: Un buen acabado a mano puede elevar considerablemente
la calidad de trabajo y uno bien hecho puede superar el que deja la máquina. En
áreas como patios de estacionamiento que requieren gran trabajo manual, se
45
demuestra lo dicho. El rasquetero (jalador) deberá mover la mezcla a lugares ya
húmedos, donde la máquina no logra tender, o bien previo al paso de esta en forma
de bacheo o nivelación.
La mezcla para ser distribuida a mano se distribuye con palas o jalada con las
rasquetas, y el acabado superficial se da puliendo la superficie con la misma o con un
cepillo de raíz.
Juntas longitudinales: Estas juntas son más críticas que las transversales
por la apariencia y longitud. No deberá hacerse cuando la primera franja este aún
fresca ni completamente fraguada, el término medio de fraguado es ideal para la
junta, la que deberá rociarse con agua antes de la aplicación y emparejarse a mano
después.
Juntas transversales: Es necesario que estas juntas estén correctamente
hechas para poder sellar completamente y dar buena apariencia. Al acabarse algún
material, generalmente el primero es el agregado, el operador deberá parar los
restantes y vaciar el mezclador, continuado el avance de la máquina hasta vaciar la
rastra. Al volver a empezar la máquina como lo estaba antes y seguir los mismos
pasos de arranque y se requerirá dar un acabado a mano.
46
111.5 COMPACTACION.
Es importante considerar que todos los productos asfálticos y en general sus
mezclas contienen una cantidad importante de vacíos o huecos que ocasionan
inestabilibad para los fines que se persiguen, estos vacíos son provocados al
momento de fraguar la mezcla, por lo que es importante eliminarlos para lograr una
mejor consistencia y mejorar sus propiedades físicas.
El asfalto tiene aún más propiedades de líquido que de sólido, por lo que
podrá subir a la superficie con alguna presión (asfalto tierno), por esto, tiene también
mayor facilidad de cerrar los poros, y esto se logra mediante la aplicación de esa
presión en forma controlada usando rodillo neumático que no daña la delgada capa
de mortero.
Esta compactación deberá ser muy efectiva ya que de lo contrarío dañaría la
estructura de la mezcla.
Los morteros pierden una cantidad de agua muy importante al ser expulsada
por la presión mecánica ejercida por el compactador, esto a su vez ocasiona que al
tiempo del fraguado de la mezcla resulte una superficie porosa.
Las constantes investigaciones en esta etapa de los morteros asfálticos
relativa a la compactación de los mismos, nos ha llevado a conclusiones sustantivas
en las cuales se ha afirmado que los compactadores neumáticos cumplen con las
características esenciales que requiere para la compactación de los morteros, ya que
estos son los mas ligeros y no dañan la estructura final al realizarse la operación.
A lo largo y ancho de nuestro país la compactación se realiza con
compactadores neumáticos, aunque existen diferentes marcas y capacidades, se
realiza el proceso para el cual son asignados, debido a las características de cada
compactador y a la experiencia que se tenga en el uso y manejo de cada uno de
ellos, permitirán que el trabajo final sea de excelente calidad y esto a su vez permita
que la compactación se realice en el menor tiempo posible abatiendo así los costos y
los tiempos de compactado.
En la mayoría de las ocasiones la selección del tipo de compactador a utilizar
depende del tipo y características de la mezcla por compactar, ya que como se sabe
existen diferentes tipos de mezclas, diferenciadas unas de otras por el tamaño de las
partículas empleadas en algún trabajo especifico.
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111.6 PROBLEMAS ESPECIALES.
Se plantean brevemente algunos de los principales problemas que más
atañen a los morteros asfálticos, como son:
Limitación de clima: Cualquier emulsión se arruina si su agua se llega a
congelar.
No deberá tenderse mezcla alguna cuando:
a) Exista problema de congelamiento antes de obtener el fraguado.
b) La temperatura sea de 13°C, o menor y continúa bajando, pero si se podrá tender
si está a 7°C, ó más y continua subiendo.
c) Después de lluvia cuando aún hay charcos en la superficie.
Los morteros que fraguan por evaporación, no deberán tenderse si hay
humedad excesiva o si amenaza lluvia. Los morteros que fraguan por expulsión de
agua si se pueden en ambos casos.
Si el clima es muy caliente y seco, se puede formar una costra fraguada que
impedirá la salida de agua de la capa inferior, a esto se le llama mezcla tierna. Se
puede solucionar mediante poreo de arena fina y seca o por compactación con
compactadores neumáticos sobrecargados.
Control del contenido de agua: Como se dijo anteriormente las mezclas
toleran un rango muy grande de humedad, pero se recomienda que se operen en la
media óptima (9 % en un rango de 6% a 11%).
Los operadores tienen la tendencia a excederse en agua para facilitar el
tendido y mejorar el acabado aún cuando deterioren la mezcla, pero el uso de
gusanos distribuidores para un mortero con contenido de agua correcto elimina el
problema de extendido en la rastra.
Si la rastra se levanta y deja abultamientos, la mezcla habrá empezado a
endurecerse.
Debe enfatizarse en que el exceso de agua baja la estabilidad del mortero
fraguado. El asfalto flota quedando en exceso en la superficie y muy pobre en la
parte inferior y sobre todo, sin liga a la carpeta existente.
Rompimiento previo de la emulsión: Esto solo se aplica a morteros con
emulsión rápida. Como estas rompen solo minutos después del contacto con el
agregado, debe considerarse que tan grande es este lapso y como aumentarlo en
climas calientes mediante aditivos.
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Si el rompimiento sucede al momento del mezclado, es muy fácil descubrirlo
porque el mezclado será muy difícil y mucho del agregado queda sin cubrir. Con
algunos materiales, se formará un mortero al momento, pero romperá antes de poder
ser tendido. Si el mezclado continúa, las partículas recubiertas de asfalto ya fraguado
quedarán en suspensión en agua.
En muy difícil de descubrir este fenómeno, pues la apariencia general de la
mezcla es normal y uniforme. Las únicas demostraciones de esta falla son un cierto
color metálico y formación de burbujas y la única precaución para evitar esto es
muestrear constantemente y analizar en laboratorio.
La razón de no usar estos morteros es que las partículas de agregado
pequeño tendrán exceso de asfalto, las grandes quedarán en forma pobre y no
existirá asfalto libre para hacer la liga al pavimento existente.
Sin embargo se podrán utilizar si el clima o en especial la base esta muy
caliente ya que la temperatura re-licuará el asfalto permitiéndole que recupere gran
parte de su capacidad de mezclado. O bien, pasar un compactador neumático en el
mortero tierno, lo que aumentará la fluidez del asfalto y lo distribuirá ventajosamente
a la vez que cierra la porosidad.
La combinación de alta temperatura y uso del neumático será lo más
conveniente.
Aunque el rompimiento de la mezcla depende de la velocidad de la emulsión,
una vez fraguado el mortero este factor queda olvidado y no tendrá ningún efecto en
el comportamiento de la nueva carpeta. Sin embargo, se ha observado que se
comportará mejor y durará más un mortero que rompió después de tendido.
Exceso de mezclado: Uno de los principales objetivos de la máquina
mezcladora de mortero asfáltico es la adecuada proporción de mezclado y tendido en
el mismo tiempo. La única posible manera de permitir un exceso de mezclado, es que
el operador pare el mezclador estando aún lleno, dando lugar a que penetre aire en
la revoltura, ocasionando el principio de rompimiento cambiando el color de la
mezcla.
En caso de trabajar con emulsión rápida, el mortero podría romper y
solidificarse dentro de la máquina.
Sobre tamaños de grumos en el agregado: A pesar del cuidado al cribar y al
formar el almacén, puede llegar a la máquina alguna grava gruesa que dañe alguna
49
Ú l K U í í í J t . >- o
parte mecánica o bien, si logra pasar, quedará retenida en la caja niveladora de la
rastra, provocando una marca o canal en el acabado.
Algunos materiales se pegan y forman grumos por la humedad y al secarse se
encenderán para desintegrarlos, aunque es muy difícil. Esto sucede comúnmente en
materiales con bajo equivalente de arena, es decir, con mucha arcilla o limos. Estos
grumos pueden pasar a la rastra haciendo lo mismo que una piedra o bien,
desintegrarse en el mezclador pero quedando parte sin cubrir, apareciendo como
lunares claros en la superficie.
Dependiendo de la consistencia del mortero se podrán hacer desaparecer
esos lunares con las rasquetas. Si la consistencia es óptima, será prácticamente
imposible, no así si esta es muy húmeda.
Los sobre tamaños y grumos se pueden evitar cribando el agregado antes o
después del mezclador, pero esto creará nuevos problemas, por lo que se
recomienda cribar antes de alimentar la máquina.
Bombeo del camino y curvas peraltadas: Si no existieran en la rastra los
gusanos espaciadores, la mezcla se acomodaría por gravedad e iría contra la parte
trasera de la rastra. Gracias a uno o dos pares de gusanos que el operador puede
activar separadamente y en ambos sentidos, la mezcla puede ser elevada a la corona
del camino o a la parte alta de un peralte.
Pendientes altas: En una pendiente pronunciada, el mortero tenderá a
escurrir, por lo que si se trabaja en subida, se recomienda fabricar el mortero más
fluido. Esto contrarresta la presión que ejercería en la caja trasera y quedaría un
mayor espesor. En caso de trabajar cuesta abajo se deberá hacer mortero más seco
para que no escurra por la ceja delantera.
Como se trabaja a baja velocidad, en subida sufre considerablemente el motor
del camión y en bajada los frenos, por lo que se recomienda el segundo caso.
Guarniciones y cunetas: La rastra trae unas pequeñas aberturas a los lados
de la parte trasera para dar salida a material extra para juntas o chaflanes, pero este
no es suficiente para una cuneta, para dar salida a más material, se colocará la rastra
con un cierto ángulo, tensando más la cadena izquierda (lado del operador y del
chofer) para que la esquina trasera salga a la cuneta y con ayuda del gusano, se
llevará la mezcla a esa esquina, de donde caerá por gravedad a la cuneta y luego se
extenderá a mano.
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Pozos de visita y alcantarillas: En muchos casos, se suben los registros
antes del tendido, o bien, se les aplica aceite grueso o grasa para evitar adherencia y
el mismo tráfico romperá el mortero arrojándolo al drenaje. También podrá ser
removido antes de que fragüe totalmente o mediante una colocación previa de
cubiertas de plástico o cartón.
Retornos en cerradas: En calles que terminan en una pequeña pera o
rotanda para el tráfico ó en calles que tienen una saliente para autobuses,
ampliaciones exagerada en curva, se presenta el problema de meter la máquina.
Esta dificultad está en función del radio de giro del camión.
Siempre se hará primero, de ser posible, curvas completas y después los
medios pasos.
Medios pasos: Cuando no es posible tender todo lo ancho de la rastra, se
usará solo la mitad de ésta. El operador solo tendrá que dirigir la salida a la mitad que
se usará.
Se recomienda que sea la izquierda para que el chofer pueda ir viendo los
niveles y controlando la velocidad del camión.
Un medio paso nunca deberá ser la última pasada, ya que la caja intermedia
no puede cerrar completamente la salida y la mezcla se extenderá por esa abertura.
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CAPITULO IV
PRUEBAS DE LABORATORIO
PARA MORTEROS ASFÁLTICOS
52
IV. PRUEBAS DE LABORATORIO PARA MORTEROS ASFÁLTICOS.
Las diversas pruebas aplicables a morteros asfálticos están sujetas a la
normatividad existente y a solicitud de la autoridad en cuestión de morteros asfálticos.
Sabemos de la importancia que tiene tanto para el productor como para las
autoridades que los productos asfálticos cumplan con las normas establecidas en
materia de productos asfálticos.
Independientemente de todas las pruebas aplicables a morteros asfálticos
haremos mención de algunas pruebas, que a nuestro juicio determinamos como las
más importantes, esto se debe a la cantidad de ocasiones que las hemos empleado,
a continuación se mencionan:
La prueba de abrasión de pista húmeda.- es básicamente una prueba de
resistencia de morteros, fraguados bajo cuidadoso control y especificaciones de
laboratorio. Bajo tales condiciones, resultará no satisfactoria cualquier formulación
que pierda 8 gr/dm2. ó más en pruebas de 5 minutos.
Otra prueba consiste en agitar vigorosamente una pastilla encerrada en un
comportamiento con agua, balines de acero y arena silica, los desgaste aceptables
observados son menores de 0.32 gr/dm2.
Debido a la simplicidad de las pruebas ya mencionadas existe un alto índice
de confiabilidad para determinar su resultado final, es necesario considerar que la
confiabilidad de los resultados obtenidos dependerá de el equipo que se este
empleando para el desarrollo de cada una de la pruebas efectuadas, en la mezcla
que ha sido diseñada para cumplir con las normas establecidas.
Cuando se ejecuten otro tipo de pruebas aplicables a morteros asfálticos, será
necesario que el personal encargado de realizarlas tenga la experiencia suficiente en
el ramo y no solo eso, además deberá contar con equipos sofisticados y altamente
confiables, en su resultado final.
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IV.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS.
Las especificaciones del agregado utilizado en morteros asfálticos son
similares a las incluidas para otros tipos de mezclas.
Las condiciones de buena calidad del agregado fino que se exigen en las
mezclas asfálticas deben extremarse, lógicamente en los morteros, especialmente en
aquellas que más que destinadas a una simple función de sellado, están destinadas
a proporcionar una capa de rodamiento con una microtextura importante.
Es mucha la experiencia que demuestra que los agregados usados con
cualquier clase de producto asfáltico deberán estar relativamente exentos de materia
orgánica, algunos de estos agregados son clasificados como, finos plásticos y arcillas
expansivas tanto en las mezclas en caliente como en los pavimentos de mortero
asfáltico. La prueba que se conoce como prueba de equivalente de arena (AASHTO
T176-56) indica que cantidad de material indeseable está presente, observando la
rapidez con que tal material se decanta en una solución estandard acuosa desde
cloruro de calcio, glicerina y formaldelhido. Un material, para poder usarse en un
mortero, deberá tener un equivalente de arena de 45 o más elevado. Si se usan
agregados que contengan cantidades excesivas de arcillas expansibles, se
requerirán innecesariamente grandes proporciones de emulsión, se afrontarán
problemas para poder lograr el complejo curado, y es de esperarse que se presenten
diversas manifestaciones de debilitamiento en la resistencia a los esfuerzos
impuestos por el tráfico.
A veces un agregado contiene material de despalme y/o "humos" como en el
caso de materiales naturales que han sido depositados por corrientes superficiales.
Con más frecuencia los materiales indeseables producto de trituraciones son arcillas
relativamente suaves, que pueden o no estar distribuidas uniformemente en todo el
material triturado. Por ser relativamente suaves, estas arcillas, que llevan nombres
geológicos tales como ilitas, caolitas y montmorilonitas, tienden a concentrarse en los
finos durante la operación de trituración.
La montmorilonita en particular, se expande totalmente cuando está húmeda.
Además de los efectos dilatóreos de las arcillas expansivas, se sospecha que son la
causa del rompimiento inmediato de algunas emulsiones catiónicas, siendo la
montmorilonita la que al parecer crea este efecto.
54
En una operación de trituración que involucra etapas de procesado primario y
secundario, hay razón para sospechar que una mayor concentración de arcillas
expansivas se encontrarán en los finos provenientes del proceso primario, que
aquellas que se originan de la trituración del proceso secundario. Por lo tanto, al
menos que las pruebas demuestren lo contrarío, los materiales provenientes de las
dos etapas de una planta trituradora no deberán usarse indistintamente.
Uno de los asuntos que nos aconseja la experiencia actual, es que la
concentración de arcillas expansivas puede variar significativamente en muestras de
agregados, obtenidos en épocas diferentes de la misma cantera y de una misma
operación de trituración. No ha sido posible identificar la razón por la que el
equivalente de arena de tal material de graduación deberá cambiar con el tiempo, de
un valor aceptable a uno inaceptable.
Sin embargo, las causas probables de tales cambios son: un aumento en el
contenido de arcilla del material base o el uso de un porcentaje mayor de finos
proveniente de una fuente determinada, una vez que se ha encontrado que está libre
de arcillas expansivas, no puede confiarse que permanezca en esta forma durante un
periodo prolongado. Para evitar posibles dificultades de esta naturaleza se
recomienda hacer verificaciones periódicas en el laboratorio, de equivalente de arena
y/o índice de plasticidad. Es necesario enfatizar que las arcillas expansivas no
pueden ser detectadas por una mera inspección visual.
Graduación del tamaño de partículas: Cualquier material que se pretenda
usar en morteros asfálticos deberá contener partículas individuales que tengan una
amplia variedad de tamaños, para que puedan empacarse firmemente limitando
rigurosamente el volumen de vacíos, mismos que deberán ser llenados únicamente
por el asfalto. Los tres rangos de graduación reconocidos en la guía de
especificaciones detalladas que han sido preparadas por diversas instituciones que
tienen a su cargo la construcción y mantenimiento de calles y carreteras.
Suponiendo que se dispone de una muestra representativa de un agregado
para una evaluación de laboratorio, siguiendo los procedimientos adecuados de
muestreo (ASTM D75-59-0-AASHT02-60), la graduación se determina normalmente
en seco, por medio de un análisis granulométrico. Aparte de estar adecuadamente
graduadas, todas las partículas, excepto quizá las muy finas, deberán además ser de
forma angular más que redondeada.
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La realización de un análisis granulométrico convencional es rutinario y con el
debido cuidado y equipo, los resultados son precisos y reproducibles. De la medida
de graduación del tamaño de las partículas, normalmente expresadas en términos del
porciento en peso que pasa a través de las mallas especificadas, el área superficial
de la unidad de peso del agregado puede ser calculada mediante un método
empírico o uno establecido.
La experiencia ha demostrado que el funcionamiento óptimo del pavimento se
logra cuando cada partícula de agregado es cubierta con asfalto en un espesor de 8
a 9 mieras. Conociendo este espesor y el área específica del agregado, el porcentaje
de asfalto puro que se requiere para proveer tal partícula puede calcularse.
Adicionalmente, deberá determinarse la cantidad de asfalto que será absorbido por el
agregado.
Absorción del agregado: El asfalto por sí solo es extremadamente difícil de
absorber y, no solo eso, además es imposible trabajarlo y determinar su absorción.
En el agregado se ha desarrollado una técnica que utiliza keroseno y una máquina
centrífuga bajo condiciones estandarizadas, denominándose los valores numéricos
resultantes como equivalente de keroseno centrifugado (CKE).
Es incorrecto decir que el CKE es el porcentaje de asfalto puro, que será
absorbido por el agregado. La cantidad realmente medida, es el porcentaje ganado
por peso del el agregado después de que éste se ha impregnado en keroseno y
luego se ha centrifugado. Este valor empírico, agregado al porcentaje de asfalto que
se requiere para el recubrimiento de 8 mieras, tal como se determina por un método
empírico coordinado para estimar el área, de tal modo que la experiencia demuestra
una excelente aproximación en números al valor adecuado del requerimiento total de
asfalto. Dicho de otra forma, la experiencia derivada del servicio indica que se obtiene
el funcionamiento óptimo del pavimento, cuando la proporción del asfalto se
determina por este método.
Otro método mucho más simple para determinar el requerimiento de asfalto
puro de un agregado se describe en el Método y Prueba No. Calif. 355-A, publicado
en abril de 1967 por la División de Carreteras del Estado de California. Este requiere
solamente una determinación por el método centrífugo con queroseno y el
conocimiento de la gravedad específica aparente.
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Obviamente ninguno de estos métodos puede indicar el asfalto adicional que
se puede requerir para llenar los vacíos en la superficie de la carretera. En otras
palabras, la determinación definitiva del diseño óptimo de la mezcla para las
condiciones locales, requiere que la cantidad óptima determinada en el laboratorio
sea aumentada ligeramente después de que se haya hecho una estimación de
campo de la absorción de la base.
Contenido de humedad y peso específico: También es necesario, para
proporcionar con precisión los ingredientes en una máquina de mezcla continua de
mortero asfáltico, conocer: La gravedad específica aparente, los pesos específicos de
los agregados sueltos y compactos, y los efectos del contenido de humedad en estos
últimos; el contenido de humedad del agregado en uso, y el grado de compactación
que tenga, en donde este sea medido, y ciertos datos de calibración de la máquina
misma.
Para una relación dada de suministro de asfalto (como en el caso de
emulsiones)a la revolvedora, deberá lograrse la relación correcta de gasto del
agregado, como cuando se forza éste a fluir a través de una avertura medidora, el
área de la cual ha sido ajustada adecuadamente. La información básica que se
necesita para hacer el ajuste de la abertura puede obtenerse por calibración directa
de la máquina en áreas preseleccionadas de la abertura de dosificación, usando
agregados de diversos pesos específicos conocidos y contenidos de humedad.
El ajuste previo adecuado del área de descarga requiere, además, el
conocimiento del contenido de humedad del agregado usado, y el efecto de la
humedad en el peso específico de ese agregado en particular. Esto último puede y
debe determinarse como parte de una evaluación preliminar de laboratorio de los
materiales.
El efecto de humedecer un agregado seco, algunas veces referido como un
efecto de "abundamiento", es el de disminuir el número de kilos de agregado seco
contenidos en la unidad de volumen. Esto se aplica para ambos casos de materiales
sueltos o compactos siendo su efecto mayor en este último caso.
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V.2 AGUA
El agua es un factor importante en la estabilidad del mortero y es lo que
determina la consistencia de la mezcla. Se presenta de tres formas distintas:
Humedad propia del agregado, pre-humedecimiento y como uno de los principales
componentes de la emulsión. Cuando en el lugar de los trabajos no se cuente con
agua potable, esta será transportada hasta el sitio que se requiera, ya que de no ser
así se puede contaminar la mezcla y con ello perjudicar la aplicación, en este caso
del mortero asfáltico.
El agua que se adiciona a la mezcla deberá ser potable, de tal forma que no
requiera ser analizada por el laboratorio. No deberá usarse agua estancada, salada o
con limo en suspención.
Para cualquier combinación de agregado-emulsión dada, la estabilidad de la
mezcla deberá estar formulada con un rango mayor que la concentración de agua de
pre-humedecido; por ejemplo, sobre el rango de 6 a 11 % del peso del pétreo seco.
En este caso específico, menos del 6 % de agua dará una mezcla inestable y flotará
el asfalto.
El control de pre-humedecido debe ser muy cuidadoso y para este mismo
ejemplo se recomienda que la máquina mezcladora opere a la media, o sea, 9%.
Deberá evitarse el uso de más de 11%, además, el exceso de humedad provocará
que la mezcla se comporte como una masa y se abulte en ciertas partes.
Como el contenido de agua en la emulsión es de 35-40%, el total de agua en
una mezcla con grava triturada será del orden del 12 a 20% del peso del agregado
seco.
En resumen, el agua es un ingrediente muy importante en los morteros y
requiere de mucho cuidado en la adición de humedad a los agregados para controlar
la estabilidad de la mezcla. El exceso de agua, además de derramar la mezcla,
evitará el correcto cubrimiento del material por el asfalto y existirá el problema de
mala adherencia.
58
IV.3 MATERIAL FINO.
Los materiales finos son parte esencial de un mortero asfáltico, ya que de este
depende la rugosidad y penetración de la mezcla al ser aplicada.
Debido a que generalmente el contenido de finos es un porcentaje pequeño
en relación al contenido total del agregado, es necesario que este sea capas de
proporcionar lo siguiente:
a) Mejorar la granulometría.
b) Ayudar a mejorar la estabilidad.
c) Acelerar o retardar el rompimiento.
Estas características son básicas en la composición de la mezcla asfáltica, ya
que de estas dependerá lograr el propósito principal que es el de fabricar un mortero
asfáltico de calidad.
Generalmente se usan en proporción de 0.1 a 3% en peso del agregado seco.
Experimentalmente se ha concluido que más del 3% adicionado a desechos y escoria
de fundición produce un ligero aumento en la existencia a la abrasión.
El aditivo más común es el cemento portland y posiblemente le siga el limo. La
caliza triturada a polvo incrementará el contenido de finos, pero no sirve como aditivo.
El material fino se incluye como parte del pétreo, y su concentración se
expresa como un porcentaje del peso del agregado seco.
En la actualiad hacemos uso de materiales no solo de procedencia natural si
no que además tratamos de utilizar nuevos materiales de fabricación artificial debido
a que estos son mas ligeros y presentan gran resistencia, en ocasiones hacemos uso
de productos férreos para proporcionar mas durabilidad y agarre en condiciones
húmedas, aunque conocemos las características básicas de estos producto no se
descarta por completo el empleo de finos provenientes de material pétreo ya que esto
proporcionaría otra consistencia a la mezcla final.
59
IV.4 DETERMINACIÓN DE PROPORCIÓN ÓPTIMA DE MEZCLADO.
Existen más de tres métodos específicos para determinar la proporción óptima
de mezclado, en este capítulo haremos mención de los más usuales, ya que la
experiencia ha demostrado que son los más confiables debido a que, los resultados
obtenidos de estos métodos son satisfactorios. Únicamente haremos mención de
algunas características del "Método de área y absorción" y la "Prueba de abrasión de
pista húmeda".
Método de área y absorción.
Determinada la granulometría, mediante factores de conversión numérica se
calcula el área del pétreo a cubrir por el asfalto, dada en m2/Kg. o pie2/lb. Con el
área superficial, se calculan volumen y peso del asfalto necesario para cubrirla con
una película de 8 mieras. El equivalente de Keroseno en prueba centrífuga del
agregado indica la cantidad de asfalto retenida en los poros y esta será agregada a la
previamente calculada para el cubrimiento. Se hace una corrección de acuerdo a la
gravedad específica aparente del agregado.
El resultado obtenido por el método de áreas y absorción es óptimo o en
proporción teórica de asfalto y agregado para llenar poros y recubrir con 8 mieras el
pétreo. Obviamente mientras más fino sea el agregado mayor será el volumen de
asfalto requerido. La proporción de asfalto, dividida por el contenido de asfalto en la
emulsión , da el porcentaje óptimo de emulsión para el agregado muestreado.
Prueba de abrasión y pista húmeda.
La prueba de abrasión de pista húmeda (ISSA -T100) incluye la mezcla y
fraguado del agregado muestreado sometido a abrasión bajo condiciones específicas
y controladas, midiendo el índice al que el espécimen se desgasta. De acuerdo a las
especificaciones, se desecha la muestra que se desgaste 8 gr/dm2 ó más de 5
minutos de prueba. Un problema es que con este método de diseño de mezclas , el
índice de abrasión nunca alcanza un valor mínimo, por el contrario, continúa
decreciendo conforme aumenta el porcentaje de asfalto sobre el índice marcado por
el método de área y absorción.
60
IV. 5 PRUEBAS DE MEZCLADO.
Los estudios de agregado y emulsión muestran si éstas satisfacen o no los
requerimientos para uso en mortero asfáltico. Para materiales aceptables , se conoce
la proporción de emulsión-agregado así como el tipo de emulsión a usar. Ahora se
deberán hacer pruebas de mezclado para determinar:
a) Si los ingredientes son o no compatibles.
b) Si requiere un filler ó aditivo y en que proporción.
c) El rango de agua para pre-humedecimiento que determine un mortero estable, así
como la velocidad de fraguado de la emulsión.
En el laboratorio, las pruebas de mezclado se hacen siguiendo siempre la
misma secuencia. Se usan agregados y emulsión en proporción teóricamente
correcta, a 50 gr, de agregado seco, sin cemento, y pesado en un cono de papel, se
le agrega el agua de pre-humedecimiento que proporciona un tendido fácil y mortero
estable, se vacían y fraguan pastillas para prueba.
Se observan por varias horas a una temperatura de 50-55°C para ver si el
fraguado es normal y en caso positivo, se someten a la prueba de abrasión de pista
húmeda.
Con la misma EKL, catiónica, pero en otros materiales que los ya
mencionados, no se podrán obtener morteros estables a menos que se adicione
cemento portland sin variar la concentración de agua adicionada, normalmente es
suficiente de 1a 2 % de cemento.
Se determina el tipo de emulsión a usar, y si ésta resulta de fraguado rápido,
se trabajará con un cronómetro desde que empieza el mezclado observando si
durante este y por espacio de 4 minutos no hay endurecimiento de la mezcla.
Con emulsión rápida es usual que, con un agregado dado y sin cemento, se
obtenga un mortero inestable. Entonces se deduce la cantidad de agua de pre-
humedecido. Una vez que ambas han sido determinadas, se repite todo el
experimento, si la mezcla se endurece dentro de los primeros 4 minutos y a
temperatura ambiente de 25°C aproximadamente no se recomendará la combinación
supuesta. Esta combinación será factible solamente en un clima muy frío, pues a
temperatura templada o caliente, romperá durante el tendido o antes de efectuarse
este.
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El cemento acelera el rompimiento de las emulsiones aniónicas, esta
característica es deseada en ciertos casos, sabiendo que estas emulsiones son
estables con muy poco o aún sin cemento. Con este experimento se determina el
mínimo de cemento aceptable para morteros estables, cumpliendo o no la condición
de los 4 minutos para mezcla y tendido.
Para la mayoría de las emulsiones rápidas, la concentración de cemento que
permite un mortero estable es de varias décimas de 1%. Si no es posible formar a
este nivel de laboratorio un mortero estable, no podrá lograrse tampoco en la
máquina.
El proceso en laboratorio para determinar la afinidad con una emulsión
catiónica es larga en base a pruebas de error, el principal problema es conocer el
tiempo que tenemos que retardar el rompimiento de la emulsión para lograr una
operación de máquina aceptable.
Con ciertas combinaciones de materiales, el rompimiento puede retardarse
con adición de cemento, limo ó sulfato de amonio pulverizado, pero con otros
materiales, nada de esto es efectivo, tampoco la sugerida adición de nitrato de
amonio, agua de amonio, ácido. Si ninguno de estos productos resulta, es probable
que el laboratorio no pueda dar la fórmula adecuada para una mezcla en tales
condiciones.
Aún cuando tal diseño sea determinado por deducción, no se podrá garantizar
que una elevación de temperatura o pequeños y desapercibidos cambios en la
composición del agregado o emulsión, afecten a la mezcla.
Cuando se aceptan diseños de mezclas elaborados con emulsiones rápidas
de ambos tipos, el laboratorio deberá hacer recomendaciones adicionales. En los
primeros pasos de mezclado, es posible formar un mortero estable en el que la
emulsión ya ha cubierto parte del agregado. Esto debe referirse como un falso
mortero, que es muy difícil de detectar; aún en laboratorio y a simple vista, luce
normal y estable, pero con partículas aún sin cubrir. Falsos morteros no deberán
usarse ya que tiene un residuo de asfalto muy bajo con resultado de mala
adherencia.
Una vez determinado el diseño de la mezcla con emulsión rápida, deberá
procederse a fabricar pastillas, midiendo el tiempo desde que se inicia el mezclado.
Se deberá secar la pastilla cada 15 minutos con papel secante blanco. Para mezclas
62
rápidas que han estado a temperatura ambiente por un período de 15 a 30 minutos,
el papel secante deberá resultar sin manchas y haber absorbido únicamente agua
limpia.
Para mezclas que contienen emulsión rápida aniónica acelerada con cemento,
deberán hacerse pastillas con diferentes contenidos de cemento y determinar el
tiempo de fraguado de cada una usando el método del papel secante.
63
IV.6 PRUEBAS PARA MORTEROS ASFÁLTICOS.
Actualmente existe una gran diversidad de pruebas aplicadas a morteros
asfálticos, que son capaces de determinar su calidad y para que esta sea buena es
necesario llevar acabo un estudio completo de laboratorio el cual deberá contener las
pruebas siguientes:
a) Prueba del equivalente de arena (AASHTO -T27 ó ASTMD2419) para determinar
el contenido de arcillas expansivas y limos.
b) Cribado (AASHTO-T27 ó ASTM-C136) para determinar la granulometría usando de
6 a 8 muestras al azar.
c) Peso específico aparente (AASHTO - T84 ó ASTM C128) para hacer la corrección
de densidad del agregado.
d) Prueba centrífuga (rótarex)(California Highway Dept.T303B) para determinar
contenidos de asfalto.
e) Peso unitario (AASHTO-T19 ó ASTM-C29) y el efecto de varias proporciones de
humedad con el objeto de encontrar la óptima para el correcto fraguado.
f) Abrasión (ASTM-C131) y desgaste (AASHTO-T104 ó ASTM-188) por
intemperismo.
De entre todas las pruebas de laboratorio, solo la de equivalente de arena no
contribuye a establecer la correcta proporción durante el mezclado. Con el aumento
de arcillas y limos, decrece la calidad del mortero. Cuando el equivalente de arena
baja de 45, y se producen una serie de efectos, tales como:
a) Se incrementa el contenido de asfalto.
b) Hay contracciones durante el fraguado.
c) Disminuye la resistencia a la abrasión.
d) Algunas emulsiones rompen permanentemente.
Por todo esto se recomienda nunca usar un material con equivalente de arena
abajo de 45 en la capa expuesta de mortero asfáltico, ni uno abajo de 40 en alguna
capa inferior.
64
IV. 7 REPORTE DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS.
Una vez realizadas las pruebas de los componentes individuales y de las
mezclas para ver afinidades, deberá prepararse un reporte completo dando las
características de los componentes, el diseño recomendado de la mezcla, los efectos
de la humedad en la unidad de peso del agregado, así como, cualquier precaución a
tomar durante la operación.
Este reporte deberá cumplir con los reglamentos internos del laboratorio
donde se estén llevando a cabo las pruebas.
La información obtenida de cada prueba deberá ser vaciada en las hojas con
formato apropiado para cada prueba por separado, ya que no es conveniente hacer
el vaciado de dos pruebas en la misma hoja, ya que provocaría confusión para el
personal encargado de interpretar la información recabada.
Este reporte es algo más que eso porque en este se deberán vaciar las
conclusiones de cada prueba ejecutada y no así los resultados de las mismas.
La labor del personal encargado de realizar los reportes no acaba con
efectuar este, sí no, que además deberá dar su punto de vista en la interpretación de
los resultados y además deberá comentar los inconvenientes que puedan perjudicar
su interpretación.
Cuando se cuente con dos personas encargadas del vaciado de datos y
reporte de las pruebas ejecutadas será necesario considerar que entre las mismas no
exista gran disparidad en su resultado final ya que de lo contrario afectaría
considerablemente el resultado final, esto es en la decisión de emplear una mezcla
determinada, o en la elaboración de la misma.
65
CAPITULO V
CONTROL DE CALIDAD
66
V. CONTROL DE CALIDAD.
La calidad del mortero asfáltico es responsabilidad del contratista y es
determinante para la obtención de nuevos contratos. También es importante que la
supervisión del cliente sea efectiva y por personal calificado.
Ocasionalmente hay fallas que retardan o eliminan la aceptación de un
trabajo, estas son: Pobre adherencia a la base, rápida abrasión o fraguado
defectuoso. Se pueden eliminar si se siguen las siguientes recomendaciones:
a) Seleccionar y usar solamente agregados y emulsión que se haya demostrado que
pasan especificaciones y que son compatibles entre sí. La granulometría del
pétreo debe ser la adecuada para las condiciones del pavimento existente.
b) Mantener la máquina mezcladora y la rastra limpias.
c) El espesor de la capa de mortero deberá ser de la capa del tamaño promedio del
agregado más grueso el que cubre del 10 al 15 % del volumen total del agregado
pétreo. Estas partículas proporcionarán el soporte para el tráfico y eliminarán la
formación de rodadas y acanalamientos.
d) La máquina deberá ser calibrada antes de empezar el trabajo y usando materiales
seleccionados. La calibración deberá checarse al menos una vez por semana. Al
cambiar un material en forma significante, se requerirá de un nuevo estudio de
laboratorio para poder recalibrar. Las compuertas y válvulas se deberán ajustar a
los nuevos datos.
e) Hacer uso apropiado y completo de datos de laboratorio, de los efectos de
expansión del asfalto por la humedad para poder calibrar la compuerta, así como
el filler.
f) La base que recibirá el mortero debe ser sana, limpia y húmeda pero libre de
charcos.
g) Ajustar el suministro de agua para obtener mortero estable y fácil de aplicar.
Controlar el agua de pre-humedecimiento cerca del punto medio del rango dado
por el laboratorio.
h) La descarga del mortero deberá ser a los compartimientos delanteros de la rastra y
deberá resbalarse conforme avanza la rastra,
i) La velocidad de la máquina deberá ser tal que el nivel en la rastra sea constante,
j) Deberán seguirse determinando los contenidos del equivalente de arena y
granulometrías.
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k) Si se usa una emulsión de rompimiento rápido, deberán tomarse muestras de cada
bachada y ver la continuidad en la compatibildad.
I) Tener cuidado de no tender un falso mortero, ya que no tendrá una buena unión
entre partículas ni con la base,
m) Considerar las limitaciones por temperatura y humedad ambiental,
n) Si resulta económico, se procederá a dar compactación con equipo neumático.
Cuando nos referimos a la abrasión es necesario llevar acabo las
recomendaciones y consideraciones siguientes:
a) La granulometría del agregado tiene especial influencia en la resistencia a la
abrasión del mortero asfáltico terminado.
b) De todos los tipos aceptados, la resistencia a la abrasión es mayor en
granulometría más fina.
c) Es muy importante cuidar que no disminuya el porcentaje de finos que pasan la
malla 200.
d) Es preferible excederse en asfalto que dejar pobre la mezcla.
e) Es significante la diferencia en resistencia a la abrasión en dos diferentes tipos de
agregado o de emulsión.
f) Es preferible usar material triturado y no rodado.
Dándole debida atención a estos puntos, el resultado deberá ser satisfactorio, lo cual
indica que se ha logrado un mortero de calidad.
68
V.1 EQUIPO.
El equipo requerido para la fabricación y tendido de morteros asfálticos, es de
vital importancia, por ello es necesario que todo el equipo empleado se mantenga
siempre en buenas condiciones de operabilidad, esto se puede lograr realizando con
periodicidad mantenimiento preventivo.
Es muy importante que el equipo cumpla con las características necesarias
para realizar el trabajo para el cual ha sido solicitado.
Es esencial contar, básicamente con una planta móvil mezcladora y tendedora
del mortero asfáltico y como equipo adicional: Barredora mecánica, cargador frontal,
pipa de agua o acceso a una toma municipal, con sistema de mangueras, carro-
tanque de asfalto, herramienta menor y equipo de compactación.
Equipo auxiliar: Vehículo usado para llevar la emulsión al lugar de trabajo y a
la máquina tendedora, puede tener equipo de petrolizadora para riegos de
impregnación.
Es necesario un carro-tanque para almacenar la emulsión o bien para
acarrearla hasta la máquina tendedora. Debe recordarse que muchas emulsiones no
son estables cuando se almacenan mucho tiempo, a bajas o altas temperaturas.
También que la emulsión recién fabricada está caliente por lo que tenderá a romper
fácilmente.
Una pipa de agua es muy útil cuando no se cuenta con una toma municipal,
además de que puede ser usada en operaciones de limpieza y en riegos de
impregnación con emulsión asfáltica diluida.
Se requiere un cierto número de herramientas de mano, para usarse donde la
máquina no tiene acceso como curvas y ángulos muy cerrados. Se necesitan palas,
cepillos y rasquetas flaladores de emulsión en forma de rastrillo con neopreno)
normalmente estas tienen de 0.60 a 0.90 m. de ancho y, se usan para dar acabado
superficial en las áreas inaccesibles.
Este tipo de herramientas manuales son fáciles de conseguir y de remplazar
ya que tiene un bajo costo de adquisición.
69
V.2 MÁQUINA MEZCLADORA Y TENDEDORA.
Para lograr un buen mezclado y tendido de un mortero asfáltico, será
necesario que la máquina mezcladora sea la que mezcle con la debida proporción los
materiales a utilizar y así obtener un producto estable, el cual posteriormente sea
descargado por medio de una arrastra que lo distribuye en el pavimento existente de
manera uniforme y al espesor deseado.
A continuación hacemos referencia de los componentes principales de la
máquina "mezcladora y tendedora":
Esta máquina es cargada con el material a utilizar, la mezcla deberá estar bien
proporcionada para obtener un mortero estable, posteriormente se descarga a una
rastra que lo distribuye en el pavimento existente en forma uniforme y al espesor
deseado.
Tanque de almacenamiento y tolvas: Todas las máquinas tienen tanques
separados de capacidad apropiada para emulsión y agua, construidas a base de
juntas traslapadas y con soldaduras por dentro y fuera, con abertura en la parte
superior lo suficientemente grande para el paso de una persona, que limpie y realice
mantenimiento. Deberán ser llenados por estas aberturas o por conexión desde el
fondo, lo que es preferible para eliminar la espuma.
Algunas máquinas tienen bomba de vacío para así llenar los tanques sin
requerir bombas ajenas de transferencia. Deberán tener indicadores de columna que
muestren en todo momento el nivel de líquidos.
Los tanques de emulsión deberán inspeccionarse regularmente y en
ocasiones remover los depósitos de asfalto solidificado al igual que el de las tuberías.
Los tanques deberán tener una capacidad tal, que normalmente se vacíen
simultáneamente con la tolva del agregado.
Para permitir la caída del agregado a la banda transportadora, las tolvas
deberán tener un ángulo de 45-55° con la vertical y tendrán vibradores de pared para
ayudar al deslizamiento de materiales húmedos. Aún las máquinas más pequeñas
deberán tener entrada de tolva tal, que pueda ser elevada por un cargador frontal
grande.
Planta de fuerza auxiliar: Cada máquina está equipada con un motor diesel o
gasolina que proporciona la fuerza necesaria para toda la operación, cada motor
tiene su propia fuente eléctrica y clucht para evitar sobrecargas de arranque. El calor
70
que produce este motor es conducido a la bomba de emulsión para facilitar su
trabajo. Todo esto se controla desde un tablero.
Alimentación de materiales: El agregado es alimentado mediante banda
transportadora al mezclador y controlando una compuerta. La emulsión es
suministrada a presión mediante bomba de engranes y controlada por una válvula o
por las revoluciones de la bomba.
La bomba deberá ser lavada al finalizar el trabajo cada día con el diesel. Para
checar que está suficientemente limpia, se deberá poder mover con la mano antes de
empezar la operación.
Al iniciar el trabajo, la bomba deberá estar caliente antes de aplicarle carga de
trabajo, para evitar que el asfalto se deposite y le impida trabajar libremente.
Los controles de gasto se operan manualmente. El alimentador de finos tiene
graduaciones de 0.5 a 3.0 en marcas de 0.5 en 0.5.
El cemento (o cualquier filler) deberá estar libre de grumos y cuerpos extraños
como papel, que puedan caer en el mezclador. No deberá dejarse en la tolva por un
período largo ya que tenderá a endurecerse.
La bomba de agua es de tipo centrífuga, provee agua a presión según la
controle el operador. Se suministra mediante una barra distribuidora al mezclador,
una llave para la limpieza del equipo y una barra rodadora para pre-humedecer el
tramo.
Medición de los ingredientes: La impulsión de las bombas y de la banda
transportadora está interconectada mecánicamente por lo que la proporción no se
altera durante el proceso por variación de velocidad individual.
La posición de la compuerta determina el volumen de salida al mezclador, Es
conveniente expresar este volumen en función de una revolución de rodillo de la
banda, ya que el movimiento de este está conectado mecánicamente con la bomba.
Se debe considerar el contenido de humedad del material sobre su peso
específico para evitar mal proporcionamiento del agua de pre-humedecido.
El clutch de la bomba de emulsión es del tipo que no pueda patinar, por lo que
el gasto de esta estará en función del volumen alimentado de asfalto. De este
volumen, depende el tiempo de mezclado, pero es independiente de la velocidad del
motor auxiliar.
71
El alimentador de finos trabaja simultáneamente con el de asfalto por lo que
su proporcionamiento no varía con la velocidad del motor.
El mezclador: El mezclador está diseñado para batir enérgica y
uniformemente, en el mismo tiempo el agregado, el filler mineral, agua y emulsión
resultando el mortero asfáltico. La descarga es controlada mediante una compuerta
que opera manual o hidráulicamente. El agitador es un serpentín helicoidal sostenido
por paletas, que a la vez que revuelve, impulsa la mezcla a la salida.
El filler se agrega al mineral justo antes de que esta caiga de la bomba al
mezclador. El agua se vierte sobre ambos dentro del mezclador y estos se combinan
antes de llegar al punto donde se vierte la emulsión, que generalmente sucede a la
mitad del recorrido dentro del mezclador.
Tanto la salida como la dirección del chorro son controladas mediante
compuertas. Estas Compuertas están colocadas en tal forma que su borde superior
sirve de vertedor. El nivel sobre este borde se controla moviendo la compuerta o
disminuyendo la alimentación. Para vaciar el mezclador, se baja completamente la
compuerta. El mezclador deberá ser limpiado al finalizar la operación del día. Para
facilitar el limpiado del siguiente día, se puede recubrir con una película de petróleo
diáfano.
72
V.3 BARRA ROCIADURA DE AGUA.
La barra rodadora es un aditamento que generalmente se instala tanto en
pipas como en la maquina tendedora (en la rastra) y que permite agilizar los trabajos
de riego del pavimento, esta barra rodadora es muy sencilla de instalar y presenta
pocas complicaciones en su operación y mantenimiento.
En un principio las barras rodadoras no contaban con espreas por lo cual se
limitaban a realizar una serie de perforaciones al tubo de cierta dimención que
provocara un riego uniforme, con el tiempo se desarrollaron las espreas que
mediante un ajuste sencillo in situ permiten aumentar o disminuir el flujo del agua.
La función principal de esta barra es la de esparcir el agua por el pavimento,
lo realiza perfectamente ya que cuenta con una serie de espreas a lo largo de la
barra y que permiten un fluido uniforme en el pavimento .
Se recomienda humedecer el pavimento existente antes de aplicar mortero
para eliminar fricción y ayudar al cubrimiento de este por el asfalto.
Esto lo hace la misma máquina mediante espreas colocadas al frente del
camión pipa o de la rastra. Debe cuidarse que no se tape alguna para evitar lunares
secos. Si la pestaña delantera de la rastra acarrea agua, deberá reducirse el riego.
En casos estremos cuando na se cuenta con este aditamento basta con tener
un equipo hidroneumático portátil que cuente con aspersor para realizar el regado del
pavimento, esto deberá hacerse de manera rápida para evitar el encharcamiento del
mismo.
El rociado del pavimento es de vital importancia ya que no solo, elimina la
fricción y ayuda a cubrimiento si no que además permite que el tendido de la mezcla
de mortero asfáltico sea más fluida y permita que se pueda extender con mayor
facilidad permitiendo así aligerar los trabajos.
73
V.4 BARRIDO.
Es esencial que la superficie a sellar esté limpia, para lograr el éxito en el
tendido de mortero asfáltico. Después de remover cualquier tipo de vegetación,
bacheo de hoyos y grietas mayores se deberá limpiar la superficie, el método más
común es barrer y se realiza de una forma económica mediante una barredora
mecánica remolcada con un tractor. Si éste tractor cuenta con cargador frontal, será
un equipo con doble uso, también es efectivo un lavado con agua a presión o
sopleteado de la superficie.
El lavado con agua a presión es muy confiable ya que no solo deja la
superficie de trabajo limpia, sí no que además es capas de humedecer la superficie
de trabajo ahorrándonos así el rociado con pipa, además es capaz de eliminar las
partículas de que se encuentran a punto de desprenderce y de esta forma al
momento del tendido de la mezcla no existan desprendimientos al momento de ser
compactada.
Para realizar un correcto lavado a presión es necesario contar con un camión
pipa que este equipado con un compresor con capacidad suficiente para realizar
dicha actividad, la manguera disparadora de agua deberá contar con un equipo de
sujeción capaz de soportar la presión ejercida por el compresor, de tal manera que
permita que la manguera se pueda mover radialmente y así abarcar la sección del
pavimento por lavar.
En el otro caso del sopleteo es necesario que posteriormente se tenga que
realizar un rociado del pavimento para humedecer el mismo.
No importando cual sea el método empleado de barrido el objetivo principal es
el de dejar la superficie limpia y libre de polvos que impidan una liga entre el
pavimento y la capa de mortero asfáltico por depositar.
74
V.5 COMPACTACIÓN.
El equipo utilizado para la compactación de un mortero asfáltico depende del
grado de compactación que se requiera y de la energía mecánica que cada equipo
ejerce, esta depende de las características y peso del mismo.
El contratista es el encargado de proporcionar los datos técnicos del
compactador con que cuenta al laboratorio, para que estos a su vez determinen si es
pertinente o no el uso de ese compactador en especial o de lo contrarío se tenga que
proceder a la compra o renta de equipo especial para los fines que se persiguen y así
realizar una correcta compactación sin dañar la estructura final.
Algo que es determinante es que se realicen únicamente los movimientos
especificados por el laboratorio, ya que de lo contrarío sería muy difícil corregir su
falla, además deberá irse comprobando la efectividad del compactado mediante
dispositivos o pruebas específicas y apropiadas para su comparación con los
resultados del laboratorio.
Todos los morteros ya fraguados contienen vacíos y en ocasiones éstos
pueden alcanzar 1/3 del volumen total, por lo que deberá compactarse la mezcla. En
carreteras de tráfico pesado, los vehículos darán esa compactación, pero en casos
de aeropistas, estacionamientos o patios de juego se recomienda hacerlo con equipo
apropiado.
Rodillo Neumático: Si se selecciona equipo neumático se recomienda un
equipo autopropulsado de 5 toneladas (4,500 Kg nominal) con llantas lisas infladas a
50 Ib/pul2, dando 5 pasadas de centro a orillas y a una velocidad de 5 a 8 Km/hr.
Rodillo liso: El uso de rodillo liso (plancha) se ha limitado mucho. Es
particularmente efectivo en la primera capa de un riego múltiple, para el que se usará
un rodillo con plancha de 3 a 5 toneladas.
Nota : Nunca se deberá usar plancha en un mortero sobre pavimento rígido o
sobre puentes.
75
V.6 LIMPIEZA DE TRABAJO.
Aunque la limpieza en este tipo de trabajos suene un poco fuera de lugar, no
lo es así ya que en todo tipo de trabajo necesitamos de áreas limpias para poder
desempeñar mejor nuestro trabajo y, respecto al tema que estamos tratando
(morteros asfálticos), es necesario que estas áreas estén lo mas limpias posibles ya
que nuestras mezclas se pueden contaminar perjudicando así los trabajos
ejecutados.
La limpieza de los trabajos debe darse de manera simultánea con la
realización de los mismos, ya que si no sucediera de esta forma no podríamos tener
un avance satisfactorio y por el contrario sufriríamos retrasos.
La limpieza no solamente deberá realizarce al lugar de trabajo sino también
deberá hacerse extensivo a la maquinaria que se este empleando, o de lo contrario
esta ensuciara las áreas de trabajo.
Si asignamos la limpieza como una actividad primordial y a la misma
asignamos personal que se encargue de la misma, nuestros trabajos no sufrirían
retrasos ni contratiempos, además esto resultaría bastante económico si
consideramos que el el personal empleado va a realizar una actividad muy sencilla.
Es muy importante mantener las áreas de trabajo limpias, así como una vez
terminado el trabajo. Se recomienda revisar todo el tramo diariamente y en especial la
zona de movimiento de emulsión. La aceptación final depende en gran medida de la
limpieza del área.
Cuando se va hacer entrega del tramo que se reparo o construyo al cliente, se
realiza un recorrido por el tramo de los trabajos, y el personal asignado por las
autoridades correspondientes determinaran la limpieza y darán su visto bueno, en
gran medida esto dependerá de la aceptación o negación del termino de los trabajos
que se realizaron y aunque parezca difícil de creer podría ser rechazado por
incumplimiento de las normas de limpieza existentes, lo cual nos llevaría a emplear
más personal y tiempo para realizar la limpieza necesaria, lo cual repercutiría en el
incremento de los costos finales de la obra ejecutada.
76
V.7 BITÁCORA (registro de obra).
La bitácora es el reflejo fiel de lo que pasa dentro de la obra, por ello es de
vital importancia no dejar de anotar los principales sucesos que se presenten en ella
y no solo eso sí no que además es un registro diario de personal, porcentajes de
avance y trabajo por ejecutar; y cualquier otro dato necesario para poder demostrar
los programas de obra.
Cuando se presente un suceso en especial, la persona encargada del registro
de la bitácora deberá de presentaría al personal que se encuentre con categoría más
alta que la del él, para que sea firmada y quede registro del suceso.
Dentro de estos sucesos pueden presentarse accidentes de trabajo o fallas en
el desarrollo de la obra, por lo cual es necesario dejar antecedentes de la
participación en los mismos.
Se debe enlistar el personal y equipo que se utiliza, las actividades de cada
persona y frente de trabajo, así como tiempos efectivos de trabajo. Deberán anotarse
todos los sucesos del día, órdenes y visitas recibidas, y deberá estar firmado
diariamente por el superintendente de la obra. Dos de los registros principales que se
llevan acabo son: registro de obra y conceptos por estimar.
Registros de obra: Los registros completos y precisos llenados de cada
actividad, son de gran valor para todas las partes interesadas. Deberán ser tan
precisos que cualquier persona ajena a la obra pueda comprenderlos. Lo más
importante serán los volúmenes de obra ejecutados y las estimaciones de obra.
Existen tres tipos de registro que se deben de llenar: Bitácora o registro diario,
conceptos por estimar y registros de muéstreos, así como un registro mensual de
avances.
Conceptos por estimar: Este registro debe contener los volúmenes de obra,
de materiales utilizados, áreas pavimentadas, todo lo anterior se valorizará. Deberá
enlistarse diariamente de acuerdo a la forma de pago, como un auxiliar para las
estimaciones.
Según el tipo de contrato que se tenga, se podrán formular estimaciones
mensuales o por obra terminada. Generalmente se hace una retención (porcentaje
del valor estimado), hasta que la obra es terminada y aceptada.
77
CAPITULO VI
EMULSIONES ASFÁLTICAS
78
VI. EMULSIONES ASFÁLTICAS.
La obtención y derivación de las emulsiones asfálticas es un proceso
sumamente sencillo y natural, ya que como se sabe es un producto de origen pétreo,
para la obtención de estas se recurre básicamente a la destilación del petróleo
crudo. A temperatura ambiente es semisólido, aparentemente sólido fluye bajo su
propio peso. Cuando recubre cualquier material, incluyendo los mencionados
anteriormente, se adhiere con gran tenacidad. Así mismo es un magnífico aglutinante
para las partículas entre sí y con el material de base.
Ya que el material debe ser cubierto por el asfalto, este debe hacerse más
fluido. Este puede hacerse por cualquiera de estos tres métodos:
a) Calentamiento del cemento asfáltico.
b) Disolverlo en solventes (fracciones ligeras hidrocarburos rebajados).
c) Disolverlo en una suspensión estable de agua (emulsión).
El asfalto emulsionado es de primera importancia para el procesado del
mortero asfáltico. En efecto, el desarrollo de este se ha basado ampliamente en los
procesos alcanzados en la producción de emulsiones asfálticas, con las
características deseadas.
En consideración al costo de la emulsión asfáltica se debe considerar que el
contenido de residuo asfáltico es de suma importancia. Si una emulsión tiene un
mayor contenido de agua que otra, será mayor el volumen de emulsión necesario y
que se transporte para una misma obra. Además, a menos que el contenido de agua
en la emulsión se mantenga a bajo del 40 %, ciertos agregados que se encuentren
saturados pueden retener más agua de la necesaria para mantener la estabilidad, por
eso se especifica que el contenido asfáltico en una emulsión no deberá bajar del
60%.
79
VI. 1 GENERALIDADES DE LA EMULSIÓN ASFÁLTICA.
Actualmente el empleo de las emulsiones asfálticas se ha generalizado lo
suficiente, en la mayor parte de los países para que se trate de un producto habitual
recogido en todas las condiciones. Sin embargo, para sacar el máximo partido de
este producto es conveniente conocer a fondo sus características y todas sus
posibilidades de utilización, que son muchas.
En España y Francia, una importantísima proporción de los productos
asfálticos (superior al 30%) se utiliza en forma de emulsión , y en el resto del mundo
existe un interés creciente, debido por un lado, a la indiscutible mejoría de la
tecnología y por el otro lado a las ventajas ecológicas y el ahorro energético que se
derivan del empleo de estos productos asfálticos.
Las primeras emulsiones asfálticas que se emplearon en carreteras a
principios de siglo en plan experimental. Fundamentalmente, se emplearon en
tratamientos superficiales, tratamientos por penetración y algunos intentos de mezcla
in situ. En los 30 s ya se anunciaban en España, varias empresas que fabricaban o
empleaban emulsiones asfálticas e incluso se hicieron calles de mezcla densa en frío
con emulsiones. El desarrollo de las emulsiones catiónicas en los 50's amplió el
campo, al poder emplearse agregados sílicos con completa garantía de éxito y poder
trabajar en condiciones climatológicas adversas.
Un nuevo desarrollo espectacular de las emulsiones asfálticas se produjo a
partir del año 1974, en que la crisis del petróleo obligo a los investigadores a
optimizar todos los procesos constructivos, lo cual nos llevó al uso obligado de las
emulsiones, provocando así que se hicieran nuevos y exitosos estudios de las
mismas, además se logró abatir los costos de fabricación al realizarse mezclas in situ
(en frío).
También es importante mencionar que ahora se tienen nuevos y sofisticados
métodos antiácidos aplicables al agua y esto ocasiona que las emulsiones que se
fabrican actualmente mejoren sus propiedades, al no existir acidez en las mezclas
fabricadas de emulsiones asfálticas, además esto permite que exista competencia
entre compañías dedicadas a esta actividad, de esta forma se reducen
considerablemente los costos de producción y no solo eso, sí no que además
mejoramos los productos finales.
80
VI.2 DEFINICIONES.
Suspensiones y emulsiones son casos particulares de las dispersiones. Como
se sabe, una emulsión está formada por la dispersión homogénea de un líquido en
forma de gotitas de pequeñas dimensiones dentro de otro que no es miscible con el
primero. El conjunto de estas pequeñas gotas constituye la llamada fase discontinua,
mientras que el medio en el cual están dispersas aquellas se denomina fase
continua.
En la naturaleza hay numerosos ejemplos de emulsiones, como el látex
natural y algunos tipos de aceite vegetales.
El diámetro de las partículas de una emulsión asfáltica empleada en
carreteras está comprendida entre 3 y 8 mieras; con diámetros mayores la dispersión
es muy rápida y tiende a sedimentar; con diámetros menores la estabilidad es muy
alta, ya que empieza a manifestarse el movimiento browniano de las partículas.
Hay dos tipos de emulsiones : Directas e inversas. Las directas son aquellas
en las que la fase continua es del tipo acuoso y la discontinua del tipo aceitoso (o
asfáltico); en carreteras se emplean casi exclusivamente las emulsiones directas.
Para fabricar las emulsiones asfálticas existen fábricas o plantas de
emulsiones, cuya pieza básica es el molino coloidal, que es una máquina constituida
por un estator y un rotor, separados solamente décimas de milímetros y que, con una
gran potencia, son capaces de dispersar el asfalto caliente en el agua cuando pasan
ambos líquidos de forma continua entre los dos cilindros. La dispersión se hace en
presencia de un agente emulsificante cuya misión es triple, como se menciona a
continuación:
a) Facilita la dispersión.
b) Evitar la posterior aglomeración de las partículas al cargarlas eléctricamente con
una misma polaridad, haciendo así almacenabie la emulsión (estabilización
electroquímica).
c) Favorece la adherencia entre el agregado y el asfalto.
El agua de la emulsión no sirve más que para facilitar la puesta en obra,
haciendo que con su baja tensión superficial puedan mojarse fácilmente las
superficies de los agregados. Cuando las partículas del producto asfáltico se vuelvan
a juntar para constituir una película continua de asfalto, en este momento se dice que
la emulsión ha roto (cuando visualmente, el asfalto cambia de color marrón que tenía
81
la emulsión por el negro del asfalto). Este proceso de ruptura depende de varios
factores: Composición y tipo de la emulsión, naturaleza del agregado y temperatura
exterior.
Es tradicional llamar ruptura por reacción química a aquella que se debe a una
reacción de este tipo entre los compuestos químicos que se encuentran en la
superficie del agregado y los radicales orgánicos que, procedentes del emulgente,
rodean la película de asfalto; y se denomina ruptura por evaporación a la que se
debe a una evaporación del agua hasta que las moléculas establecen contacto.
Realmente, es imposible disociar ambos fenómenos, ya que en todas las emulsiones
se presentan combinados con mayor o menor preponderancia según la polaridad de
estas.
Atendiendo a su estabilidad, las emulsiones se clasifican en emulsiones de
rompimiento lento, medio y rápido. En principio, las primeras deben mezclarse con
cemento o con un filler tipo sin romper, y las segundas con agua en cualquier
proporción.
El tiempo de ruptura de la emulsión es un factor decisivo a la hora de la
aplicación en obra para cada tipo de tratamiento, según la resistencia que se quiera
obtener en las primeras horas, con vista a la apertura del tráfico, la compactación y a
la insensibilidad a la lluvia.
Las emulsiones para carreteras son aniónicas y catiónicas, según la polaridad
que el emulsificante proporcione a las partículas del asfalto.
Las emulsiones aniónicas son las más antiguas. En principio presentan una
buena adhesividad y resistencia al desplazamiento frente a los agregados calizos
(que se ionizan positivamente al estar húmedos) y una escasa adhesividad y
resistencia al desplazamiento frente a los agregados silícos ( que se ionizan
negativamente al estar húmedos). Además de la naturaleza del agregado hay que
tener en cuenta otros factores, tales como textura del agregado, limpieza y
temperatura.
Las emulsiones catiónicas son mucho más recientes. Su ruptura es mucho
más rápida, generalmente que de las emulsiones aniónicas, ya que en las catiónicas
se produce repentinamente, al atraerse químicamente las moléculas de asfalto,
ionizadas con la superficie del agregado también ionizado, mientras que en las
aniónicas la evaporación del agua es el factor dominante para la ruptura. Las
82
emulsiones catiónicas presentan buena adhesividad con los agregados silíceos y con
la mayor parte de los calizos, ya que, en este caso, existe un ataque previo del ácido
clorhídrico disuelto en el agua con la superficie caliza del agregado, que facilita la
adhesividad posterior de las moléculas de asfalto.
Todo lo anterior responde a unos principios generales. Realmente la industria
química ha desarrollado numerosos tipos de emulsiones aniónicas, catiónicas e
incluso no-iónicas, que pueden proporcionar a las emulsiones características muy
vahadas y adecuadas para cada aplicación. También se ha combinado a veces el
empleo de emulsión con la utilización de aditivos sobre el agregado para mejorar su
adhesividad o regular el tiempo de ruptura de aquella.
Otras características importantes a tener en cuenta en las emulsiones son las
siguientes:
Almacenamiento (a veces llamada estabilidad al almacenamiento), que
permite un tiempo mayor o menor entre la fabricación y el empleo, sin que la
emulsión tienda a romper o sedimentarse.
Sin embargo, los conceptos anteriores de ruptura y sedimentación son
distintos, ya que la sedimentación, es decir, la variación de contenido de asfalto en
distintas zonas del envase puede producirse sin que las partículas se unan entre sí,
siendo, por lo tanto reversible el fenómeno mediante una agitación energética. De
todas formas, sedimentaciones importantes durante un tiempo prolongado pueden
resultar peligrosas.
Según cada tipo de emulsión, se ha establecido a veces un tiempo máximo de
almacenamiento, que puede oscilar entre días y varios meses. Sim embargo, estos
valores están influidos también por otra serie de factores externos, tales como la
temperatura y la forma de depósito.
Viscosidad.- para que los espesores de la película sobre los agregados o en
los riegos, sean adecuados a cada tratamiento debe considerarse que la viscosidad
está muy relacionada con el contenido de asfalto de la emulsión y tiene una gran
influencia sobre la sedimentación.
Los porcentajes normales de asfalto (asfalto o asfalto fluido) con que se
fabrican las emulsiones son el 50, 55, 60, 65, y 70 porciento; la diferencia hasta
100% corresponde al contenido de agua. En algunos casos, en que conviene usar
emulsiones muy diluidas, sí estas lo admiten, puede añadirse más agua en obra,
83
evitando así costos inecesarios de transporte. Las viscosidades son, lógicamente,
crecientes con el contenido en asfalto y sus usos, de los que se tratará después,
depende de las propias características.
84
VI.3 COMPONENTES DE LAS EMULSIONES.
Los componentes básicos de las emulsiones asfálticas son:
• El producto asfáltico.
• El emulsificante.
• El agua.
• Los aditivos, bien sean empleados sobre la propia emulsión o bien sobre los
agregados.
A) Producto asfáltico: Existen emulsiones fabricadas con asfalto de destilación y
alquitra, con asfalto puro, con asfalto fluidificado, con alquitrán puro o con asfalto
fluidificado con aceites de alquitrán. Naturalmente, las emulsiones más extendidas
son las fabricadas con asfalto de destilación o con asfalto fluidificado.
El grado de emulsificación del asfalto es variable. En principio los asfaltos que
tiene más ácidos libres, es decir, más índice de acidez, se emulsionan más fácilmente
por vía aniónica y presentan muy buenas características de adhesividad respecto a
los agregados calizos. Por el contrarío, los asfaltos con bajo índice de acidez se
emulsionan fácilmente por vía catiónica, pero presentan malas condiciones de
adhesividad con los agregados silíceos y, después de la ruptura de la emulsión, se
tarda en alcanzar una cohesión final y una expulsión franca y rápida del agua.
En algunos países se han modificado estos asfaltos añadiéndoles
proporciones de ácidos determinados para corregir estos problemas de emulsificación
y mala adhesividad.
El empleo de fluidificantes influye en las características de la emulsión:
• Pequeñas proporciones de fluidificante (hasta 2.3%) disminuyen la viscosidad y
aumentan la estabilidad. Proporciones más altas aumentan la viscosidad y
proporcionan características variables en cuanto a estabilidad, según el
fluidificante.
• Los derivados del petróleo (queroseno) producen emulsiones más viscosas,
probablemente porque se consiguen granulometrías de tamaño más uniforme.
• Los aceites de alquitrán usados como fluidificantes producen emulsiones menos
viscosas y con granulometría más continua. Muchos aceites de alquitrán pueden
mejorar la adhesividad o estabilidad de la emulsión.
85
Independientemente de todos los factores antes señalados, pueden
producirse en las emulsiones numerosas variaciones de características en función de
la contaminación o de las impurezas que contenga el producto asfáltico. Es bien
sabido de la influencia de agua dentro de los glóbulos de asfalto, causado por
pequeños contenidos de sales solubles, produce un notable aumento de la
viscosidad de la emulsión.
En la práctica, se pueden indicar cuales son las características más
importantes para conseguir una buena emulsificación:
Contenido en asfalto : 18 - 36 %
Contenido en resinas: 30 - 42 %
Contenido en aceites: 44 - 50 %
Contenido en resinas calcicas cíclicas aromáticas: 15% del contenido en
resinas.
Contenido en parafinas: Bajo
Contenido en ácidos nafticos: Alto (índice de acidez>1.0)
índice de penetración: Entre -1 y +1
Contenido en sal: Bajo
B) Emulsificante: Los emulsificantes desempeñan una triple misión dentro de las
emulsiones, tal como se ha indicado:
• Conserva la emulsión como tal, protegiendo superficialmente las partículas de
asfalto con cargas eléctricas, que permiten que dichas partículas se repelen entre
sí y, por lo tanto, no se rompa la emulsión.
• Activar iónicamente el producto asfáltico, favoreciendo la posible cubrición de los
agregados al emplearse en obra, y hacer que, una vez rota la emulsión y cubierto
el agregado por el asfalto, este continúe manteniendo a lo largo del tiempo unas
condiciones aceptables de resistencia al desplazamiento por el agua.
• Aparte de todo ello, el emulsificante tiende a facilitar en el momento de fabricación
la dispersión del asfalto en agua, tal como se desea.
Los emulsificantes son, fundamentalmente de tipo aniónico o catiónico (según
su carga eléctrica se desplace al ánodo o al cátodo). Su molécula consta de una
parte que tiene gran afinidad por el producto asfáltico y que queda firmemente
anclada en él, y de otra parte cargada iónicamente, que es la que da lugar a la
86
formación de la molécula de asfalto con sus cargas eléctricas alrededor, las cuales
generan unas fuerzas repulsivas de la estabilidad de la emulsión.
Las características de la eficacia o poder emulsionante de los distintos
productos que existen en el mercado es compleja; pequeñas variaciones en las
formulaciones de estos pueden acarrear un diferente comportamiento en la emulsión
final.
Los emulsificantes no solo se quedan en la emulsión tapizando a las
partículas de asfalto, sino que cierta parte de ellos permanece en la fase acuosa. La
proporción de ambas cantidades pueden influir notablemente sobre las propiedades
de la emulsión.
La mezcla de dos emulsificantes de características distintas no proporciona
necesariamente unas características medias a las emulsiones resultantes, sino que
crea unas emulsiones de características típicas.
Las funciones de un emulsionante como agente tensoactivo y como
estabilizante no pueden optimizarse simultáneamente, ya que en cierta medida, la
mejora de una propiedad va en detrimento de otra. Por consiguiente, hay que llegar a
soluciones de equilibrio para optimizar ambas funciones.
C) El agua: La fluencia de la dureza del agua, es poco importante en las emulsiones
catiónicas, pero puede ser un gran inconveniente para las aniónicas. Existen distintos
procedimientos para combatir el problema de la dureza del agua a la hora de
emulsionar un asfalto determinado. En general, los sistemas son caros y pueden ser
de dos tipos:
• Tratamiento de aguas para disminuir su dureza.
• Variación en la formulación de las emulsiones, aumentando la concentración de
emulsionante o variando la naturaleza del mismo para compensar los efectos de la
dureza.
D) Los aditivos: Además de los componentes fundamentales que se han expuesto
anteriormente, los emulsionantes pueden venir acompañados por una serie de
aditivos introducidos con el fin de mejorar alguna característica concreta de la
emulsión asfáltica.
En algunos tipos de mezclas asfálticas, y como ya se comentó anteriormente,
puede emplearse para la envuelta de agregado una emulsión con estabilidad
87
insuficiente si, previamente, se ha tratado el agregado con productos o aditivos que
retrasen la ruptura de la emulsión.
La naturaleza química de estos aditivos es también la misma de los
carbohidratos de aminas y generalmente, están constituidos por clorhidratos de
poliaminas, grasas o de mezclas de poliamina y diamina.
A la hora de emplear algunos de estos aditivos hay que tener muy en cuenta
tanto su naturaleza como la del emulsionante contenido en la emulsión, pues en caso
contrario se puede producir un grave deterioro en la calidad de la mezcla.
88
VI.4 NATURALEZA Y TIPOS DE EMULSIONES.
Básicamente las emulsiones asfálticas se fabrican mezclando asfalto licuado
mediante calentamiento y una solución jabonosa de agua, llamada emulsificante, en
un aparato dispersador conocido como molino coloidal. Ahí, se les aplica una enorme
fuerza cortante que parte el asfalto en microscópicas gotas. El emulsificante
inicialmente en solución con el agua, consta de grandes moléculas conteniendo
principalmente jabón neutro e hidrogeno, pero que se han ionizado al contacto con el
agua. Esta ionización deja una carga eléctrica en un extremo de la molécula
emulsificante, positiva o negativa dependiendo de su naturaleza específica, como la
mayor parte de la molécula del emulsificante es hidrocarburo al igual que el asfalto, la
solución es soluble en asfalto. El extremo de la molécula cargada eléctricamente es
inorgánica, por lo tanto, soluble en agua y no en asfalto. De la misma manera, al
pasar por el molino coloidal, las moléculas del emulsificante resultarán con su
extremo orgánico, disuelto en el asfalto, y el extremo cargado eléctricamente no
orgánico, fuera de éste y disuelto en el asfalto en el agua que lo rodea. De esta
forma, cada partícula de asfalto quedará cubierta de una capa eléctrica con polaridad
que depende de la del emulsificante, y todas serán del mismo signo por lo que se
rechazarán, no permitiendo la coagulación.
Si se introducen dos electrodos simultáneamente en la solución, las partículas
de asfalto cargadas eléctricamente se dirigirán a aquella punta que suministre una
carga eléctrica opuesta a la que tiene el asfalto.
Si este está cargado positivamente, se dirigirá al electrodo negativo o cátodo,
por lo que esta emulsión se denomina "Emulsión Catiónica" y viceversa, si se dirige al
electrodo positivo o ánodo será porque su carga es negativa, recibiendo el nombre de
emulsión aniónica.
La mayoría de las partículas de asfalto tienen un diámetro menor de 5 mieras
(0.0002"). Las fuerzas debidas a la tensión superficial en las partículas es tan grande
que el asfalto permanece en emulsión y por lo tanto líquido a temperatura ambiente,
de tal modo que puede mezclarse y cubrir cualquier agregado.
El comportamiento de cualquier emulsión depende de la naturaleza del
mineral y de la del emulsificante utilizado, por lo que no podemos generalizar estas
combinaciones para el mortero asfáltico. Se requieren pruebas de laboratorio de
89
compatibilidad. Las emulsiones aniónicas tienen un rango mayor de compatibilidad
que las catiónicas.
Actualmente se usan dos tipos de emulsión anionics en mortero asfáltico. El
primero es aquel en el que la adherencia se logra al evaporarse el agua de esta, se
conoce como emulsión aniónica de fraguado lento (E.A.L) y puede ser usado con
casi cualquier tipo de agregado aceptable en morteros.
Hace algunos años se desarrollo una emulsión que no solo evaporaba el
agua, sino que la expulsaba a la superficie del tendido permitiendo su escurrimiento,
a ésta se le conoce como emulsión aniónica de fraguado rápido (E.A.R).
Ciertos fillers minerales como el cemento portland en muy pequeña
proporción, puede ser usado como un acelerante de emulsiones.
En morteros con emulsión catiónica, la expulsión del agua está ligada con el
fraguado. Estas mezclas son bastante rápidas (EKR) y el problema mayor consiste en
tener el tiempo necesario para mezclar y tender la mezcla antes del rompimiento.
Esto es difícil, pero no imposible de determinar, aún así, el número de mezclas de
emulsión catiónica agregado se empieza a emplear.
En los morteros catiónicos, el cemento portland, limo y el sulfato de amonio
sirven como retardantes de rompimiento. Se da por hecho que el rompimiento de la
emulsión y la expulsión del agua es un proceso químico, ya que el rompimiento de
cualquier EKR se acelera con el aumento de temperatura, al igual que las reacciones
químicas, por lo que su uso se hace casi imposible en los climas muy calientes.
Los proveedores de emulsiones cuentan con un laboratorio bien equipado y
personal calificado para determinar las caracterísiticas adecuadas en sus productos.
Si el muestreo se hace por un laboratorio independiente, deberá analizar 0.94 It,
según el procedimiento AASHTO-T40 y ASTM-D140.
90
VI.5 PROPIEDADES BÁSICAS Y CARACTERÍSTICAS DE LAS EMULSIONES.
Aparte de las características químicas de las emulsiones asfálticas, existen un
segundo grupo de características tecnológicas que condicionan su comportamiento
como ligante de carreteras.
Este grupo de propiedades trata lo siguiente:
A) Estabilidad en el almacenamiento.
Las emulsiones asfálticas están sometidas a ciertas limitaciones en su manejo
y almacenamiento si se pretende que no se modifiquen sus propiedades. Los
problemas que se pueden presentar con mayor frecuencia con relación a sus
características finales dependerán de su manejo:
B) Espumas.
Las emulsiones que se utilizan en estas fabricaciones, por su misma
naturaleza, son capaces de formar espuma y, por lo tanto, se debe tener cuidado en
no mezclar aire con estas emulsiones, es decir, no se debe agitar violentamente, ni
verter en cascada. Para ello, el transporte debe hacerse en cisternas con rompeolas
o tabiques que compartimenten el interior. El llenado de cisternas debe hacerse
prolongado la tubería con una manguera flexible hasta unos 10 -20 cm, del fondo de
la cisterna.
Si se desea homogenizar no se hará con agitadores muy revolucionados; se
utilizarán bombas de reciclado suficientemente herméticas, con objeto de que no
aspiren aire. En principio, no se deben utilizar antiespumantes sin antes consultar con
el fabricante, pues la mayor parte de estos productos proceden efectos contrarios a
los emulsionantes.
C) Natas y sedimentos.
Durante el almacenaje se proceden dos fenómenos perturbadores que se
acentúan al transcurrir el tiempo. Por un lado, en la zona de contacto con el aire, se
forma aun película endurecida que protege el resto de la emulsión; para que se
mantenga, es aconsejable el almacenamiento en depósitos cilindricos de eje vertical
alimentados desde el fondo. Por otro lado, se produce una sedimentación,
aumentando la viscosidad en las zonas inferiores del depósito, cuanto mayor sea la
diferencia de densidades entre las fases de combatir el peligro de una sedimentación
excesiva, cuya evaluación se realiza a través del ensayo de sedimentación; existen
diversos procedimientos, tales como utilizar agentes estabilizantes, aumentar la
91
concentración de la emulsión o bien lograr una mayor finura de la dispersión,
mientras no se produzca la ruptura de la emulsión, el fenómeno de la sedimentación
es perfectamente reversible, llevándose a cabo mediante sistemas de agitación.
D) Mezclas.
Las emulsiones según los tipos , tienen carácter ácido o básico y solo son
estables en estos medios. Por otra parte sus partículas, según sean aniónicas o
catiónicas, están cargadas positivamente o negativamente.
Según esto, si una emulsión básica se mezcla con un medio ácido o se pone
en contacto con cargas positivas, la emulsión romperá por reacción electroquímica.
Es pues muy importante no mezclar emulsiones aniónicas con catiónicas, ya que
tienen cargas opuestas. Si se trata de diluir las emulsiones, deberá tenerse en cuenta
que el agua de dilución sea básica o acida, aunque no sea más que ligeramente, y
que no tenga cargas iguales a las de la emulsión que se va añadir. Es muy
importante la limpieza de recipientes cuando han contenido emulsiones de distinto
tipo a los que se van a utilizar en un momento determinado.
E) Aditivos.
Es frecuente pretender activar las emulsiones porque no se han comportado
bien con un determinado agregado. Normalmente, este problema se resuelve
utilizando otro tipo de emulsión. Sin embargo en principio, la idea es de activar la
mezcla aumentando las actividades normales de asfalto.
F) Temperaturas.
Estos productos de que estamos tratando son estables y conservan todas sus
propiedades a temperaturas comprendidas entre 5°C y 8°C. Por debajo de 5°C, las
partículas de las emulsiones se endurecen excesivamente, aumentando la viscosidad
del asfalto residual y, por lo tanto, disminuyendo la adhesividad propia. Además
disminuye el volumen de las partículas, aumentando su densidad y favoreciendo
finalmente la sedimentación.
El aumento de temperatura produce dos factores importantes. Por una parte,
aumenta la energía cinética de las moléculas del emulsionante, por lo que fácilmente
"abandonan" las partículas de asfalto, disminuyendo la estabilidad de la emulsión.
Por otra parte, a estas temperaturas la evaporación de agua es tan grande que se
forman "natas" de asfalto en la superficie del líquido las cuales obstruyen las
bombas y los difusores de riego.
92
G) Estabilidad de la emulsión ante los agregados.
Se trata de un problema complejo, relacionado con la forma de rompimiento al
entrar la emulsión en contacto con el agregado . Depende por ello tanto del tipo de
emulsión como del tipo de agregado. Cuando más fino es el agregado, más rápido es
la ruptura, puesto que aumenta la superficie específica y, por lo tanto, la absorción de
agua por parte del agregado. La velocidad de ruptura depende también de la
humedad que contenga el agregado, de la climatología de la zona, del tipo de
emulsionante, de la naturaleza del asfalto, del PH, y de la emulsión.
Las emulsiones más estables son llamadas de rompimiento lento y se
caracterizan por poderse mezclar con un filler sin romper. El ensayo más utilizado en
este sentido es el de mezcla con cemento, empleado para las emulsiones aniónicas.
En ciertos tipos de emulsiones catiónicas este ensayo no es representativo, ya que
aunque se mezclen con cemento, esté actúa precisamente como estabilizante. Con
otros tipos de emulsiones catiónicas es imposible usar la mezcla con cemento. Por
ello se ha puesto en práctica un ensayo de mezcla de emulsiones catiónicas con un
filler silíceo. Según la experiencia que se posee actualmente, una emulsión es de
rompimiento rápido cuando, mezclando 100 gramos con filler-tipo, puede admitir
hasta 80 gr. de este último. Una emulsión es de rompimiento lento si se pueden
añadir más de 120 gr. de filler sin romperse la emulsión.
La estabilidad de una emulsión ante los agregados es determinante para su
empleo en distintos tipos de obra.
• Tratamientos tales como los de mezclas con suelos, sólo pueden hacerse con
emulsiones que tengan una alta estabilidad ante los agregados. Otro tipo de
emulsiones son absolutamente inaplicables en estos casos.
• Una falta de estabilidad de la emulsión frente a los agregados determina una mala
envuelta, aunque la adhesividad de la emulsión sea excelente. Así sucede en el
caso de las mezclas en frío, en las que, por suciedad de los agregados o por falta
de estabilidad, no se llegan ha obtener condiciones aceptables.
A veces la estabilidad puede alcanzarse variando las emulsiones a costa de
una mejor actividad de la emulsión. El equilibrio de ambas características evitará el
problema de mala adherencia inicial, así como la falta de estabilidad.
93
H) Adhesividad.
Es una de las características más complejas a evaluar en un ligante y,
dependiendo también en todos los casos del agregado. El fenómeno se complica
mucho más si el agregado de finos, está contaminando con arcillas o limos. La
adhesividad depende:
a) Del emulsionante utilizado, tipo y cantidad.
b) Del asfalto, de la existencia de fluidificantes, de las características de los posibles
aditivos que pueden añadirse.
c) Del PH de la emulsión: valor de PH próximos a 7 proporciona mejores
adhesividades pero menores estabilidades de la emulsión; valores de PH alejados de
7 proporcionan emulsiones más estables pero con adhesividad.
I) Viscosidad.
Depende especialmente del contenido de ligante, de manera que existe un
porcentaje del 65-70% a partir del cual la viscocidad crece muy rápidamente. Varía
también con la naturaleza del emulsionante y con la cantidad del mismo.
Se ha demostrado que existe una relación notable entre la viscosidad y la
dureza del ligante final de la emulsión, a igual concentración de ésta. Resumiendo, se
ha demostrado que emulsiones con asfaltos más duros, son menos viscosas que con
asfaltos más blandos.
La viscosidad es una propiedad tecnológica que tiene una gran importancia a
la hora de elegir una emulsión adecuada para cada tratamiento. Las emulsiones de
baja viscosidad son necesarias para cuando la dotación del ligante que se desea
poner en obra por unidad de superficie es pequeña. Tal es el caso del sellado con
agregado fino, de los riegos de impregnación, de los riegos de adherencia y de gran
parte de la estabilización del suelo. En las aplicaciones de morteros asfálticos, la
viscosidad de la emulsión tiene poca importancia, ya que en la consistencia final
intervienen otra serie de factores, como por ejemplo: La calidad del agua de
preenvuelta. Por último, en las mezclas abiertas y en los tratamientos superficiales
con agregado grueso, una viscosidad alta de la emulsión garantiza que la dotación de
película del ligante sea suficientemente alta, como para conseguir un buen resultado.
94
J) Características del residue
Ya se ha mencionado la importancia que tiene la viscosidad del ligante
residual y su fluidificación, si esta existe, en las propiedades de la emulsión.
Respecto al resultado final del tratamiento, es preciso hacer algunas
puntualizaciones. En clima frío, la presencia de fluidificantes debe facilitar las
condiciones de envuelta. Sin embargo, su uso excesivo retrasa la cohesión final
necesaria ante la acción del tráfico, y pueden producirse deformaciones plásticas si el
curado no ha sido completo o si los fluidificantes son demasiado pesados.
En algunos casos, los fluidificantes pueden mejorar las condiciones de
adhesividad del ligante, en otros, puede perjudicar la adhesividad según la propia
naturaleza de los mismos, así como por haber disminuido la viscosidad del ligante
residual.
La dureza del asfalto residual debe ser función del tipo de tratamiento que se
haga, de la climatología de la zona y del tráfico. Los ligantes más duros, a igualdad
de condiciones metereológicas, son más peligrosos en la primera etapa de puesta en
servicio. Cuando se utilizan estos ligantes deben contemplarse los inconvenientes
anteriores mejorando el sistema de puesta en obra y de compactación. Las mezclas
abiertas, que trabajan fundamentalmente, por razonamiento interno, admiten ligantes
residuales más blandos que las mezclas densas. En los riegos, la dureza del ligante
residual debe ser análoga a los casos en que no se hubiera empleado emulsión, sino
ligante puro.
Naturaleza de las emulsiones asfálticas: Como es bien sabido una emulsión
asfáltica satisfactoria es una suspensión estable de asfalto en agua. A las
temperaturas ordinarias el asfalto puro se aproxima a un sólido en la naturaleza,
aunque es más propiamente un fluido extremadamente viscoso. Este se hace menos
viscoso cuando se calienta, y en este estado puede romperse en diminutas esferas si
se hace pasar a través de un dispositivo llamado coloidal. La introducción simultánea
de agua caliente y un material semejante al jabón llamado emulsificante, dando como
resultado una emulsión en la cual están dispersas partículas extremadamente
pequeñas de asfalto en agua.
Cada molécula de emulsificante puede considerarse que tiene un extremo que
es soluble en asfalto y otro opuesto que es soluble en agua. En el proceso de crear la
emulsión, las moléculas de emulsificante automáticamente asumen posiciones
95
parcialmente dentro de las gotitas de asfalto y parcialmente proyectándose dentro del
agua. Dependiendo de la naturaleza del emulsificante, la parte soluble en agua o la
parte proyectante de sus moléculas pueden llevar una carga negativa por lo tanto la
emulsión se llama aniónica; si es positiva, la emulsión es catiónica.
Puesto que las cargas proyectadas en una emulsión dada son todas positivas
o todas negativas, todas las gotitas de asfalto llevan la misma carga y tienden a
repelerse unas a otra, resistiéndose así a la coalescencia hacia gotitas más grandes y
promoviendo la estabilidad de la emulsión.
Características convenientes de las emulsiones.- las propiedades específicas
de las emulsiones asfálticas de interés primordial a la industria de los morteros son:
a) Si la emulsión es aniónica o catiónica.
b) Su estabilidad.
c) Su viscosidad, así como un índice de facilidad de bombeo.
d) El tamaño y distribución de tamaños de las gotitas de asfalto.
e) El porcentaje de asfalto en la emulsión, generalmente llamado el contenido de
asfalto residual.
f) Las características del mismo asfalto residual.
Es muy importante que en el empleo de emulsiones se conozcan las
características de cualquier emulsión que se pretenda utilizar.
Estas pueden obtenerse del proveedor, o bien puede determinarse en un
laboratorio debidamente equipado.
En una celda electrolítica adecuada, las gotitas se dirigen hacia el electrodo
positivo, cuando se aplica un voltaje de corriente directa. El movimiento de las
esferitas positivamente cargadas en una emulsión catiónica es hacia el electrodo
negativo. Si se dispone de una emulsión conocida ya sea aniónica o catiónica, si
mezclamos una de tipo desconocido, porque las del mismo tipo son completamente
miscibles y el asfalto en tipos diferentes se forman grumos cuando estas se mezclan.
Características adecuadamente especificadas: Todas las emulsiones
contienen asfalto residual en un rango aproximado del 59 % y más. La penetración
del residuo cae dentro de dos rangos reconocidos, uno arriba y otro abajo de 100°.
La mayoría de las emulsiones tiene viscosidades a 77°F en el rango sugerido de 20-
50 segundos. Unas cuantas son un poco más viscosas, pero esto no se considera
serio al menos que la operación del equipo deba llevarse a cabo a la mínima
96
temperatura de 45°F o cerca de ella. Se han encontrado pocas emulsiones aniónicas
con viscosidades menores en 20 seg. pero las catiónicas están generalmente en el
segundo límite de 20 seg. o abajo.
No parece haber ninguna razón válida de porque el límite inferior de
viscosidad no deba omitirse enteramente de las especificaciones para emulsiones
asfálticas que se destinen a morteros.
Características que merecen mayor atención: En otras áreas parece
conveniente considerar el desarrollo de nuevas especificaciones y pruebas para
aquellas propiedades de las emulsiones que carecen de un control adecuado. Dentro
de estas pueden mencionarse la tendencia de las emulsiones a hacer espuma,
posibles limitaciones existe en cuanto al tamaño de las partículas y la distribución de
tamaños, la uniformidad de la película y la calidad de la liga y especialmente una
mejor evaluación y control de las propiedades del asfalto mismo.
Obviamente cualquiera de las especificaciones adicionales deberán basarse
en datos de laboratorio y de comportamiento, muchos de los cuales no se disponen
actualmente, algunos operadores de máquinas de morteros asfálticos han informado
que han encontrado problemas debidos a las emulsiones que hacen espuma.
En el caso del tamaño de las gotitas de asfalto, parece que se dispone ahora
de información que garantiza su inclusión en las especificaciones, aunque no se ha
tomado ninguna acción en este sentido que haya llegado a conocimiento de todos.
Parece probable por simple razonamiento estadístico que las emulsiones con las
menores partículas de asfalto serán superiores en estabilidad y también en cuanto a
la facilidad y uniformidad con la cual cada partícula de material puede atraer y ser
cubierto por el asfalto.
En la actualidad las emulsiones pueden hacerse con el 5% de las gotitas con
diámetros mayores a 5 mieras, esto es, mayor que 0.0002". En todas las emulsiones
aniónicas que tienen una estabilidad conocida o se espera de ellas una estabilidad de
larga duración, por lo menos 2/3 partes de las partículas de asfalto son menores de 2
mieras de diámetro. De datos pendientes parecen estar a la medida de las citadas.
Las emulsiones estables, no contienen, gotitas con diámetros que exceden a las 50
mieras ó 0.0002" de diámetro.
97
Toda la evidencia posible indica que es muy provechoso para los fabricantes
de emulsiones, ciertas restricciones en cuanto al tamaño de partículas y a distribución
de estos tamaños. Las recomendaciones por el momento son las siguientes:
Por lo menos la mitad de las partículas deberán ser menores de dos mieras,
por lo menos el 95% de las partículas tendrán diámetros no mayores de 5 mieras; y
las partículas más grandes no excederán de 50 mieras de diámetro.
Aunque estas restricciones las poseen la mayoría de las emulsiones que se
surten actualmente para morteros, la exigencia de tales limitaciones ayudaría a
eliminar los suministros ocasionales que tienen una estabilidad inferior en el
almacenamiento y posiblemente una capacidad reducida para cubrir los agregados
uniformemente.
Como se ha mencionado previamente, las pruebas sobre emulsiones
asfálticas incluyen medidas de penetración de asfalto.
Sin lugar a duda esta área merece una mayor atención.
Es bien conocido que el asfalto tiene una tendencia a adherirse bien a otros
materiales en general. Posiblemente algunos asfaltos, dependiendo de su origen y
técnica de preparación, forman ligas más fuertes con los agregados minerales.
Posiblemente la naturaleza y/o concentración de emulsionante o estabilizador
usado en la elaboración de la emulsión puede tener una influencia aún no
identificada sobre la uniformidad del recubrimiento y sobre la naturaleza de la
adherencia con el agregado. Algunas características individuales de esta última
puede ser también importante. Sería altamente deseable una mayor investigación en
estas áreas conducentes al desarrollo de métodos de pruebas definitivas. En
emulsiones que han mostrado inestabilidad durante corto tiempo de almacenamiento,
el asfalto que se separa, generalmente se precipita al fondo del recipiente.
Condiciones del asfalto desde la emulsión hasta el mortero curado:
Es interesante reflexionar sobre los cambios probables de las condiciones que
tienen lugar en el asfalto empezando con la emulsión, luego con el mortero,
enseguida durante el rompimiento de la emulsión, y finalmente a medida que el
mortero se cura.
El asfalto del cual se hace la emulsión, está prácticamente sólido a la
temperatura ambiente; bajo calor se vuelve muy fluido antes de ser introducido al
98
molino coloidal, junto con una solución caliente de emulsificante y estabilizador en
agua.
En el molino coloidal y mientras todos los ingredientes permanecen
calentándose a temperaturas cercanas al punto de ebullición del agua, el asfalto
líquido es sometido a esfuerzos cortantes extremadamente grandes, como
consecuencia de la alta velocidad de rotación y las tolerancias muy reducidas en el
molino. Esta acción mecánica dispersa el asfalto en pequeñas esferítas
microscópicas del líquido y las distribuye más o menos uniformemente a través del
agua caliente que la rodea.
Durante la formación inicial de estas gotitas y después de ellas, aquella
proporción de las moléculas del emulsificante que se asemeja al aceite en su
naturaleza química, y que por lo mismo es más soluble en asfalto que en agua, se
disuelve en el agua. Las proporciones de las moléculas del emulsificante soluble en
agua cargadas eléctricamente permanecen proyectándose fuera de las gotitas de
asfalto, dentro del agua.
Comportamiento de los morteros aniónicos durante el rompimiento:
La consideración de la siguiente etapa en la vida del mortero requiere que las
emulsiones aniónicas y catiónicas sean tratadas separadamente. Si una muestra de
mortero conteniendo emulsión aniónica se sella dentro de un recipiente, conservará
su estado original más o menos indefinidamente.
Ya que el agua no puede desaparecer por evaporación, la emulsión no rompe.
Sin embargo, si el mortero aniónico se deja al aire libre, de manera que su contenido
de agua puede disminuir por evaporación, tendrá lugar una solidificación gradual.
La relación de solidificación se aumenta por cualquier medio que acelera la
evaporación del agua. Dentro de estos medios están en aumentar la temperatura y/o
la velocidad del viento y la disminución de la humedad del aire que lo rodea.
Dependiendo de estas condiciones de tiempo, el lapso requerido para la evaporación
total del agua presente, variará desde una fracción de hora a muchas horas, y
durante este período tiene lugar un endurecimiento gradual.
En la primera parte de esta fase de endurecimiento muchas de las gotitas de
asfalto permanecen inalteradas y mientras esto sucede, pueden ser lavadas, por
ejemplo por la lluvia.
99
Bajo condiciones de tiempo favorables el endurecimiento tiene lugar
paulatinamente, y parece razonable suponer que las más pequeñas partículas de
material son las primeras en recubrirse por el asfalto, porque se requiere mayor
número de gotitas para cubrir cada una de ellas.
A medida que más agua se evapore, las partículas más grandes se recubren,
y el espesor del recubrimiento probablemente aumente en las partículas menores que
han recibido ya una película de asfalto. Este proceso continúa hasta que todo o la
mayoría del agregado ha sido recubierto.
No se pueden citar ningunos resultados experimentales que indique que
fracción del agua presente se ha evaporado cuando el rompimiento de la emulsión se
ha realizado, es decir, cuando todas las gotitas microscópicas de asfalto se han
adherido al agregado. Lo que sí demuestran los datos del laboratorio, sin embargo,
prácticamente toda el agua contenida inicialmente en el mortero desaparece para el
momento en que el curado se ha efectuado. Puesto que el agua desaparece como
vapor, no se crean grandes poros, y el material queda razonablemente libre de
vacíos.
Comportamiento de los morteros catiónicos durante el rompimiento :
Esto es normalmente un proceso mucho más rápido que en el caso de
morteros aniónicos, y se caracteriza por la expulsión de agua clara o casi clara. Por
razón de que el líquido es expedido y la solidificación ocurre a una velocidad muy
rápida, se forman numerosos peros relativamente grandes en el material que se
fragua.
Si la mezcla en el recipiente sellado no es movida, el agua que aparece al
principio es rápidamente absorbida o casi reabsorbida subsecuentemente. La matriz
endurecida conteniendo el agua absorbida es más fácil de romper que una matriz de
composición similar de la cual el agua haya sido removida cuando era expedida. Esto
apunta a la conveniencia de desalojar el líquido a medida que se forma, un proceso
que tiende a ocurrir por escurrimiento de cualquier superficie de una carretera que no
esté perfectamente horizontal.
Particularmente hay que enfatizar que cualquier mortero puede dañarse
severamente si el mezclado se continúa durante el rompimiento de la emulsión; este
tipo de daño es más fácil que ocurra a los morteros catiónicos porque éstos rompen
más rápido después de que el mezclado ha iniciado.
100
Al contacto con el agregado puede pasar desapercibido un rompimiento
completo de la emulsión, o un rompimiento después de que se ha formado un
mortero estable durante el mezclado en la máquina, posiblemente es fácil en ambos
casos formar un mortero estable pero que resulte inaceptable, por haberse
continuado el mezclado. Cuando una emulsión rompe, parte del emulsificante original
emigra hacia la fase acuosa.
101
VI.6 ELABORACIÓN DE EMULSIONES.
Las emulsiones asfálticas se fabrican en instalaciones especiales, que pueden
ser muy sencillas o que pueden tener un alto grado de complicación. En cualquier
caso, la pieza básica de todas las instalaciones o plantas de emulsiones es el aparato
que sirve para dispersar el asfalto del agua. Los aparatos más conocidos de este tipo
son los molinos coloidales, aunque también se emplean a veces difusores y
agitadores.
Las fábricas de emulsiones pueden ser de volumen y costo muy variables. La
calidad final del producto depende, sin embargo, de unos pocos elementos
mecánicos que son relativamente independientes de la entidad de la planta.
En general, una fábrica de emulsiones consta de los siguientes elementos:
• Sistema de almacenamiento de materias primas (asfalto, emulsificante, agua y
aditivo).
• Sistema de bombas y tuberías para la circulación y, a veces, incorporación, mezcla
y dosificación de componentes.
• Sistema de calentamiento: Fuego directo con quemadores de petróleo, vapor de
agua y aceite térmico. El primer sistema tiende a eliminarse en la mayor parte de
las plantas fijas. También se estudian otros sistemas como la energía solar para
calentar el agua.
• Sistema de fabricación: Homogeneizadores, difusores y molinos coloidales. De la
máquina elegida para la fabricación depende gran parte de las propiedades finales
de la emulsión.
Como se acaba de indicar, el resultado final del proceso de fabricación de
emulsiones depende de la máquina empleada.
La desintegración mecánica es uno de los procedimientos más utilizados en la
obtención de partículas de magnitud próxima a la coloidal. Para la preparación de
emulsiones asfálticas se utiliza este mismo principio, existiendo en el mercado cuatro
tipos de máquinas distintas que son:
• Turbo mezcladores.
• Molinos de conos.
• Difusores.
• Agitadores.
102
A continuación se describen los dos tipos más usados, como son: Turbo-
mezcladores y molinos de conos, ya que las otras, son de poca utilización, debido a
su proceso discontinuo y a su bajo rendimiento, como en el caso de los agitadores, y
otros, por la necesidad de reciclar varias veces las emulsiones a través de ellos para
conseguir resultados que estén dentro de las normas, este es el caso de los
difusores, que son escasamente usados en la fabricación de emulsiones asfálticas.
Turbo mezcladores.
El principio de turbo-mezclador está basado no solamente en el empleo de la
fuerza centrífuga sino, sobre todo, en la sucesión de una serie de laminaciones
intensas y de choques violentos y repetidos, que aseguran una desintegración
completa y una mezcla absolutamente homogénea de los componentes.
Molinos de conos.
El principio técnico en que se basan estos molinos es el trabajo efectuado
sobre los fluidos en unas regiones de aceleración o de aceleración radial.
Por este sistema, las sustancias que tienen que ser emulsionadas son
sometidas a grandes y rápidas variaciones de presión.
Los molinos de conos pueden ser de eje vertical u horizontal y están
constituidos por una carcasa o tapa con alojamiento de entrada de líquidos que hace
a la vez de estator.
Existen algunos tipos que, mediante un tornillo de precisión permiten la
regulación de la separación de los conos para poderlos ajustar al trabajo que se está
realizando o al desgaste producido por el propio trabajo.
El tipo de molino y la fuerza de corte desarrollada influyen en la calidad final
de las emulsiones. Se ha demostrado que para cuatro tamaños de holguras de la
separación entre estator y rotor se obtiene emulsiones con tamaño medio de
partículas de 5.2, 6.0, 10.5 y 25.5 mieras, igualmente se ha detectado la importancia
del número de revoluciones según los distintos resultados :
Velocidad de rotación de motor en r.p.m. 880 4500 4020 2000
Diámetro de las mieras de la emulsión 5.50 7.40 8.20 12.0
Aunque estos resultados han sido obtenidos, solo pueden tener un carácter
específico e inherente al propio ensayo, son suficientemente significativos
cualitativamente.
103
Por otro lado, la temperatura del asfalto tiene una gran importancia en la
calidad de la emulsión fabricada. Por razones elementales, la suma de temperaturas
del agua y del asfalto no deben pasar de 95°C. ya que de ser así el agua empezaría
a hervir originando problemas de vapor, y se podrían producir cavidades dentro del
molino que redundarían en una malísima calidad de la emulsión y en una pequeña
producción. Pues bien, se ha podido comprobar que la temperatura del agua puede
oscilar entre los 30° C. y 60°C. según los tipos de asfalto utilizados, y que subir más
esta temperatura no proporciona ninguna ventaja en la calidad de la emulsión, ya que
la única manera de mantener esta calidad es fabricarla con un asfalto
suficientemente caliente y poco viscoso. Es decir, es preciso subir más la temperatura
del asfalto con el fin de mantener la temperatura del agua más baja.
También tiene una notable importancia, que las condiciones de enfriamiento
de la emulsión sean favorecidas si se pueden someter a un proceso rápido de
enfriamiento, por ejemplo, mediante un intercambiador de calor, una vez terminada la
fabricación. Se ha observado que, en ciertas emulsiones catiónicas, cuando se
fabrican con exceso de emulsionante buscando una alta estabilidad, se pueden
formar grumos de asfalto, constituidos por varias décimas de mieras. Esto se traduce
en un alto residuo en el ensayo de tamizado. Pues bien, se ha podido detectar,
según las condiciones de fabricación de la emulsión, temperatura, y forma de
enfriamiento para que estos grumos puedan producirse o no, y que su cantidad
pueda ser muy variable.
Las plantas de emulsión más primitivas dosifican los componentes mediante
sistemas volumétricos, en depósitos y calderas previamente calibradas.
Hoy en día, dicho procedimiento, aún cuando siga utilizándose, va siendo
sustituido por grupos de bombas que dosifican los productos antes de la entrada en
los molinos, eliminando las calderas.
Las bombas dosificadoras más usadas para este fin son las alternativas y las
rotativas.
Las bombas alternativas suelen ser del tipo convencional, variando la
geometría de las mismas según el tipo de fabricante. La variación del volumen se
consigue mediante un reductor de velocidad continuo que hace variar las
revoluciones de la bomba, y con ello la cantidad de líquido a dosificar.
104
Entre unas y otras existe una diferencia fundamental, mientras que con las
rotativas se pueden cerrar los molinos, debido a la posibilidad de mandar líquidos a
presión suficiente como para vencer el vacío creado por los mismo, en las
alternativas esto es imposible, ya que el líquido es enviado sin presión y, en caso de
crearse vapor en le molino debido a la temperatura de los líquidos, podría llegarse a
formar una contrapresión capaz de devolver el líquido a los propios cilindros.
105
VI.7 PRUEBAS DE LABORATORIO PARA EMULSIONES.
Existen varios tipos de pruebas de laboratorio aplicables a las emulsiones
como son: AASHTO-T59 ó ASTM-D244, AASHTO-T49 y ASTM-D4, las cuales nos
proporcionan los datos siguientes:
A) Conocer el contenido de asfalto de la emulsión para proponer la
proporción.
B) Viscosidad de la emulsión para determinar su facilidad de bombeo.
Una vez extraído el residuo de asfalto, se determina su dureza y penetración.
CLIMA ASFALTO
Templado-Caliente Duro (Baja penetración).
Moderado-frío Suave (alta penetración).
De estadística se deduce que las partículas más pequeñas, presentan mayor
estabilidad en la emulsión y facilitan el cubrimiento del agregado.
Antes de intentar el mezclado de la emulsión y el agregado, deberá conocerse
la naturaleza eléctrica de ambos. De la primera se logra mediante la electrólisis o
bien, se mezcla con emulsión que previamente se sabe si es catiónica. Si la muestra
rompe, es porque se trata de emulsión aniónica. En caso contrario, se mezcla con
aniónica. Si en este caso rompe, se tratará de una emulsión catiónica. Si después de
intentar con ambas, no rompe se trata de una emulsión no iónica.
Es necesario pero no suficiente condición para el uso de morteros para sellar,
que tanto el agregado como la emulsión cumplan especificaciones individuales.
Deben además combinar en una forma estable y el rompimiento de la emulsión no
deberá por ningún motivo suceder durante el mezclado o colocación, sino hasta que
se haya completado su tendido sobre el pavimento existente.
106
VI.8 ENSAYOS SOBRE EMULSIONES.
Los ensayos más comunes efectuados sobre emulsiones son: Destilación,
viscosidad saybol-furol, sedimentación, demulsibilidad, mezcla con asfalto, índice de
ruptura, análisis granulométrico, tamizado, envuelta del agregado y obtención de
asfalto residual; obteniendo resultados de cada uno de estos como sigue:
A) Destilación.
El objeto de este ensayo en el conocimiento cuantitativo del asfalto, agua y
fluidificante que contiene la emulsión. Además de esta información sus resultados
dan una idea de la volatilidad de los fluidificantes empleados.
B) Viscosidad Saybol-Furol.
Se utiliza el viscosímetro Sayboll con orificio calibrado furol. Se realizan
medidas a 25 y 50°C, según el tipo de emulsión.
C) Sedimentación.
Se llena una probeta de 500 cm3 con la emulsión a ensayar y se mantiene
durante cinco días en un lugar donde no sufra golpes ni vibraciones.
Pasados estos días se extrae una muestra de la parte superior y otra de la
parte inferior, y se calcula el % de asfalto residual por evaporación de ambas.
La diferencia en valor absoluto entre los % de estos asfaltos residuales es el
resultado del ensayo de sedimentación.
D) Demulsibilidad.
A 100g. De emulsión aniónica se la añaden 35 cm3 de una solución de CI2Ca,
empleando en ello dos minutos, agitando mientras se añade. Posteriormente se
continúa la agitación durante otros dos minutos.
El resultado se expresa en porcentaje de asfalto separado de la emulsión en
el ensayo, respecto al porcentaje de asfalto de la emulsión obtenida por el ensayo de
destilación.
E) Mezcla con cemento.
Se diluye la emulsión que se va a ensayar con agua destilada hasta que
contenga un 55% de residuo.
Los resultados se expresan en % de emulsión rota respecto a la emulsión
total.
En una medida del elevado grado de estabilidad química de algunas
emulsiones de ruptura lenta.
107
F) índice de ruptura.
En 100 grs, de emulsión se introduce un filler mineral normalizado a una
velocidad de 2 ó 3 g/seg. agitándose al mismo tiempo para asegurar la
homogeneidad. El filler se añade hasta la ruptura completa de la emulsión. Se pesa
entonces la cantidad de filler introducido y se calcula el índice de ruptura C.
C = P/Ex100
P= Peso del filler introducido.
E= Peso de emulsión.
G) Análisis Granulométrico.
Los sistemas existentes en la actualidad para determinar el tamaño de
moléculas son los siguientes:
• Método basado en la medida al microscopio de un elevado número de moléculas y
posterior tratamiento estadístico.
• Método basado en relaciones encontradas entre el tamaño de molécula y la
capacidad que presenta una muestra de dicha emulsión.
• Métodos basados en el uso de un aparato coulter, cuyo fundamento se encuentra
en la diferencia de conductividad eléctrica entre el electrólito y las moléculas de
asfalto.
H) Tamizado.
El ensayo se realiza mediante el cernido por el tamiz#20 de 1000g. De
emulsión.
El residuo que queda en el tamiz, después de lavarlo con una solución acuosa
aniónica o catiónica, según el tipo de emulsión, se seca en estufas a 105° C durante
dos horas.
El resultado de ensayo se expresa en % en peso del residuo retenido en el
tamiz respecto de la muestra total.
I) Envuelta del agregado.
Se pesan 465g, de agregado tipo y se añaden 35g. de emulsión a ensayar,
mezclándose vigorosamente con la espátula durante 3 minutos.
Los resultados se expresan indicando si se ha producido o no el rompimiento
de la emulsión y el porcentaje del agregado que ha quedado envuelto.
108
J) Determinación del PH.
Habitualmente se emplea el PHmetro que mide la diferencia de potencial que
se produce al introducir el electrodo de combinación con el PHmetro en la muestra.
K)Obtención del asfalto residual.
Se pesan 50g. de la muestra de emulsión en un vaso y se evapora en una
estufa regulada a 163°C. posteriormente se pesa el vaso con el residuo y se calcula
el % de asfalto residual.
Los ensayos del asfalto residual son los siguientes:
a) De penetración para obtener la dureza del asfalto empleado.
b) De ductibilidad, en donde la muestra que se estira, formando un hilo, y al final del
ensayo se procede cuando hay ruptura en un punto en el que el hilo no tiene sección
transversal.
c) El ensayo de flotador o anillo y bola, debido a la temperatura del baño, el material
se calienta ascendiendo por la presión del agua hacia el interior del flotador hasta
que el agua penetra en el flotador y produce su hundimiento.
109
CONCLUSIONES La aplicación de los morteros asfálticos en carpetas asfálticas ya existentes,
no pueden garantizar que calles, carreteras y caminos sean a prueba de accidentes.
Lo que si puede hacer un mortero asfáltico es proporcionar superficies más rugosas,
con las cuales se aumenta la fricción entre el pavimento y las ruedas del auto, aún
cuando el mismo se encuentre mojado.
Puesto que un mortero asfáltico provoca un rejuvenecimiento en el asfalto
existente, este alarga la vida del pavimento, por lo cual estamos reduciendo los
costos.
Esta reducción de los costos y alargamiento de vida de las carpetas asfálticas
es fácil de lograr, siempre y cuando se proporcione mantenimiento preventivo de las
mismas, y la opción más económica y apropiada es la aplicación de un mortero
asfáltico.
La aplicación de mezclas a base de morteros asfálticos y las características de
las mismas dependerán del tipo de deterioro que presente el pavimento.
Una rehabilitación realizada con mortero asfáltico siendo este aplicado
existosamente, pueda alrgar la vida de la carpeta asfáltica hasta en un 80% de su
vida promedio, que es aproximada entre 10 y 15 años.
El progreso que se ha logrado en el conocimiento de los morteros asfálticos,
principalmente se debe a las evaluaciones más rutinarias y efectivas sobre los
materiales que intervienen en su elaboración, y esto nos permite evitar o contrarrestar
las dificultades en la aplicación de un mortero asfáltico. Para aquellos interesados en
esta actividad, quizá el resultado más importante de los estudios, sea la cantidad de
investigación que se requiere en este campo.
La experiencia en la evaluación de los componentes por separado de los
morteros asfálticos, conducen a la firme convicción de que aún reuniendo las
especificaciones actuales de aceptación y, manteniendo una adecuada proporción
entre el asfalto y los demás materiales, no necesariamente se garantiza la calidad en
el producto terminado.
Existen muchas áreas importantes, donde se requieren estudios más
completos sobre como reducir la probabilidad de funcionamiento de una mezcla
determinada, para ello debemos considerar las siguientes incógnitas: ¿Cómo
determinar la calidad de liga entre el asfalto y el material?; ¿Si las propiedades del
no
asfalto son importantes o si éstas pueden comportarse selectivamente de un material
a otro?; ¿Cómo determinar la relación de curado, de manera que las mezclas que
presentan curado retardado puedan evitarse?, y ¿Cómo estimar la calidad del
mortero curado mediante una prueba acelerada?.
Las verificaciones periódicas sobre las carcterísticas de los componentes
durante las operaciones, ayudarán a evitar los problemas que surgen de los cambios
físicos, que de otra manera pasarían inadvertidos.
i l l
APÉNDICE Ciudad de México D.F. a 24 de Febrero de 1995 Oficio compromiso a la dirección de obras públicas.
Concurso : OPC-IN - 010 - 95 relativo a : Pavimentación de Anillo Periférico Tramo Miramontes - Canal Nacional, por la compañía Productos Bituminosos del Continente Americano S.A. de C.V.
Manifestando que: Declaró bajo protesta que la empresa no se encuentra en ningún caso de los supuestos en el artículo 41 de la Ley de Adquisiciones y Obra Pública vigente.
Manifestación escrita de conocer el sitio de los trabajos. Manifestar a la Dirección General de Obras Públicas, que la empresa conoce
el sitio de ejecución de los trabajos, y por ello ha juzgado y tomado por encuenta debidamente las características climáticas y topográficas de la zona, así como las condiciones generales y especiales del lugar en donde se llevó acabo la obra objeto de dicho concurso.
La empresa estuvo de acuerdo que en cada una de las estimaciones se descontara 1.50 %, que establece el pacto para la Estabilidad del Creciente Económico Vigente.
Como representante técnico en la obra, fue el C. Ing. Alberto Ramírez Navarro con Cédula Profesional N° 7272290, quien conoce las normas de Construcción del Distrito Federal, el proyecto y especificaciones y tiene suficiente experiencia en obra de la índole de la que se llevó a cabo.
Se visito y examinó, con detenimiento el sitio de las obras para observar peculiaridad del terreno y posibles contingencias que se presentarán en el desarrollo de la misma.
Así mismo, manifestamos que conocíamos la Ley de Adquisiciones y Obras Públicas y su reglamento vigente y las Normas de Construcción que tiene en vigor el Distrito Federal, las cuales se pudieron leer y examinar, y se acepta que tales documentos en lo conducente respecto al concurso indicado y demás actos que de el derivaron.
Relación de los materiales a emplear en la obra Base de materiales básicos al 24 de Febrero de 1995. DESCRIPCIÓN
Aditivo ADP -1 Agregado para mortero Arena andesitica Arena gris Barreno portátil Cemento portland Cepillo de raíz Emulsión asfáltica mortero Emulsión RR-2K Emulsión RL-3K Emulsión RLI-2K Microesfera Pago por derecho de extracción agua Señal inf. 3.05 x 0.50
112
It m3 m3 m3 m3 Kg pza It It It It Kg m3 pza
N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$
3.00 100.00 46.00 40.00
406.00 0.48
14.50 0.60 0.48 0.65 0.59 5.20 8.00
406.00
Señal rest 0.30 x 120 cm Señal 0.6 x 0.6 Señales con figura Tabique rojo Tarifa de fleteros Tarifa de fleteros Km. sub Tarifa de fleteros 1er-Km Tezontle V* a finos Fresado Pintura termoplástica Base de grava cementada (puesta s/obra] Lote (luminoso)
pza pza pza pza ton-Km m3-Km m3 m3 m3 It
l m3 lote
N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$
96.12 96.12 96.12 0.44 0.60 0.70 0.70
25.00 0.00
185.00 55.00
N$ 50 000.00
Puntos aclarados después de la visita a la obra. 1.- El horario de trabajo fue exclusivamente nocturno de 23:00 a 5:00 hrs. 2.- Las zonas a fresar así como el tipo de sello o usar fue definido en su
momento por la supervisión correspondiente, porque se debían cotizar los dos tipos de sello.
Manifestación escrita de haber asistido a la junta de aclaraciones. Esta empresa asistió a la junta de aclaraciones que se celebró el día 17 de
febrero de 1995 en oficinas de la Dirección General de Obras Públicas.
RELACIÓN DE COSTOS HORARIOS DESCRIPCIÓN Bomba Centrifuga 40 MD de 4" diam. Die. Pipa/Camión M. Benz 8000 Its Camión Volteo c/caja gravera de 7 m3 Cargador s/n 910 1.3 yd3 Compactador Vibrat. Autoprop. BW213D Compactador neumático AP-23 Compresor portátil SP-325D Perfilador de pavimentos CAT-750B Sellador de asfalto Slurry Seal Estabilizador de pav. T4100 Midland Pavimentadora barber greeneSB-131 Perforadora de Piso S58D Petrolizadora SR1580 de 5900 It Nivel Topográfico Tránsito Wild Pinta rayas Aut. TMT 63P Detector de metales
COSTO ACTIVO N$ 10.75 N$ 35.75 N$ 40.42 N$ 46.66 N$ 109.61 N$ 76.90 N$ 036.42 N$ 727.29 N$ 184.97 N$ 158.86 N$ 113.46 N$ 01.74 N$ 41.49 N$ 1.01 N$ 04.04 N$ 31.63 N$ 8.31
COSTO INACTIVO N$ N$ N$ N$ N$ N$ N$
4.22 10.96 13.69 20.45 42.22 36.30 15.18
N$376.80 N$ 78.86 N$106.02 N$ 71.43 N$ 0.66
17.22 0.72 2.91
19.80 5.72
N$ N$ N$ N$ N$
113
PROGRAMA DE UTILIZACIÓN DE PERSONAL TÉCNICO, ADMINISTRATIVO Y OBRERO ENCARGADO DIRECTAMENTE DE LA EJECUCIÓN DE LOS TRABAJOS.
PERSONAL
1) PERSONAL TÉCNICO 2) PERSONAL ADMINISTRATIVO
3) OFICIALES 4) PEONES
Sem 1
7-mar
13 7
6 20
2
13 7
6 20
3
13 7
6 20
4
13 7
6 20
5
13 7
6 20
6
13 7
6 20
7
13 7
6 20
8
13 7
6 20
9
13 7
6 20
10
13 7
6 20
11
13 7
6 20
12 4-jun
13 7
6 20
SUPERVISIÓN Y ADMINISTRACIÓN DE LOS TRABAJOS Y SERVICIOS
PERSONAL
1) PERSONAL DE SERVICIOS 2) PERSONAL TÉCNICO 3) PERSONAL ADMINISTRATIVO
S e l
7-mar
5 13 7
2
5 13 7
3
5 13 7
4
5 13 7
5
5 13 7
6
5 13 7
7
5 13 7
8
5 13 7
9
5 13 7
10
5 13 7
11
5 13 7
12 4-jun
5 13 7
114
PROGRAMA DE ADQUISICIÓN DE LOS PRINCIPALES MATERIALES Y EQUIPOS DE INSTALACIÓN PERMANENTE.
MATERIALES Y EQUIPO Cant idad
Tezontle 3/4" a finos
Arena Andesitica
Emulsión RL-3K
Emulsión RR-2K
Agreg. P. mortero asfáltico
Emul. P. mortero asfáltico
Aditivo ADP-1
Cemento Portland
627.75 m3
418.50 m3
313,875.0 It
32,550.0 H
348.00 m3
93,960.0 It
9,744.0 It
48,720.0 kg
Semi
7-mar 10 11 12
Mat. Prod, de corte(cribado) 2,441.25 m3
36.95 73.85 73.85 73.35
24.9 49.2 48.2 49.2
18163 36826.5 36826.5 36826.5
1914.8 3829.4 3828.4 3828.4
40.95 40.95 40.95
11054.1 11054.1 11054.1
1146.35 1146.35 1146.35
5731.8 5731.8 5731.8
143.65 287.2 287.2 287.2
73.85
49.2
36926.5
3829.4
40.95
11054.1
1146.35
5731.8
287.2
73.85
49.2
36926.5
3829.4
40.95
11054.1
1145.35
5731.8
287.2
73.85
49.2
36926.5
3829.4
40.95
11054.1
1146.35
5731.8
287.2
73.85
49.2
36926.5
3829.4
40.95
11054.1
1146.35
5731.8
287.2
73.85
49.2
36926.5
3829.4
40.95
11054.1
1146.35
5731.8
287.2
m3
m3
It
It
20.49 m3
5527.2 It
573.2 It
2885.6 kg
m3
PROGRAMA DE OBRA
No. PARTIDA
1) Limpieza, trazo y niv.
2) Rehabilitación y/o restitución de carp, con mez. asf. en frío.
3) Renivelación de alcantarillas pozos de visita y/o caja de A.P.
4) Bacheo con mezcla asf. en frío o caliente de 7.5 cm de esp.
5) Aplicación de mortero asf. de 6 mm.
6) Señalamiento Horizontal
7) Señalamiento de protección de obras
8) Sello con cemento
SEMANAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
7-mar
3919 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 2246 58000m2
1880 3765 3765 3765 3765 3765 3765 3765 3765 32000m2
7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 60pzas
2417 2417 2417 2417 3415 2416 14500m2
5823 5823 5823 5823 6823 5823 6823 6223 6223 3416 58000m2
3919 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 4703 2348 58000m2
3889 7733 7733 7733 7733 7723 7733 7733 58000m2
Duración total 90 días. Propuesta por la D.G.O.P Días calendario 7 Marzo 1995 - 4 Junio 1995
Fecha Inicio Fecha terminación
Propuesta por el concursante días calendario 7 Marzo 1995 - 4 Junio 1995
Una vez realizada la visita de obra se aclararon con los siguientes puntos : • El horario de trabajo fue exclusivamente, de 23:00 a 5:00 Hrs. • Las zonas a fresar así como el tipo de sello a usar fue definido en su momento por
la supervisión correspondiente, por lo que se debían cotizar los dos tipos de sello.
115
PROYECTO DE MEZCLA PARA MORTERO ASFÁLTICO
PARA EMPLEARSE EN EL PERIFÉRICO
MIRAMONTES - CANAL NACIONAL
I.- AGREGADOS
Composición granulométrica.
La granulometría del material cumple con los requisitos de proyecto si está
dentro de las siguientes tolerancias.
Tamaño del material
pétreo
Pasa en malla 3/8"
No. 4
No. 8
No. 30
No. 200
Retenido en malla
Retenido en malla
No. 4
No. 8
No. 30
No. 200
Tolerancia
% Peso pétreo
+/-5
. +/-4
+/-3
+/-2
Los materiales pétreos seleccionados proceden de la mina El Milagro. Esta
mina se encuentra ubicada en el municipio de Milpa Alta en México, D. F.
Los agregados de basalto triturado fueron elegidos por sus características
granulométricas, limpieza y dureza. Se anexan resultados de los análisis a que fueron
sometidos.
Procedencia:
Mina "El Milagro" Trituración 100%
Limpieza:
Equivalente de arena superior a 50%.
Dureza:
Desgaste por medio de la máquina de los ángeles máximo del 40%.
116
II.- EMULSION ASFÁLTICA
El ligante asfáltico utilizado en una emulsión asfáltica tipo catiónica de
rompimiento lento.
Las características generales de la emulsión:
Viscosidad Saybol-Furol (seg., 25 C) 18.0 mín.
Contenido en agua (% Vol.) 43.0 máx.
Asfalto residual, destilación. (% Peso) 57.0 mín.
Retenido en malla 20 (% Peso) 0.10 máx.
Asentamiento (Sedimentación) 7 días (dif.) 7.0 máx.
Carga partícula (Positiva)
P. h. (7 máx)
El asfalto origen utilizado en la fabricación de la emulsión es del tipo cemento
seis.
III.- ADITIVO
Para el control adecuado de la ruptura de la emulsión se empleará un aditivo
controlador tipo ADP-II fabricado por PROBICA.
IV.- FILLER DE APORTACIÓN
Se ha considerado la adición de un pequeño porcentaje de cemento portland
normal.
V.- AGUA DE APORTACIÓN
El agua de amasado será la necesaria para darle la consistencia de lechada
indispensable para su extensión y será la proveniente de las tomas locales, ya que no
presentaron características especiales de dureza ni sólidos en suspensión.
117
VI.- DISEÑO DE LA MEZCLA
La modificación de cada componente para las mejores características de
cohesión y maduración, nos lo indican los ensayos de tiempo de fluidez, cono de
consistencia, arena adherida L.W.T. y abrasión W.T.A.T.
Dosificación obtenida:
COMPONENTE % PESO SOBRE AGREGADO SECO
Emulsión 15.8
Aditivo 1.8
Filler de aportación 0.8
Agua envuelta 20.0
Óptimo de asfalto 9.0
Sin embargo la dosificación obtenida de aditivo, filler de aportación y agua de
amasado están en fución de las condiciones ambientales de humedad y temperatura,
por lo que pueden variar en el momento de la colocación.
VIL- PROCEDIMIENTO DE COLOCACIÓN
El microconcreto asfáltico es una mezcla de agregados debidamente
granulados, filler, emulsión asfáltica, agua de envuelta y aditivos capaces de construir
una mezcla que se pueda colocar, como capa de sello, en forma de lechada. Una vez
extendida el material sobre la carretera, con el espesor adecuado, por efecto de la
reactividad química agregado-emulsión y de la evaporación del agua, se produce un
incremento progresivo de la cohesión del sistema agregado asfalto.
118
B I L B L I O G R F I A
COELLO, López Mario, JASKELLE, P. Amin y STRASSBURGER, F. Pedro.
Manual de Morteros Asfálticos.
Editorial Conrasa. México 1985.
CONCRETE PAVEMENTS.
Edited By A. F. Stock.
L.A. California 1980.
CRESPO, Villalaz Carlos.
Vías de Comunicación.
Editorial Limusa.
México 1980.
FERNANDEZ, del Campo Juan Antonio.
Pavimentos Bituminosos en Frío.
Editores Técnicos Asociados. Barcelona 1983.
MANUAL DEL ASFALTO.
The Asphalt Institute
Ediciones Urmo
Tr. Manuel Velázquez
Washington 1980.
NORMAS PARA LA CONSTRUCCIÓN E INSTALACIONES. Pavimentos,
Secretaría de Comunicaciones y Transportes.
México 1983.
119
PAVIMENTOS DEL ANILLO PERIFÉRICO. Tramo Miramontes- Canal Nacional.
Concurso OPC-IN-010-95
PROBICA
México 1995.
WALLACE, Hugh A. and J. Roger Martin.
Asphalt Pavement Enginnering.
Edited By Mc Graw-Hill U.S.A.
YODER, E.J. and WITCZAK, M.W. Principles of Pavement Desing.
Second Edition. S. Wiley Interscince Publication.
L.A. California 1990.