UNIVERSIDAD ALAS PERUANASFacultad de Ingenierías y Arquitectura Escuela Profesional de Ingeniería Civil EMULSIONES ASFALTICAS CURSO: DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS ALUMNOS: VICTOR OCHOA REBAZA MARIO CASTRO LIMA DANIEL GOMEZ PECAR CICLO: IX 2011 Generalidades Diferentes usos y aplicaciones INTRODUCCION Las Emulsiones asfálticas se empezaron a usar desde el año 1,920. Actualmente las emulsiones se diseñan, es decir, se produce una emulsión adecuada para un árido determinado, unas condiciones climatológicas y un sistema de puesta en obra. Esto ha hecho posible, que en la actualidad el Ingeniero disponga de un ligante perfeccionado a tal punto, que no requerirá de mejoradores de adherencia y tendrá una emulsión de características siempre diferentes y específicamente diseñadas para su obra. En América es notable el incremento de interés y consumo a partir de la crisis de 1974. En los EE.UU. se ha creado la asociación AEMA (Asphalt Emulsion Manufacturers Association) que realiza una importante labor de coordinación y divulgación. En Latinoamérica hay que destacar el desarrollo de México, Brasil, Colombia, y Argentina, entre otros países, con unas industrias dinámicas en el desarrollo de las emulsiones. EMULSIONES ASFÁLTICAS Definición: Es la dispersión de micro-partículas de cemento asfáltico en una matriz acuosa estabilizada O/W O/W W/O W/O W/O/W W/O/W oil-in-water oil-in-water emulsion emulsion water-in-oil water-in-oil (inverted emulsion) (inverted emulsion) multiple multiple emulsion emulsion Las emulsiones son mezclas de cementos asfálticos con agua emulsificantes, a su vez, estos pueden también contener: Composición de emulsiones asfálticas Cemento asfáltico 62 % Solución jabonosa 38 % Agua potable 98 % Emulsificante 1 % Acido clorhídrico 1 % Producción de emulsión asfáltica Cemento asfáltico Molino Coloidal Emulsión Asfaltica Solución jabonosa Planta para producción de emulsión asfáltica Carga de partícula y tipos de emulsión Positiva - catiónica Negativa - aniónica No carga - no-iónica Determinada por el tipo de emulsificante Funciones de los emulsificantes Facilitar el proceso de emulsificación – reduciendo tensión interfase entre el agua y el asfalto Estabilizar la emulsión – durante la formación, almacenaje y transportación Producir tipo de emulsión, influencia en rendimiento – características de ruptura y curado Ventajas de emulsiones catiónicas aplicaciones en caminos Ruptura y curado rápido Promueven adhesión con la mayoría de agregados Distribución y tamaño de partícula Floculación y coalescencia + + + + + - - - - - Repulsión electrostática Acumulacion o adhesion de particulas de asfalto en grupos Fusion de las particulas agrupadas Proceso de adhesión asfáltica en frío + + + + + + + + Por adhesión electrostática + agregado agregado Micro-particulas de asfalto Proceso de adhesión asfáltica en frío + + + + + + + + agregado agregado Micro-particulas de asfalto Adhesión química Almacenaje y manejo Coalescencia es la causa principal de deterioro de emulsiones – Temperaturas del agua cercanas a puntos de ebullicion y congelamiento – Corte excesivo Bombeo, agitacion y durante transportacion – Contacto con materiales incompatibles Cationica vs anionica Solventes y otros productos de petroleo Clasificacion de emulsiones de acuerdo a su ruptura y carga de partícula Grados de emulsiones Cationica Anionica Aplicaciones Rapida - riegos CRS SS Tratamientos superficiales Media CMS MS Mezclas abiertas Lenta CSS SS Mezclas densas Rapida - mezclas CQS - Mortero asfaltico Micro-pavimento CRS - 2 ruptura rapida cationica 65% asfalto CSS - 1h cationica ruptura lenta asfalto duro 57% asfalto HFMS - 2s Alta flotacion Ruptura media anionica 65% asfalto con solvente Nomenclatura ASTM de emulsiones Emulsiones asfálticas cationicas TIPO DE EMULSION RAPIDA MEDIA LENTA RAPIDA-Q CRS-1 CMS-2 CSS-1 CQS CRS-2 CMS-2h CSS-1h CQS-1P ASTM D2397 – AASHTO M208 Riego de imprimación Se aplica sobre superficies no asfálticas que deben prepararse para recibir otro riego asfáltico La emulsión deberá de aplicarse en riego (spray) Liga adhesiva entre la base granular y la nueva carpeta de rodadura Ofrece endurecimiento de la superficie Sellado a prueba de agua de la superficie Cubrir y adherir partículas sueltas en la superficie de la base Tipo de emulsión CSS-1 CSS-1h Porcentaje de aplicación = 0.45 to 1.35 l/m 2 Equipo distribuidor de emulsión Ejecución de la imprimación Riego de liga Se aplica sobre un riego de imprimación sobre capas asfálticas, su función es vincular una capa con una mezcla asfáltica (Liga entre al superficie existente y la nueva capa asfáltica). Aplicación con emulsión diluida (3:1) Tipo de emulsión CSS-1 o CSS-1h Porcentaje de aplicación = 0.25 to 0.70 l/m 2. Ejecución del Riego de liga Emulsificar:suspender un líquido en otro por medio de un agente emulsificante. Proceso constructivo de la imprimación reforzada Consiste en una primera imprimación simple y una vez que ha secado se efectúa una segunda aplicación de material bituminoso. Riego de imprimación reforzada Riego negro (fog seal) Aplicación de emulsión diluida (6:1) Sellado de superficie existente Reducir la desintegración Enriquecer superficie resecas y dañadas por el clima (temperizacion) Tipo de emulsión CSS-1 o CSS1-h Porcentaje de aplic. = 0.45 to 0.70 l/m 2 Control de polvos (dust & bond coat) Aplicación de emulsión diluida (5+:1) Control del polvo y cubrimiento de granulometrías finas, en caminos no pavimentados Tipo de emulsión CSS-1 o CSS-1h Porcentajes de aplicación 0.45 to 2.25 l/m 2 Arena Asfalto: Consiste en el esparcimiento y compresión de arena de una granulometría predefifnida sobre una superficie imprimida. Espesores promedios de 2.5 mm. Fijadores de polvo o antipolvo: Fijan el polvo suelto evitando las molestias que estos ocasionan. Riego de Sellado: Consiste en una aplicación de material bituminoso seguido de una distribución de arena, se emplea sobre superficies asfálticas (mezclas asfálticas o suelo arena o arena emulsión). Tratamiento superficial (Simple, doble y múltiple) Sellado de superficie Corrección de superficies desintegradas Emulsión CRS-1 o CRS-2 o CRS-2h Tratamientos Superficial Simple Consiste en una aplicación de material bituminoso seguido de una distribución de agregados pétreos.. Tratamiento Superficial Doble Consiste en dos aplicaciones de material bituminoso, cada una de ellas seguida de una distribución del agregado pétreo, en general el tamaño nominal del primer agregado es el doble del segundo. Tratamiento Superficial Mútliple Consiste en tres o más aplicaciones de material bituminoso, cada una de ellas seguida de una distribución de agregado pétreo de menor tamaño. Slurry Seal o Lechadas Son mezclas constituídas por áridos finos, filler, emulsión, agua y aditivos. Espesores promedios de tres a seis milímetros. Su objetivo es de impermeabilizar, tratamiento de terminado y superficial, antideslizante. Ejecución del Slurry Seal Acabado final del Slurry Seal Suelos estabilizados con emulsión asfáltica Se define como suelo estabilizado con un producto bituminoso, la mezcla íntima, convenientemente compacta, de suelo, agua, ligante bituminoso y eventualmente adiciones, cuyo fin es mejorar las características resistentes del suelo, disminuyendo su capacidad de absorción de agua y/o aumentando su cohesión, por efecto de la incorporación de ligante bituminoso. Con los casi dos millones de toneladas de asfalto producido anualmente por Repsol se podrían fabricar más de 40 millones de toneladas de mezcla asfáltica y acondicionar una carretera de siete metros de ancho con un recorrido de más de 15,000 kilómetros. En Repsol producen asfaltos en España, Argentina, Perú y Portugal. Este asfalto destinado mayormente a carreteras, llega a lugares como Francia, Inglaterra, Bolivia, Paraguay, Islas Azores, Madeira y las regiones como el norte de África. Obtención del Asfalto Composición Fisicoquimica del Asfalto ALMACENAJE Y MANEJO Coalescencia es la causa principal de deterioro de emulsiones Temperatura de aguas cercanas a puntos de ebullicon y congelamiento. Corte excesivo bombeo, agitacion y durante transportacion. Contacto con materiales, incompatibles cationica Vs Anionica. Solventes y otros productos de petroleo. Modos de Utilización del Asfalto Para poder emplear el asfalto, es necesario reducir su viscosidad y para ello existen cuatro sistemas: 1. Por calientamiento: Aplicaciones (mezclas) en caliente. 2. Añadiendo un producto ligero: Asfaltos fluidificados. Asfaltos diluidos. 3. Dispersando el asfalto en agua: Emulsiones bituminosas- asfalticas. 4. Inyectando vapor de agua: Espuma de asfalto - Asfalto espumado El asfalto puede emplearse: "Tal cual": Asfalto de penetración-Asfalto convencional Modificado: variando sus propiedades Por oxidación: Oxiasfalto (Breas) Por adición de polímeros: Asfalto polimero-Asfalto polimerizado Otros métodos: Asfaltos "escenciales" p.e. Multigrado Funciones: El asfalto se presta particularmente bien para la construcción por varias razones: Proporciona una buena unión y cohesión entre agregados, incrementando por ello la resistencia con la adición de espesores relativamente pequeños. Capaz de resistir la acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los vehículos. Impermeabiliza la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de las precipitaciones. -Proporciona una estructura de pavimento con características flexibles. En la mayoría de los casos, al asfalto utilizado para pavimentar las calles, es el residuo de las refinerías después de haber destilado del petróleo crudo una gran cantidad de otros productos. Mortero asfáltico (slurry seal) Mezcla de agregados finos con emulsión agua y cemento portland Sellado de superficie Sellado de grietas Mejoramiento de propiedades anti-derrapantes Corrección de superficies desintegradas Tipo de emulsión CSS-1 o CSS2 o CSS-2h Porcentaje de emulsión 1.2 – 2.2 l/m 2 Maquinaria mezcladora aplicadora Micro-pavimentos (micro-surfacing) Mezcla de agregados finos con emulsión modificada con polímeros, agua, cemento portland y aditivos. Sellado de alto rendimiento en superficies de alto trafico Sellado de grietas Mejoramiento de propiedades anti-derrapantes Corrección de superficies desintegradas Corrección menor de desnivelaciones y perfiles Tipo de emulsión CQS o CQS-1p o CQS-2p Porcentaje de emulsión 1.2 – 2.2 l/m 2 Equipo mezclador Mezclas en frío • Densas • Abiertas • Con arena • Con suelo nativo (estabilización de suelos) Ventajas: • Utilización de agregados húmedos • Diferente orígen pétreo • Curbas granulométricas variadas • Estabilidades aceptables Mezclas densas en frio Bases negras Bases estabilizadas con emulsión Reciclados en general (base + carpeta, carpeta, RAP, etc.) Carpetas de nivelación Carpetas de rodadura Estabilización de materiales marginales Emulsión CSS-1 o CSS-2 o CSS-2h Porcentajes en volumen = 6 – 12% Maquinaria recicladora/escarificadora Inyección de emulsión asfáltica Mezclas abiertas en frio Bases negras Carpetas de nivelación Carpetas de rodadura Mezclas de acopio Mezclas para bacheo Tipo de emulsión CMS-1 o CMS-2 Porcentajes en volumen = 3 – 8% Mezclas abiertas Mezclas abiertas Mezclas densas Mezclas densas Mezclas densas Planta común de producción de mezcla en frío Planta para mezcla en frío equipada con sistema de inyección de emulsión a doble fase Alimentación agregados finos fase inicial de mezcla con emulsión ruptura lenta - CSS Alimentación agregado gruesos fase posterior de mezcla con emulsión ruptura media - CMS Proceso de producción de mezcla en frío Carpeta mezcla en frio con emulsion - Mexia TX USA Mezclas en frio continuo Mezcladas en sitio Mezcladas en planta en frio En planta mezcladas en caliente Mezclas para bacheo Para uso inmediato – Para acopiarse (HFMS-2) – Con material RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) Mezclas en frio (New York) Malla % pasante 3/4 “ 100 1/2” 92 3/8” 77 #4 48 #8 27 #40 16 #100 10 #200 6 Emulsion: CSS-1h Asfalto: AC-20 Humedad % : 5.5 Asfalto Residual % : 5.5 Mezclador: Mezclador de paletas (transportable) Terminadora: Barber-Greene 980 espesor 4” Compactacion: Vibratorio 12 ton 1er pase on 2-4 pases off Densidad: 94 % maximo teorico en 60 horas Agregados: Mezclas en frio (Alaska) Malla % pasante #4 100 #10 100 #40 96 #50 88 #80 63 #200 9 Emulsion: CSS-1 Asfalto: AC-5 Humedad % : 6 Asfalto Residual % : 7.5 Mezclador: Mezclador de paletas (transportable) Terminadora: Blaw Knox 220 espesor 4” Compactacion: Neumatico 12 ton 2 pases Vibratorio 15 ton 2 pases Densidad: 96 % maximo teorico en 42 horas Agregados: Mezclas en frio (Illinois) Malla % pasante 1 “ 100 1/2” 95.4 #4 68.2 #16 37.5 #200 10.6 Emulsion: CSS-1h Asfalto: AC-10 Humedad % : 5.8 Asfalto Residual % : 5.5 Mezclador: Mezclador de paletas (transportablel) Terminadora: Blaw Knox espesor 4” Compactacion: Neumatico 8 ton 2 pases Vibratorio 15 ton 2 pases Densidad: 94 % maximo teorico en 46 horas Agregados: Reciclado con emulsiones Reciclado en frio – en sitio – mezclado en planta A profundidad total Es necesario tratamiento de superficie Dependiendo del trafico – Tratamiento superficial, mortero asfaltico micro-pavimento, sobre-carpeta en caliente. Reciclado en frío a profundidad total Quito Ecuador Reciclado de pavimento en frío con emulsión Adición de agregado virgen Uso de mezclas con emulsion 1 .-Superficie de desgaste (densas) Para todo tipo de trafico 2 .-Superficie de rodamiento(abiertas) Normalmente para trafico medio y ligero. 2 .- Base y sub-base Todo tipo de trafico 3 .-Mezclas para acopio Uso inmediato, mezclas p/bacheo. Aplicación mortero asfáltico - Phoenix AZ. Aplicacion de micro-pavimento en Departamento de La Paz en Bolivia Aplicación de mortero asfáltico -Aimogasta Provincia de La Rioja, Argentina Mortero asfaltico - Aeropuerto Ciudad Victoria Tam. Mexico Mortero asfaltico - Aeropuerto de Ciudad Victoria Tam. Mex. Mortero asfáltico - Cuencamé Durango, Mexico Mortero asfáltico Carr. Panamericana Norte Km 1300 Región de Atacama,Chile Mortero asfáltico - Region III Copiapó, Chile Mortero asfaltico sobre pavimento reciclado c/emulsion Mirimire, Edo. Falcon - Venezuela Aplicacion mortero asfaltico en Popayan, Colombia Pruebas en aeropuerto Mariscal Sucre, Quito Ecuador Micro-pavimento en Edo. de Minas Gerais, Brasil Rodovia Rio de Janeiro-Juiz de Fora Micro-pavimento en Edo. De Sao Paulo, Brasil Rodovia Bandeirantes SP-230 Micro-pavimento en Edo. Rio Grande do Sul, Brasil Aplicacion de micro-pavimento sobre tratamiento superficial con la utilizacion de emulsiones modificadas con polimeros Sobre pavimentos/carpetas muy desgastadas: • Nueva superficie de desgaste • Sellado absoluto de superficie • Recuperacion de propiedades anti-derrapantes • Correccion perfiles de nivelacion incluyendo ahuellamientos SELLO DEL CABO TIPO TEXAS Sello del cabo modificado - Waco TX Sello del Cabo tipo Texas - Av Franklin Waco TX USA Aplicación sello del cabo tipo Texas 10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. - Como las temperaturas en las noches llega a menos de cero grados centígrados, se debe prevenir el posible congelamiento de la Emulsión Asfáltica, por este motivo se usó como tanque de almacenamiento una cisterna térmica y provista de su sistema de calentamiento con la finalidad de mantener la temperatura de la emulsión a mas de 8ªC. - Es importante saber que la emulsión no origina problemas cuando está mezclada con el pétreo, es decir, la mezcla asfáltica puede almacenarse a menos de 0ºC, debido a que la emulsión rompe y cubre las partículas del pétreo y el agua se mantiene solo como agente de trabajabilidad. Al congelarse el agua en las noches, no altera la mezcla porque en el día volverá a licuificarse. - En el día, la temperatura ambiente llega a 18ºC, considerando también el clima seco, el agua en la mezcla tiende a evaporarse. La mezcla se dejará a manera de ruma con la finalidad de que se auto proteja, se secará la mezcla superficial y por dentro la mezcla mantendrá su humedad. Al momento de colocarla se procederá a batirla con la finalidad de homogenizar la humedad y por consecuencia la uniformidad de la trabajabilidad. - Se debe considerar que en el proceso de producción de la mezcla asfáltica con Emulsión, se pierde una cierta cantidad de humedad por el manipuleo. Al colocar la mezcla, y al extenderla, también perderá humedad. Es importante colocarla con mayor humedad que la optima de compactación. - Si por algún motivo, la mezcla perdió mas humedad que la óptima para su compactación se puede proceder a humectar uniformemente y la mezcla aumentará su trabajabilidad. - En el proceso de colocación del Slurry Seal, es indispensable que la máquina micropavimentadora sea calibrada considerando las correcciones por humedad del árido, debido a que la arena no tendrá el mismo por ciento de humedad y el flujo del árido será diferente por el fenómeno del amontonamiento, es decir, que para diferentes humedades del árido la arena se comportará también diferente. - Es recomendable que la superficie de la base asfáltica no sea muy cerrada, con la finalidad de que la superficie de rodadura que se coloca sobre ésta tenga mejor adherencia. CONCLUSIONES Se sabe que las averías de las calles se dan por un gran número de razones, así es que antes de criticar un hueco se debe pensar cuales son las condiciones ambientales, que tipo de mezcla se uso, el peso de la carga que soporta. Se ve también que es de suma importancia para el diseño de las carreteras el tipo y la polaridad de los áridos para que sea compatible con la polaridad del asfalto. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS GUSTAVO RIVERA E. “Mortero Asfáltico Slurry Seal”. INTERNATIONAL SLURRY SURFACING ASSOCIATION (I.S.S.A.) “Recommended Performance Guildelines for Emulsified Asphalt Slurry Seal Surfaces”. JUAN ANTONIO FERNANDEZ DEL CAMPO “Pavimentos Bituminosos en Frío”. Laboratorio de Estudios y Ensayos de Materiales de Construcción L.E.Ma.C Argentina. IVAN CHAVEZ ROLDAN. 6to. Congreso Iberoamericano del asfalto “Técnicas de Diseño de Slurry Seal con Emulsión Modificada”. IVAN CHAVEZ ROLDAN. 5TO CILA. Propuesta para el Criterio de Diseño de los Microaglomerados en el Perú.