ASFALTO ESPUMOSO

TECNOLOGÍA DEL ASFALTO ESPUMADO Y DISEÑO DE MEZCLA
GUILLERMO THENOUX Z., Ingeniero Civil, MSc, PhD
Universidad Católica de Chile, gthenoux@ing.puc.cl
ANDRÉS JAMET A., Ingeniero Constructor
Facultad de Ingeniería, Universidad Católica de Chile,aejamet@.puc.cl
RESUMEN
El trabajo presenta una actualización bibliográfica de la tecnología de asfalto espumado (también
conocido como asfalto celular), en particular presenta información referida a ensayos de
laboratorio y especificaciones de calidad. El trabajo incorpora las principales aplicaciones de esta
tecnología en la estabilización de suelos y reciclado en frío de pavimentos asfálticos.
El trabajo presenta un resumen completo del procedimiento de diseño de mezclas para reciclado
profundo con asfalto espumado. Se entregan además los resultados de un estudio de
sensibilización del contenido de asfalto para un proyecto de reciclado profundo con distintos
contenidos de RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) y diferentes espesores de reciclado. Se
entregan recomendaciones para el diseño de mezclas en laboratorio.
1. INTRODUCCION
El asfalto espumado es una técnica relativamente nueva en su uso que permite producir mezclas
asfálticas de un modo muy diferente a los sistemas tradicionales. Las mezclas producidas con
asfalto espumado tienen un comportamiento estructural similar a una mezcla tradicional
(Macarrone et. al., 1993), pero difieren en su estructura interna. Las mezclas con asfalto
espumado presentan ventajas especiales frente a mezclas tradicionales entre estas las más
importantes son las del tipo energéticas (Akeroyd y Hicks, 1988) y ambientales.
Desde el punto de vista constructivo, el empleo de nuevas técnicas y equipos de construcción
especialmente desarrollados para este tipo de aplicación, le confiere ventajas adicionales en
comparación a otro tipo de técnicas constructivas; específicamente admite mayor tolerancia en la
especificación de agregados y los procesos constructivos pueden ser de muy alto rendimiento. El
asfalto espumado puede ser usado como un agente estabilizador con una variedad de materiales
que van desde gravas chancadas de buena calidad hasta suelos marginales con plasticidad
relativamente alta y también en materiales asfáltico reciclados. Las mezclas con asfalto espumado
pueden ser confeccionadas tanto en terreno como en una planta central.
El presente trabajo corresponde a una síntesis de una amplia revisión bibliográfica sobre el
asfalto espumado, el diseño de mezclas y las principales aplicaciones de esta tecnología. La
revisión bibliográfica se complementa con un estudio de laboratorio, cuyos principales objetivos
son: aplicar el procedimiento de diseño de mezclas con asfalto espumado, comparar dos asfaltos
de distinta penetración para la producción de espuma y realizar un análisis de sensibilidad del
contenido asfáltico para mezclas con distinto contenido de RAP (Concreto Asfáltico Reciclado),
en un proyecto de reciclado profundo (Thenoux y García, 1999) con asfalto espumado.
2. ASFALTO ESPUMADO
2.1 Desarrollo de la tecnología
El origen del asfalto espumado se remonta al año 1956 en la Universidad estatal de IOWA, donde
se utilizó un proceso de inyección de vapor para formar la espuma. Esta tecnología fue
posteriormente mejorada por la organización Mobil Oil en 1968, al adquirir los derechos de la
patente de invención y desarrollar la primera cámara de expansión que mezcla agua fría con
asfalto caliente para generar espuma, transformándose así en un proceso más práctico, económico
y menos peligroso. A pesar de ser una tecnología desarrollada hace más de 40 años, su uso se
masificó sólo a partir del año 1991, al expirar en ese año los derechos sobre la patente de
invención de esta tecnología.
2.2 Producción del Asfalto espumado
El asfalto espumado (también conocido como asfalto celular), se logra mediante un proceso, en el
cual se inyecta una pequeña cantidad de agua fría (1 a 2% del peso del asfalto) y aire comprimido
a una masa de asfalto caliente (160º C - 180º C), dentro de una cámara de expansión (Figura 1),
generando espontáneamente espuma.
El proceso de expansión se puede explicar de la siguiente manera: en el momento que las gotas
de agua fría toman contacto con el asfalto caliente, se produce un intercambio de energía entre el
asfalto y las gotas de agua, lo que eleva la temperatura del agua hasta los 100 ºC, esta
transferencia energética genera en forma instantánea vapor y una expansión explosiva del asfalto.
Las burbujas de vapor son forzadas a introducirse en el asfalto dentro de la cámara de expansión.
El asfalto junto con el vapor de agua encapsulado es liberado desde la cámara a través de una
Figura 1. Cámara de expansión
ASFALTO CALIENTE
AGUA AIRE
ASFALTO ESPUMADO
válvula (dispositivo rociador) y el vapor encapsulado se expande formando burbujas de asfalto
contenidas por la tensión superficial de éste hasta alcanzar un estado de equilibrio (Jenkins et.al.,
1999).
Debido a la baja conductividad térmica del asfalto y del agua, las burbujas pueden mantener el
equilibrio por pocos segundos (10-30 segundos). Este proceso ocurre para una gran cantidad de
burbujas. A medida que la espuma se enfría a temperatura ambiente, el vapor en las burbujas se
condensa causando el colapso y la desintegración de la espuma. La desintegración de la burbuja
(o colapso de la espuma) produce miles de gotitas de asfalto las cuales al unirse recuperan su
volumen inicial sin alterar significativamente las propiedades reológicas originales del asfalto
(Jenkins et.al., 1999).
Para la producción de mezclas con asfalto espumado, el agregado debe ser incorporado mientras
el asfalto se encuentre en estado de espuma. Al desintegrarse la burbuja en presencia del
agregado, las gotitas de asfalto se aglutinan con las partículas más finas (especialmente con
aquellas fracciones menores a 0.075 mm), produciendo una mezcla asfalto agregado fino, proceso
que se denomina dispersión del asfalto. Esto resulta en una pasta de filler y asfalto que actúa
como un mortero entre las partículas gruesas. El proceso de dispersión es considerado por
muchos autores como fundamental para la obtención de las propiedades mecánicas de las mezclas
con asfalto espumado.
2.3 Propiedades del asfalto espumado
El asfalto espumado se caracteriza en función de dos propiedades empíricas:
􀃠 Razón de expansión (Ex): Es la razón entre el volumen de asfalto espumado y el volumen del
asfalto original. La razón de expansión indica la trabajabilidad de la espuma, y su capacidad
de cubrimiento y mezclado con los agregados.
􀃠 Vida media (t1/2): Es el tiempo, en segundos, que tarda el asfalto en reducir su volumen a la
mitad del volumen expandido. La vida media es un indicador de la estabilidad de la espuma
y entrega una idea del tiempo disponible para mezclar el asfalto espumado con los agregados
antes de que colapse la espuma.
La razón de expansión y vida media son medidas que dependen de muchos factores, entre éstos:
􀃠 Temperatura del asfalto: Las propiedades de espumación de la mayoría de los asfaltos
mejoran con temperaturas más altas. Espumas aceptables se consiguen con temperaturas
sobre 149 º C (Abel, 1978).
􀃠 Dosis de agua inyectada: Generalmente la Razón de Expansión aumenta, con un incremento
en la cantidad de agua inyectada, mientras la Vida Media decrece.
􀃠 Presión bajo la cual el asfalto es inyectado en la cámara de expansión: Bajas presiones
(menores a 3 bar) afectan negativamente tanto a la Razón de Expansión como a la Vida
Media.
􀃠 Uso de agentes anti-espumantes, tales como compuestos de silicona, en el asfalto virgen
(Abel, 1978).
􀃠 Viscosidad del asfalto: En cuanto a la viscosidad del asfalto, los resultados obtenidos en
varios estudios no permiten relacionar de forma concluyente esta característica con las
variaciones en la Razón de Expansión y Vida Media (Brennen et al., 1983).
􀃠 En laboratorio uno de los parámetros que afectan las propiedades de espumación es el
tamaño del recipiente donde estas propiedades son medidas (Ruckel et al., 1982).
Siendo los principales factores, la temperatura del asfalto y la dosis de agua. A mayores
temperaturas de espumado y mayor cantidad de agua se incrementa la Razón de Expansión pero a
su vez disminuye la Vida Media, sin embargo el mejor espumado es generalmente considerado
como aquel que optimiza tanto la Razón de Expansión como la Vida Media. Para llevar a cabo
dicha optimización es necesario graficar ambas propiedades en un mismo gráfico (Figura 2), para
distintas cantidades de agua y temperaturas. En general no existen especificaciones estándar para
optimizar estas propiedades, pero es recomendable aumentar levemente el valor óptimo de la
Vida Media, a partir del punto de intersección, aún en desmedro de la Razón de Expansión.
Las características de espumado (Razón de Expansión y Vida Media) no son medidas exactas,
sino más bien órdenes de magnitud. En general se recomienda una Razón de Expansión entre 8-
15, y al menos 15 segundos de Vida Media (Macarrone et. al., 1994).
ASFALTO ESPUMADO
60/80 - 180 ºC
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
0 1 2 3 4 5
% Agua
Razón de expansión Ex
6,0
12,0
18,0
24,0
30,0
36,0
Vida media t1/2 (seg)
Figura 2. Optimización de la Razón de Expansión y
Vida Media
3. DISEÑO DE MEZCLAS CON ASFALTO ESPUMADO
3.1 Procedimiento de diseño
El procedimiento básico para el diseño de mezclas con asfalto espumado se resume en los
siguientes pasos:
a) Optimización de las propiedades de la espuma
b) Caracterización del agregado
c) Determinación del contenido óptimo de humedad de la mezcla
d) Determinación del contenido óptimo de asfalto
e) Caracterización de las propiedades mecánicas de las mezclas
a) Optimización de las propiedades de la espuma
Esta etapa tiene como objetivo determinar la temperatura del asfalto y la cantidad de agua a
inyectar que optimicen tanto la Razón de Expansión como la Vida Media. Para llevar a cabo las
mediciones en laboratorio de las propiedades de la espuma, se emplea un equipo de producción
de asfalto espumado, cuya principal característica es poseer una cámara de expansión, idéntica a
la empleada en terreno para producir la espuma de asfalto.
b) Caracterización del agregado
Debido a la gran variedad de agregados que pueden ser mezclados con asfalto espumado (áridos
chancados, arena arcillosa, RAP y otros materiales tales como escorias), estos deben ser
caracterizados considerando dos propiedades: su distribución granulométrica y el Indice de
Plasticidad.
Una vez obtenida la curva granulométrica del agregado, es comparada con la clasificación
mostrada en la Figura 3, desarrollada por Akeroyd y Hicks para Mobil Oil en 1988.
Figura 3. Clasificación de materiales granulares (Akeroyd y Hicks, 1988)
0,16 0,315 0,63 1,25 2,5 5 10 20 40 75
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TAMICES (mm)
ZONA A
ZONA B
ZONA C
%
QUE
PASA
0.08
Si el material se encuentra en la Zona A de esta clasificación, es apropiado para ser empleado en
carreteras con tráfico pesado. Los materiales de la Zona B son apropiados para tráfico liviano,
pero su comportamiento puede ser mejorado mediante la adición de fracciones gruesas. Los
materiales de la Zona C son deficientes en finos y no son apropiados para la estabilización a
menos que su graduación sea mejorada mediante la adición de finos. El contenido de finos del
agregado, es un parámetro fundamental debido a la influencia que tiene en el proceso de
dispersión del asfalto y en general debe encontrarse sobre un 5% (Ruckel et al., 1982).
El Indice de Plasticidad es un indicador de la capacidad que tienen los finos para ser mezclados
con la espuma de asfalto. Dependiendo de los valores que alcance este índice se recomienda el
uso de pequeñas cantidades de cemento de acuerdo con la clasificación mostrada en la Tabla 1
(Wirtgen GMBH, 1998):
Tabla 1. Recomendaciones para la incorporación de cemento a la mezcla con Asfalto Espumado
Indice de Plasticidad Cantidad de Cemento (% en peso del agregado)
IP < 10 1 %
10 < IP < 16 1.5 %
IP > 16 3 %
El contenido de RAP que posea el agregado, también es un factor que influye tanto en las
propiedades estructurales de la mezcla como en el contenido óptimo de asfalto, por lo cual es
necesario evaluar esta influencia en laboratorio.
c) Determinación del contenido óptimo de humedad de la mezcla
El contenido de humedad durante el proceso de mezclado y compactación es considerado por
muchos investigadores como el criterio de diseño más importante en las mezclas con asfalto
espumado debido a su efecto lubricante sobre las partículas finas durante la dispersión del asfalto.
La relación Humedad - Densidad debe ser considerada en el diseño de la mezcla (Ruckel et. al.,
1982). Una insuficiente cantidad de agua resultará en un agregado seco y polvoriento lo que
provocará que la espuma al colapsar forme grumos de asfalto y no se mezcle adecuadamente con
la fracción fina del agregado (Bowering, 1970). Un exceso de agua incrementará el tiempo de
curado, reduciendo la resistencia de la mezcla (Ruckel et. al., 1982).
Investigaciones realizadas por Mobil Oil, sugieren que el contenido óptimo de humedad, es aquel
que maximiza la densidad de la mezcla (70% - 80% de la humedad óptima AASHTO de los
agregados). Las mezclas con bajas densidades son consecuencia de bajos contenidos de humedad,
lo que se traduce en una inadecuada dispersión del asfalto espumado (Bowering, 1970)
Para el diseño se recomienda como contenido óptimo de humedad, el 75% de la humedad óptima
de compactación obtenida mediante el ensayo Proctor Modificado.
d) Determinación del contenido óptimo de asfalto
Para determinar el contenido óptimo de asfalto, deben ser confeccionadas un mínimo de 5
mezclas con distintos contenidos asfálticos (1% – 3 % de asfalto), y evaluar el comportamiento
de cada una de ellas en función de la Tracción Indirecta (o tracción por compresión diametral),
determinada tanto en estado seco como saturado. El contenido óptimo de asfalto es aquel que
maximiza la Tracción Indirecta saturada (CSIR Transportek, 1999).
La Tracción Indirecta (en estado seco o saturado), se determina sobre probetas cilíndricas (100
mm de diámetro por 63.5 mm de espesor) compactadas con 75 golpes del martillo Marshall.
Antes de someter a las probetas al ensayo de Tracción Indirecta, estas son curadas durante 72
horas en un horno a 40º C. El estado saturado se logra sumergiendo las probetas en agua durante
24 horas a 25 ºC.
e) Caracterización de las propiedades mecánicas de las mezclas
Las propiedades mecánicas más utilizadas para caracterizar las mezclas de asfalto espumado son:
CBR, Tracción Indirecta, Módulo Resiliente, Compresión no Confinada, Estabilidad Marshall y
Resistencia a la Fatiga.
Las propiedades mecánicas son susceptibles a la humedad, sin embargo existen ciertos aditivos
como la cal o el cemento que reducen esta susceptibilidad (Castedo y Wood, 1983), al igual que
elevados contenidos de asfalto, debido principalmente a la reducción de la permeabilidad.
Las mezclas con asfalto espumado disminuyen el valor de sus propiedades mecánicas con el
incremento en la temperatura, pero son menos susceptibles que las mezcla asfálticas en caliente.
A temperaturas superiores a los 30 º C, las mezclas con asfalto espumado poseen un Módulo
Resiliente más alto que las mezclas asfálticas en caliente equivalentes (después de 21 días de
curado a temperatura ambiente) (Bissada, 1987).
Una gran mayoría de las investigaciones y estudios emplean los parámetros: Tracción Indirecta,
Módulo Resiliente y Resistencia a la Fatiga
4. APLICACIONES DEL ASFALTO ESPUMADO
Existen principalmente dos tipos de aplicaciones para el asfalto espumado, el reciclado en frío de
pavimentos asfálticos y la estabilización de suelos (Thenoux y Jamet, 2002).
􀃠 Reciclado en frío de pavimentos asfálticos: Consiste en la recuperación del material de un
pavimento asfáltico existente, el cual es mezclado con asfalto espumado, adiciones (cemento
o cal) y agregados nuevos (si es necesario) para formar una base asfáltica que será colocada
en el mismo lugar o en otro distinto. La recuperación puede ejecutarse mediante un equipo
fresador capaz de disgregar el material o mediante métodos convencionales donde el proceso
de disgregación ocurre con posterioridad a la recuperación. En general el material recuperado
está formado no sólo por concreto asfáltico disgregado, sino también por agregados
aportados por la base y subbase granular existente.
􀃠 Estabilización de suelos: Consiste en la estabilización de suelos de relativa baja plasticidad
(IP<16) con asfalto espumado en donde los suelos pueden provenir de la recuperación de
áridos de un camino sin pavimentar o de nuevos pozos. Principalmente se emplean agregados
recuperados cuya granulometría es mejorada por agregados nuevos (si es necesario), ya que
uno de los objetivos de esta aplicación es obtener mezclas de bajo costo. El proceso de
recuperación de los agregados es similar al descrito para el reciclado en frío de pavimentos
asfálticos
Ambas aplicaciones pueden ejecutarse mediante tecnología en sitio y en planta:
􀃠 La tecnología en sitio requiere de un equipo fresador-mezclador. Existen varios modelos y
configuraciones para este tipo de equipos, pero en general todos poseen un tambor de
fresado-mezclado, en el cual el material es removido desde la superficie, triturado, mezclado
con el asfalto espumado y extendido. La inyección del asfalto espumado en el agregado se
realiza simultáneamente a través de varias cámaras de expansión individuales. Dependiendo
de los aditamentos del equipo de reciclado la mezcla puede quedar acordonada, extendida o
extendida y nivelada. En este último caso se puede prescindir de motoniveladora.
􀃠 En la tecnología en planta el material es fresado, retirado y transportado hasta una planta
donde se incorpora el asfalto espumado y se homogeneiza la mezcla. Luego la mezcla se
transporta hasta el frente de trabajo, donde es extendida por medio de motoniveladoras o
preferentemente con pavimentadoras (ya que no se requerirá de nivelación) para luego ser
compactada. Los tipos de plantas utilizadas permiten su instalación en lugares inmediatos al
frente de trabajo. Esto, permite reducir significativamente las distancias de transporte de
materiales, además la tecnología en planta permite un mejor control de calidad de la mezcla
mediante un control de su dosificación.
Tanto en el reciclado en frío de pavimentos asfálticos, como en la estabilización de suelos se
coloca sobre la base asfáltica una carpeta de rodado del tipo sello de agregados, lechada asfáltica
o una carpeta asfáltica. En caminos de menor importancia, la colocación de la carpeta de rodado
puede incluso no ser necesaria.
5. INVESTIGACION DE LABORATORIO
5.1 Objetivos de la investigación de laboratorio
La investigación de laboratorio persigue los siguientes objetivos:
􀃠 Estudiar y aplicar el procedimiento de diseño de mezclas con asfalto espumado en
laboratorio.
􀃠 Determinar y comparar las condiciones de temperatura y porcentaje de agua inyectada que
optimizan las propiedades de la espuma para dos asfaltos con distinta penetración.
􀃠 Realizar un análisis de sensibilidad del contenido óptimo de asfalto para tres mezclas con
distinto contenido de RAP.
5.2 Condiciones generales de la investigación de laboratorio
Esta investigación se enmarca dentro de un proyecto de transferencia de la tecnología del asfalto
espumado a Chile. La etapa final de este proyecto de transferencia incluye la rehabilitación de un
pavimento asfáltico, mediante el reciclado en frío en sitio con asfalto espumado. El proyecto
seleccionado, corresponde a la rehabilitación del sector Travesía – Copiapó de la Ruta 5 Norte.
En general el pavimento en este sector presenta un avanzado estado de envejecimiento y un
deterioro superficial con fallas que comprenden grietas piel de cocodrilo localizadas con pérdidas
de fino desde la base granular, condiciones que convierten a este sector en un excelente candidato
para el reciclado en sitio con asfalto espumado.
En la rehabilitación del sector Travesía – Copiapó, el espesor del concreto asfáltico existente en
la estructura de pavimento varía considerablemente a lo largo del camino, lo que genera distintas
proporciones entre la cantidad de concreto asfáltico recuperado (RAP) y la cantidad de material
granular extraído. Esto generó la necesidad de realizar un análisis de sensibilidad en laboratorio
del contenido óptimo de asfalto en función de la proporción de RAP versus Base granular que se
obtenga a partir del fresado en un espesor predeterminado.
Para que la investigación de laboratorio representara las condiciones existentes en terreno, los
materiales granulares y RAP empleados fueron extraídos desde calicatas excavadas en este
sector. La base y subbase granular están compuestas por un material no plástico, bien graduado y
con un contenido de finos superior al 5%, lo que favorece la dispersión del asfalto espumado. El
RAP empleado se considera como un árido negro, donde su contenido asfáltico no aporta al
contenido asfáltico total de la mezcla.
5.3 Programa de laboratorio
El programa de laboratorio se desarrolló en las siguientes etapas:
a) Estudio comparativo de las propiedades de espumación para asfaltos de distinta penetración.
b) Caracterización del agregado y RAP
c) Determinación del contenido óptimo de humedad de la mezcla
d) Determinación del contenido óptimo de asfalto
a) Estudio comparativo de las propiedades de espumación de asfaltos de distinta penetración.
En esta etapa serán determinadas la temperatura del asfalto y la cantidad de agua de inyección
que optimizan la Razón de Expansión y la Vida Media, de dos asfaltos cuyas principales
características se presentan en la Tabla 2.
Tabla 2. Asfaltos empleados en la investigación
Asfalto Penetración Máxima Penetración Mínima Vicosidad a 135º C
CA 60-80 60mm 80mm 421.5 cP
CA 80-100 80mm 100mm 302.5 cP
El factorial de laboratorio para esta etapa de la investigación se presenta en la Tabla 3. Cada
celda del factorial representa el promedio de tres mediciones de la Razón de Expansión y la Vida
media para las condiciones de esa celda.
Tabla 3. Factorial Estudio Comparativo
Asfalto % Agua Razón de Expansión Vida Media (seg)
inyectada 160º C 170º C 180º C 190º C 160º C 170º C 180º C 190º C
1% X X X X X X X X
2% X X X X X X X X
CA 60 - 80 3% X X X X X X X X
4% X X X X X X X X
1% X X X X X X X X
2% X X X X X X X X
CA 80 - 100 3% X X X X X X X X
4% X X X X X X X X
b) Caracterización del agregado y RAP
El agregado y RAP serán caracterizados mediante su distribución granulométrica (LNV 65 - 84)
e índice plasticidad (LNV 90 - 85)
c) Determinación del contenido óptimo de humedad de la mezcla
Se considera que el contenido óptimo de humedad de la mezcla será el 75% de la humedad
óptima de compactación del agregado obtenida mediante en ensayo Proctor Modificado (LNV 95
- 85).
d) Determinación del contenido óptimo de asfalto
En esta etapa será analizado el contenido óptimo de asfalto para tres mezclas con distinto
contenido de RAP. Las tres mezclas consideradas para esta investigación se presentan en la Tabla
4.
Tabla 4. Mezclas RAP – Material granular
% RAP % Material granular
Mezcla 1 20 80
Mezcla 2 45 55
Mezcla 3 70 30
Para cada proporción RAP – Material granular considerada, serán confeccionadas 5 mezclas con
distintos contenidos asfálticos (1% a 3% de asfalto). De cada mezcla se obtendrán 6 probetas, 3
de las cuales serán ensayadas a Tracción Indirecta (AASHTO T 280) en estado seco y 3 en
estado saturado. El óptimo de asfalto será aquel que maximice la Tracción Indirecta saturada
5.4 Presentación y análisis de resultados.
a) Estudio comparativo de las propiedades de espumación para asfaltos de distinta penetración.
Los resultados para los dos tipos de asfalto analizados se presentan en la Tabla 5.
Tabla 5. Resultados Optimización Propiedades de Espumación
Asfalto % Agua Razón de Expansión Vida Media (seg)
inyectada 160º C 170º C 180º C 190º C 160º C 170º C 180º C 190º C
1% 6,0 11,0 11,0 8,0 21,5 13,6 24,0 30,3
2% 10,7 18,7 17,5 15,3 18,7 7,2 20,1 21,4
CA 60 - 80 3% 22,0 24,7 23,3 25,3 12,7 5,2 13,8 12,6
4% 26,7 29,0 27,7 28,7 7,2 4,1 10,0 7,5
1% 6,7 10,0 11,5 9,0 25,3 25,0 25,9 18,6
2% 16,3 17,3 18,3 20,3 15,2 20,2 18,3 9,4
CA 80 - 100 3% 23,3 24,3 24,0 25,3 10,6 14,5 13,8 4,7
4% 29,3 28,0 32,0 30,0 4,7 9,0 10,7 3,9
El análisis de estos datos incluye gráficas del tipo mostrado en la Figura 2, para cada una de las
temperaturas estudiadas en cada tipo de asfalto. Al analizar los resultados obtenidos puede
concluirse que para ambos tipos de asfalto las condiciones óptimas de temperatura corresponden
a los 180º C y el porcentaje óptimo de agua de inyección es de 2% para el asfalto CA 60 – 80, y
de 1,9% para el asfalto CA 80 – 100 (Figuras 4 y 5). Las diferencias son mínimas, entre las
propiedades empíricas (Razón de Expansión y Vida Media) medidas para los dos tipos de asfalto,
especialmente para la temperatura óptima. Para la etapa de la confección de mezclas será
empleado un asfalto CA 60 – 80 (calentado a una temperatura de 180º C y con un 2% de agua de
inyección).
ASFALTO ESPUMADO
CA 80 - 100 - 180 ºC
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
0 1 2 3 4 5
% Agua
Razón de expansión Ex
Razón de expansión
Vida media
6,0
12,0
18,0
24,0
30,0
36,0
Vida media t1/2 (seg
42,0
ASFALTO ESPUMADO
CA 60 - 80 - 180 ºC
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
0 1 2 3 4 5
% Agua
Razón de expansión Ex
Razón de expansión
Vida media
6,0
12,0
18,0
24,0
30,0
36,0
Vida media t1/2 (seg
Figura 4. Asfalto CA 60 - 80 Figura 5. Asfalto CA 80 - 100
b) Caracterización del agregado y RAP
Las granulometrías de las tres mezclas RAP – Material granular empleadas en el estudio, se
presentan en las Figuras 6, 7 y 8.
Al analizar las curvas granulométricas de los tres tipos de mezclas (RAP – Material granular) se
aprecia que todas se encuentran ubicadas en la zona A de la clasificación de agregados para
mezclas con asfalto espumado, por lo que son apropiados para ser empleados en carreteras con
tráfico pesado. Además todas poseen un contenido de finos superior al 5% lo que contribuye a
una adecuada dispersión de la espuma de asfalto.
El índice de plasticidad para los tres tipos de mezclas y la cantidad de cemento empleada en la
confección de las mezclas, se presenta en la Tabla 6.
GRANULOMETRIA
MEZCLA 20/80 (RAP / MATERIAL GRANULAR)
0,16 0,315 0,63 1,25 2,5 5 10 20 40 75
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TAMICES
% QUE PASA
0,08
GRANULOMETRIA
MEZCLA 45/55 (RAP / MATERIAL GRANULAR)
0,16 0,315 0,63 1,25 2,5 5 10 20 40 75
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TAMICES
% QUE PASA
0,08
Figura 6. Mezcla 20 – 80
(RAP – Material Granular)
Figura 7. Mezcla 45 – 55
(RAP – Material Granular)
GRANULOMETRIA
MEZCLA 70/30 (RAP / MATERIAL GRANULAR)
0,16 0,315 0,63 1,25 2,5 5 10 20 40 75
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TAMICES
% QUE PASA
0,08
Figura 8. Mezcla 70 – 30
(RAP – Material Granular)
Tabla 6. Plasticidad de los tres tipos de mezclas RAP – Material granular
Mezcla RAP – Material granular Indice de Plasticidad Cantidad de cemento recomendada (%)
20 -80 1 1
45 - 55 1 1
70 - 30 1 1
El material empleado para los tres tipos de mezclas posee una muy baja plasticidad lo que
también contribuye a una adecuada dispersión del asfalto.
c) Determinación del contenido óptimo de humedad de la mezcla
El contenido óptimo de humedad de las tres mezclas RAP – Material granular (determinado
mediante el ensayo Proctor Modificado), se presenta en la Tabla 7.
Tabla 7. Contenido óptimo de humedad
Mezcla RAP – Material granular Humedad óptima (%) Densidad máxima seca (Kg/dm3)
20 -80 6,7 2,171
45 - 55 6,0 2,218
70 - 30 5,3 2,160
d) Determinación del contenido óptimo de asfalto
Los resultados de la Tracción Indirecta (ITS) en estado seco y saturado para los distintos
contenidos asfálticos analizados en las tres mezclas RAP – Material granular se presentan en las
Figuras 9, 10 y 11.
Los valores correspondientes a la Tracción Indirecta para el contenido óptimo de asfalto de cada
una de las mezclas RAP – Material granular estudiadas, se presentan en la Tabla 8. Además se
presenta en esta tabla, el Indice de Resistencia Retenida (IRT) que es un indicador de la
resistencia (a la Tracción Indirecta) que conserva la mezcla, después de someterse a las
condiciones de saturación.
ITS vs CONTENIDO DE ASFALTO
MEZCLA 20 - 80
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
800,0
900,0
0 1 2 3 4
CONTENIDO DE ASFALTO (%)
TRACCION INDIRECTA (Kpa)
ITS seca
ITS saturada
ITS vs CONTENIDO DE ASFALTO
MEZCLA 45 - 55
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
CONTENIDO DE ASFALTO (%)
TRACCION INDIRECTA (Kpa)
ITS seca
ITS saturada
Figura 9. Mezcla 20 – 80
Resultados Tracción Indirecta
Figura 10. Mezcla 45 - 55
Resultados Tracción Indirecta
ITS vs CONTENIDO DE ASFALTO
MEZCLA 70 - 30
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
CONTENIDO DE ASFALTO (%)
TRACCION INDIRECTA (Kpa)
ITS seca
ITS saturada
Figura 11. Mezcla 70 - 30
Resultados Tracción Indirecta
Tabla 8. Resultados ensayo Tracción Indirecta
Mezcla RAP –
Material granular
Contenido óptimo
de asfalto (%)
Tracción Indirecta
seca (Kpa)
Tracción Indirecta
saturada (Kpa)
IRT (%)
20 - 80 2,2 781 401 51,3
45 - 55 2,0 795 417 52,5
70 - 30 2,3 699 426 60,9
Se observa una mínima diferencia entre los contenidos óptimos de asfalto para las distintas
mezclas RAP – Material granular, especialmente entre las mezclas con mayor y menor contenido
de RAP. No se aprecia una tendencia que indique una marcada influencia de la cantidad de RAP
en el contenido óptimo de asfalto.
Los valores de la Tracción Indirecta seca muestran un aumento al disminuir la cantidad de RAP,
sin embargo, para los valores de la Tracción Indirecta saturada se produce el efecto contrario. El
Indice de Resistencia Retenida aumenta su valor junto con el incremento de la cantidad de RAP,
lo que representa una disminución de la susceptibilidad al agua, para las mezclas que contienen
una mayor cantidad de RAP.
6. CONCLUSIONES
Las mezclas con asfalto espumado se han transformado en una excelente alternativa para la
estabilización de capas estructurales en los pavimentos, debido principalmente a su buen
comportamiento, facilidad de construcción, compatibilidad con un amplio rango de tipos de
agregados y ventajas energéticas. Sin embargo, como toda nueva tecnología aún quedan aspectos
por investigar y acumular experiencia.
Los criterios empleados actualmente para la caracterización del asfalto espumado, corresponden
al volumen que puede alcanzar la espuma (Razón de Expansión) y al tiempo disponible para el
mezclado antes del colapso de la espuma (Vida Media). Ambos criterios son ampliamente
reconocidos como los más importantes en el proceso de producción de la espuma, sin embargo la
forma en que son medidos y analizados no permite la obtención de valores precisos, sino más
bien órdenes de magnitud. Por esta razón se propone investigar nuevas formas para medir estas
propiedades y de este modo obtener una caracterización más precisa de la espuma y su habilidad
para mezclarse con los agregados.
La base espumada es siempre la segunda capa, por lo cual dependiendo del tipo de carpeta de
rodado (tratamientos de superficie tipo sellos o carpetas estructurales) el efecto de la temperatura
ambiente en conjunto con las cargas de tránsito puede ser más o menos influyente. El proceso de
envejecimiento instantáneo del espumado puede ser suficiente para otorgar las propiedades
viscoelásticas requeridas, por lo tanto la elección del grado del asfalto puede ser eventualmente
sólo función de las propiedades de la espuma (el estudio del envejecimiento instantáneo del
asfalto espumado se encuentra en etapa de estudio).
El criterio empleado actualmente para obtener el contenido óptimo de asfalto de una mezcla con
asfalto espumado, corresponde a la optimización de sus propiedades mecánicas, dentro de las
cuales la Tracción Indirecta se presenta como la propiedad más empleada. El ensayo de Módulo
Resiliente puede ser utilizado en la selección del contenido óptimo de asfalto, pero su utilización
está más bien dirigida a caracterizar el comportamiento de la mezcla en servicio.
El estudio de los dos asfaltos de distinta penetración, permite concluir que no existen diferencias
apreciables entre sus propiedades de espumación, sin embargo se requiere analizar un espectro
más amplio de asfaltos (mayores penetraciones), para poder determinar con mayor precisión la
influencia del grado asfáltico en la Razón de Expansión y Vida Media.
Los resultados del análisis de sensibilidad desarrollado en el presente trabajo indican que el
contenido de RAP no influye de manera categórica en el contenido óptimo de asfalto de las
mezclas con asfalto espumado, pero sí tiene una influencia en la Tracción Indirecta tanto en
estado seco como saturado. El contenido de RAP contribuye a aumentar la tracción indirecta
saturada, es decir permite mejorar el comportamiento de las mezclas con asfalto espumado frente
a las condiciones de saturación que representan el caso más desfavorable al que puede enfrentarse
un pavimento.
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