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Autor: Francisco Jos Lucas Ochoa

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FIRMES BITUMINOSOS: CONCEPCIN, FABRICACIN Y PUESTA EN OBRA

Tema 8. Mezclas Especiales

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UNIDAD II. Mezclas Bituminosas en caliente. Tema 8. Mezclas Especiales.


Unidad II. Mezclas Bituminosas en Caliente.

TEMA 8. MEZCLAS ESPECIALES

INDICE:

1. INTRODUCCIN 3 2. MEZCLAS ADAPTADAS AL CAMBIO CLIMTICO: MEZCLAS TEMPLADAS Y MEZCLAS SEMICALIENTES 6

2.1 SISTEMAS PARA CONSEGUIR REDUCIR LA TEMPERATURA DE FABRICACIN Y PUESTA EN OBRA DE LAS MEZCLAS ASFLTICAS 5 2.2 OBJETIVOS6 2.3 DESCRIPCIN DE LAS MEZCLAS SEMICALIENTES 7 2.4 DESCRIPCIN DE LAS MEZCLAS TEMPLADAS13

3. MEZCLAS ESPECIALES ANTIFISURAS. MEZCLAS SMA19 3.1 MEZCLAS SMA (STONE MASTIC ASPHALT) 21 3.2 PROYECTO R.E.R 22 3.3 ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA FISURACIN 29 3.4 ENSAYO R.E.R22 3.5 OTRAS MEZCLAS RESISTENTES A LA FISURACION. LA ARENA BETN32

4. MEZCLAS DE ALTO MDULO33 5. MEZCLAS PIGMENTABLES36

5.1 ALMACENAMIENTO DEL LIGANTE36 5.2 FABRICACIN DE LA MUESTRA37 5.3 PUESTA EN OBRA DE LA MEZCLA 37 5.4 CUIDADOS DE LIMPIEZA 38 5.5 GAMA DE CALIDADES 38 5.6 APLICACIONES DE LAS MEZCLAS PIGMENTABLES 39

6. MEZCLAS EN CALIENTE CON ADICIN DE CAUCHO40

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A lo largo del presente mdulo, hemos podido ver la tipologa de mezclas bituminosas calientes ms comunes de uso en Espaa en carreteras. As, este grupo las componen las mezclas de granulometra continua fabricadas con betunes de penetracin convencionales. Tambin por su ya extendido uso desde hace ms de una dcada, y paralelamente al desarrollo de los betunes modificados estables al almacenamiento, podra considerarse comn el empleo de mezclas drenantes y mezclas discontinuas, en su empleo en capas de rodadura, cuya misin fundamental radica en la mejora de la funcionalidad de esta capa que est en contacto directo con el trfico rodado.

En este tema, abordaremos aquellas mezclas, que ya sea por sus caractersticas, o por su tipologa, o por su funcionalidad, o por los componentes que las integran, especialmente el ligante empleado, pueden ser consideradas como especiales.

Estas mezclas, no necesariamente tienen que estar normalizadas en los pliegos oficiales de las administraciones de carreteras, pero no por ello hay que obviar su existencia, y mucho menos, su funcionalidad. La mayora de las mismas, estn sometidas a largos perodos de prueba, en las que se analiza tanto su comportamiento, como su puesta en obra y as como la idoneidad para las que fueron diseadas. Responden bsicamente a importantes avances en I+D, tanto en el campo de los ligantes bituminosos como en el propio campo de las mezclas bituminosas.

Ya nos acercamos a estas mezclas en el Tema 4, de la Unidad 1, sobre Ligantes especiales de ltima generacin. En este tema desarrollaremos las mezclas bituminosas en caliente a las que dan lugar ms especficamente, e incorporemos alguna ms derivadas de composiciones granulomtricas de mezcla menos convencionales y de uso no tan extendido, diseadas para cumplir objetivos especficos, ms all de la funcin esencial de cualquier mezcla bituminosa en pavimentos de carreteras, como es la de servir de estructura al propio firme de la estructura de la carretera

1. INTRODUCCIN

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La problemtica planteada a nivel mundial sobre el Cambio Climtico, las emisiones de CO2, las energas alternativas ante la posible disminucin de las reservas de las energas fsiles han hecho que desde los diferentes actores relacionados con la construccin y conservacin de carreteras se estn tomando medidas para que esta industria sea lo menos perjudicial con el Medio Ambiente, conllevando al mismo tiempo una reduccin en el consumo energtico. Esta concienciacin ha llevado a los fabricantes de mezclas asflticas, a las Administraciones de Carreteras y a las empresas fabricantes de ligantes hidrocarbonados a recomendar y poner a punto una serie de productos y tcnicas de fabricacin con las que podamos trabajar las mezclas asflticas a unas temperaturas, ms bajas que las convencionales, impensables hace unos aos. Veremos a lo largo del artculo en qu consiste esta tcnica y los diferentes aditivos que podemos utilizar para conseguir poder trabajar a 20C-30C por debajo de las mezclas convencionales Cada vez son ms las implicaciones de las empresas en todos los temas relacionados con el Ahorro Energtico, Disminucin de Emisiones, Salud Laboral, etc., de tal forma que en cualquier tipo de industria se mira con lupa cualquier producto o tcnica capaz de "atacar" al Medio Ambiente y la Seguridad de las personas.

Ante esta situacin ha surgido en la tecnologa de las mezclas asflticas un amplio abanico de posibilidades para poder fabricarlas en unas condiciones ms favorables en cuanto a reduccin de consumo energtico y emisiones de

2. MEZCLAS ADAPTADAS AL CAMBIO CLIMTICO: MEZCLAS

TEMPLADAS Y MEZCLAS SEMICALIENTES

SABAS

QUE ...

Pocas veces una tcnica relacionada con las mezclas asflticas ha despertado tanto inters en los ltimos aos como las Mezclas a Bajas Temperaturas y la principal razn es la concienciacin que se est experimentando para el cumplimiento con el Protocolo de Kyoto en cuanto a reduccin de emisiones en todas las industrias.

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gases de efecto invernadero. Nos referimos a la aparicin de betunes aditivados que nos permiten reducir la temperatura habitual hasta en 40 C

Veremos de qu ahorro energtico estamos hablando segn tipos de aditivos, cuales son las que reducen ms las emisiones de gases que contribuyen al efecto invernadero o aquellas que reducen los riesgos laborales. Estamos en un proceso que no tiene vuelta atrs pero que tendremos que valorar detenidamente en cada caso no slo desde le punto de vista econmico sino tambin desde el punto de vista ambiental. Sern las diferentes Administraciones de Carreteras quienes debern impulsar estas tcnicas con proyectos nuevos que permiten su uso.

2.1. SISTEMAS PARA CONSEGUIR REDUCIR LA TEMPERATURA DE FABRICACIN Y PUESTA EN OBRA DE LAS MEZCLAS ASFLTICAS.

Esta disminucin del consumo energtico y de emisiones puede conseguirse por diferentes vas:

Aditivacin del betn.

Espumacin del betn.

Incorporacin de materiales especficos en el proceso de mezclado.

Modificando las tcnicas de fabricacin de las mezcla.

PARA

REFLEXIONAR

La gran inquietud e inters que ha despertado la reduccin de la temperatura de fabricacin de las mezclas asflticas, con el consiguiente ahorro energtico y la disminucin de emisiones de gases con influencia negativa en el denominado "efecto invernadero", ha dado lugar a una serie de productos, tcnicas de fabricacin nuevas e incluso recuperacin de otras antiguas, como las mezclas asflticas con emulsin bituminosa, que por su carcter ecoeficaz pueden, en un futuro no lejano, recuperar parte de su protagonismo para ciertas carreteras

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Mezclas con emulsin bituminosa en plantas en caliente. Mezclas templadas.

Mezclas en fro.

Reciclado de pavimentos

Como puede apreciarse las mezclas con las que podemos disminuir el consumo energtico y la tasa de emisiones son las denominadas:

Mezclas Semicalientes (100C < TC < 140C) Mezclas Templadas (60C < TC < 100C) Mezclas en Fro (TC: Temperatura ambiente)

2.2. OBJETIVOS

Los objetivos que conseguiremos fabricando con este tipo de mezclas son: a) MEDIOAMBIENTALES:

Ahorro energtico. Disminucin de las emisiones de gases.

b) DE SEGURIDAD: Mejores condiciones de trabajo, seguridad y salud laboral. Ausencia/disminucin de partculas en suspensin.

c) DE CALIDAD: Mezclas ms uniformes (menor segregacin). Mejor trabajabilidad (juntas, compactacin...).

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Menor envejecimiento de los ligantes. d) ECONMICOS:

Menor gasto en conservacin de las instalaciones. Ampliacin de la temporada/jornada de aplicacin. Almacenamiento en silos por mayor periodo de tiempo

2.3. DESCRIPCIN DE LAS MEZCLAS SEMICALIENTES a) Mezclas Semicalientes mediante Aditivacin del betn (Secas, sin incorporacin de agua al sistema) Quizs una de las maneras ms fciles de trabajar para el fabricante de mezclas asflticas sea la de disponer de un betn, ya preparado, con el que poder fabricar este tipo de mezclas sin necesidad de actuar sobre la planta, salvo en lo relativo a disminuir la temperatura de los ridos entre 20C y 50C.

Contamos con diferentes tipos de aditivos, algunos sujetos a patentes, que actan sobre la viscosidad del betn o bien en la interfase betn/ridos como

Aditivos qumicos

Ceras Dentro de los aditivos qumicos encontramos productos que con pequeas proporciones, 0,2 % - 0,3 % s/b, y sin modificar la viscosidad del betn ni sus caractersticas empricas y reolgicas actan en la interfase betn/ridos aumentado la fluidez de la mezcla. En general la incorporacin en el betn de estos productos es fcil, logrndose con una pequea agitacin o incluso diluyendo en lnea durante la carga de cisternas.

Hay otros aditivos compuestos por mezclas de ceras parafnicas sintticas, resinas de hidrocarburos, polmeros termoplsticos e inhibidores de oxidacin de los denominados qumicos que s modifican la viscosidad del betn lo que nos permite poder manejar ste a menor temperatura, permitiendo la compactacin de la mezcla incluso por debajo de los 100C. Tambin es posible incorporar estos aditivos por va seca con un equipo mvil de dosificacin automtico en la planta asfltica.

Otros productos con los que es posible reducir la viscosidad del betn son las Ceras. Dentro de stas hay diferentes tipos: Naturales, parafnicas, no parafnicas 100 % sintticas, no parafnicas parcialmente sintticas, amidas de cidos grasos, de polietileno, etc.

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Con ellas conseguimos bajar la viscosidad del ligante y por tanto la temperatura durante el proceso de mezclado y compactacin unos 20C, manteniendo la viscosidad original a temperatura de servicio.

En el grfico n 1 se puede apreciar la disminucin de la viscosidad del betn con aditivo respecto a un B 60/70 convencional. Se observa que a partir de 90C hay un cambio de tendencia en la curva de viscosidad, gracias al cual podemos trabajar la mezcla a temperaturas ms bajas b) Ventajas medioambientales de las Mezclas Semicalientes Dependiendo de los tipos de aditivos utilizados podemos horquillar algunos valores de ahorro energtico y disminucin de emisiones entre los siguientes:

160C 175C

Mezcla Caliente

100C 130C

Mezcla Semicaliente Diferencia

Temperatura de gases C 66,0 50,0 - 25 %

CO2 2,12 1,59 -20 %, -25 %

NOx 26,8 21,5 -15 %, -25 %

CO 217,0 152,0 -25 %, -30 %

SO2 -15 %, -20 %

Polvo (mg/m3) cubierto 168 21 -80 %, -90 %

COV -18 %, -22 %

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Segn el cuadro anterior se aprecia un ahorro importante de energa y una disminucin considerable no slo de las emisiones de gases sino tambin del polvo generado en la planta.

c) Estudio de las Mezclas Semicalientes Secas en el laboratorio Los ensayos para el diseo de estas mezcla en el laboratorio sern los mismos que los utilizados para las mezclas convencionales: Sensibilidad al agua, Deformaciones plsticas, huecos, densidades, etc.

Habr que tener en cuenta a la hora de fabricar las probetas la temperatura recomendada de fabricacin y compactacin para acercarse lo ms posible a las condiciones de obra. La compactadota Giratoria nos da una buena informacin de la compacidad alcanzada segn los ciclos y las temperaturas de compactacin.

Los resultados deben ser, como mnimo, similares a los obtenidos con los betunes convencionales a las temperaturas habituales, 160C, de fabricacin.

En este tipo de mezclas y como consecuencia de la variacin de la viscosidad, en algunos casos, del betn aditivado y, por tanto de su manejabilidad las probetas Marshall deben fabricarse a diferentes temperaturas de mezclado y compactacin con la curva terica obtenida en el laboratorio y el % de betn necesario.

d) Fabricacin y puesta en obra de las mezcla Semicalientes Secas Una vez realizado el estudio en el laboratorio se debe poner a punto la planta para adaptar los quemadores a la temperatura que queramos calentar los ridos que ser la temperatura final, aproximada, de la mezcla. Los aditivos deben incorporarse al betn, preferentemente, en los puntos distribuidores para que la disolucin sea homognea. El transporte a obra se realiza en transporte convencional a la temperatura que recomienda el fabricante

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La maquinara utilizada en la compactacin es la convencional con rodillo metlico con vibracin en ambos rodillos y un compactador de neumticos. En el extendido en obra se comprobar en un tramo de ensayo previo, la temperatura mnima a la que podemos compactar para conseguir unas caractersticas de mezcla de acuerdo con lo obtenido en el laboratorio en cuanto a % de huecos y densidades.

Se debe hacer un control de calidad, lo ms exhaustivo posible sobre todo en las primeras obras siendo conveniente realizar ensayos y comprobaciones de:

Temperatura de mezclado en planta

% de ligante, granulometra y huecos Mdulo, fatiga, deformaciones plsticas Recuperacin de ligante para ver cmo queda tras el extendido Evolucin de la temperatura de compactacin y de las densidades in situ

Extraccin de testigo para su estudio e) Mezclas Semicalientes mediante la adicin de pequeas cantidades de agua (Hmedas) Existe un grupo de mezclas semicalientes, que emplean para reducir la temperatura de fabricacin y extensin, pequeas cantidades de agua en su composicin. Se diferencian as de las mezclas Semicalientes secas, que no contienen en su composicin y agua, y de las mezclas templadas, que emplean en su composicin emulsin bituminosa.

Las mismas el autor ha tenido a bien dejarlas en un apartado, debido a que la mayora de ests tcnicas corresponden a tcnicas patentadas, especialmente de origen francs.

Mediante el empleo de flleres hidroflicos:

Aunque no es el nico, el ms difundido es la zeolita (aluminosilicato). Su uso es conocido desde mediados de los 90 en Alemania. Actualmente las zeolitas sintticas ms conocidas son las denominadas Aspha-min, que emplea Eurova y advera de PQ Corporation

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Esta zeolita sinttica contiene en su forma cristalina alrededor de un 20-25% de agua, por lo que al aadirse en pequeas proporciones, 0,3% s/a a los ridos calientes alrededor de 130, justo antes del proceso de envuelta, liberan el agua en forma de vapor. Se produce pues un efecto de espumado, aumentando el volumen del ligante, lo que permite la envuelta a temperaturas ms bajas de las habituales. Con este sistema conseguimos reducir la temperatura de aplicacin de la mezcla entre 20-30C, lo que puede suponer un ahorro de 1 a 3 litros de fuel por tonelada de mezcla, lo que puede representar un 20-30% del consumo total de una mezcla a 160C.

Mediante la incorporacin de ridos hmedos al mezclador

El mtodo ms difundido es el de mezclado secuencial con espumacin inducida mediante el empleo de ridos hmedos. Este procedimiento es conocido como LEA (Low Energy Asphalt), y est patentado por por el grupo francs Appia-Eiffage. A su vez, este mtodo tiene tres versiones diferentes.

El mtodo EBE, la primera variante del LEA, consiste en secar y calentar a unos 140 los ridos gruesos y parte de las arenas. A continuacin se envuelven con todo el betn que se inyecta a 170. Posteriormente se aade el resto de la fraccin fina, fra y humedad, inducindose la espumacin que facilita la envuelta de la arena fra llegndose a una temperatura final de unos 100C y manteniendo la mezcla una humedad residual que facilita la manejabilidad necesaria para la puesta en obra. Otra variante de este mtodo es el EBT, en el que se calienta todo el rido hasta los 100, lo que supone que no est totalmente seco. No obstante puede incorporarse agua para llevar el sistema a una humedad del orden de 1-1,5%, que asegure la posterior espumacin. A continuacin se introduce el betn a 170 y se forma la espuma que permite la envuelta. La mezcla producida termina a unos 95 y manteniendo la mezcla una humedad residual que facilita la manejabilidad necesaria para la puesta en obra. Para finalizar este grupo de tcnicas, el EBT-2, se trata de una variante de la anterior, que seca los ridos gruesos y parte de la arena hasta unos 130-50. A continuacin se introduce la arena hmeda de forma que la mezcla se sita a unos 100. Se incorpora el betn a 170, formndose la espuma que permite la envuelta.

En principio estos sistemas pueden ser utilizados en cualquier tipo de planta, continua o discontinua, a las que deber adaptarse una lnea para la introduccin del agua. No obstante, debe tenerse en cuenta que para ellos, es preciso poder regular los quemadores para poder ajustar las temperaturas de

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los ridos bastante por debajo de las temperaturas habituales de trabajo. La temperatura final de la mezcla es inferior a 100C y presenta un aspecto similar a una mezcla en caliente convencional pero sin emisin de humo.

Incorporacin directa de espuma betn

Se trata de una tcnica antigua, en torno a los aos 50, bastante actualizada en algunos pases como Sudfrica y Canad, pero que en Europa, y ms concretamente en Espaa es una tcnica que contina casi en un perodo de experimentacin.

La espuma es otra posibilidad que tenemos de aplicar un betn en carretera a temperaturas ms bajas de las usuales a las que aplicamos las mezclas en caliente, y que hasta ahora se ha utilizado preferiblemente en reciclado de firmes y en estabilizaciones de suelos, en sistemas que podramos considerar mezclas en fro

El proceso de espumacin es aparentemente simple y se produce al inyectar a presin, agua en cantidades pequeas, aproximadamente el 2% en el betn caliente. A la salida del conducto, el betn se expansiona aumentando su volumen unas 15 veces, producindose la espumacin

A destacar la buena trabajabilidad de estas mezclas en el extendido y sobre todo en la formacin de las juntas, uno de los aspectos ms crticos en la ejecucin de firmes bituminosos. La energa de compactacin ser algo superior a la convencional para lograr expulsar el agua residual. Se consigue con un aumento de pasadas con el compactador de neumticos. Al terminar su puesta en obra, las mezclas tienen caractersticas mecnicas cercanas a sus valores definitivos, y su humedad residual es inferior a 0,5%

CURIOSIDADES

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de ste con la que fcilmente se consigue envolver los ridos. La efectividad del proceso de espumacin se valora a travs de 3 parmetros: la tasa de expansin mxima, que corresponde a la mxima expansin volumtrica, la relacin de expansin, que es la relacin existente entre el volumen mximo alcanzado por la espuma y el inicial del betn despus de un tiempo definido, y por ltimo la vida media, que es el tiempo en segundos que tarda la espuma en perder el 50% del volumen mximo alcanzado. Valores tpicos de este ltimo parmetro suele estar entre los 40-60 gs. Mide la estabilidad de la espuma.

Estos parmetros se vern influenciados por la naturaleza del betn (parece que funcionan mejor los naftnicos y parafnicos), la temperatura de este durante el proceso, el porcentaje de agua aadida y los aditivos eventualmente utilizados en agua y/o betn. Cuanto mayor sea el tiempo de expansin, conseguiremos que la mezcla con los ridos sea mejor.

2.4. DESCRIPCIN DE LAS MEZCLAS TEMPLADAS Como ya se ha indicado, estamos ante procedimientos en los que las mezclas se producen sin llegar a calentar los ridos por encima de los 100 y que se colocan en obra, normalmente entre los 60 y 90C. En este caso, no existe una variedad de soluciones tan amplia como en el caso de mezclas semicalientes, y de hecho la experiencia espaola se concentra en las mezclas templadas en las que el ligante empleado es una emulsin. As, podramos diferenciar las mezclas templadas de las mezclas semicalientes hmedas en las que para las primeras es necesario que el ligante empleado sea emulsin bituminosa, y en las segundas pequeas aportaciones de agua.

Establecer la diferenciacin de ambos tipos de mezclas por la temperatura de los ridos, a priori parece arriesgada, debido a que hay que hacer una clara diferenciacin, entre las mezclas templadas de granulometra abierta y las mezclas templadas con granulometra cerrada, uno de los grandes retos de la industria de fabricacin de mezclas asflticas. Este ltimo tipo de mezclas, aspirara a mejorar los inconvenientes de puesta en servicio de las mezclas

Se ha podido ver que la adicin de cal hidratada o de cemento mejora considerablemente la resistencia al agua de estas mezclas fabricadas con espuma betn

CURIOSIDADES

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tradicionales en fro, es decir, mejorara ostensiblemente los tiempos de curado respecto a aquellas, e igualmente tendran las buenas caractersticas d e mdulo que se les requiere a las mezclas en caliente. Para ello es necesario el empleo de emulsiones especiales, de alta concentracin de betn y de penetracin del betn residual reducida. Este tipo de emulsiones requieren procesos de fabricacin especficos, y un alto conocimiento de las tecnologas de fabricacin de emulsiones, que como vimos en el Tema 3 Emulsiones bituminosas, es un proceso complejo en el que interviene la qumica decisivamente. Las temperaturas que requieren los ridos para este tipo de mezclas templadas cerradas, en algunos casos pudiera situarse por encima de los 100, para asegurar una correcta envuelta con los ridos. Es por ello, que considerar como nico elemento de discriminacin la temperatura de los ridos para diferenciar mezclas templadas de mezclas semicalientes, especialmente las hmedas, quiz no sea lo ms adecuado.

Haciendo un poco de historia, las mezclas templadas con emulsin bituminosa son mezclas que se empezaron a utilizar en los aos 80 en algunas zonas geogrficas especialmente hmedas para paliar los problemas de curado de las mezclas abiertas en fro y para la reparacin de mezclas drenantes en caliente.

Se obtienen realizando la envuelta en una planta convencional de caliente, con ridos a una temperatura entre 85-110, y una emulsin bituminosa como ligante. El objetivo es conseguir de una forma fcil y sin modificaciones en la planta, una mezcla que compagine como hemos dicho, parte de las ventajas de las mezclas en fro y de las mezclas en caliente.

De las mezclas en caliente

Poder fabricarse en las planta en caliente con un mayor control de las dosificaciones que en las plantas de mezclas en fro.

Lograr una cohesin inicial importante disminuyendo los tiempos de maduracin gracias al diseo especfico de la emulsin.

Conseguir envueltas al 100% como consecuencia de la temperatura de fabricacin y mayor limpieza de los ridos.

Alcanzar mezclas con unas caractersticas mecnicas prcticamente idnticas al ensayo Cantabro para las mezclas drenantes y en el mdulo dinmico para reciclados y mezclas cerradas.

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De las mezclas en fro

Disponer de mezclas ms flexibles y considerar sus almacenabilidad

Disminuir el consumo de combustible en la fabricacin de la mezcla

Reducir considerablemente las emisiones de gases a la atmsfera.

El proceso en principio no precisa de ninguna modificacin en la planta de aglomerado en caliente. S tendr que aadirse un tanque para la emulsin, preferiblemente calorifugado para mantener a cierta temperatura la emulsin en caso de almacenarse la misma. Tambin ser necesaria una manguera desde dicho tanque al mezclador, con la nica precaucin que la emulsin no debe pasar por ningn conducto de la planta calorifugado a la temperatura del betn (>100) A diferencia de las mezclas en fro, la rotura de la emulsin se produce en el interior del mezclador al contacto con los ridos calientes. La manejabilidad queda garantizada por la baja viscosidad del ligante respecto a una mezcla en caliente y una cierta humedad residual de la mezcla.

Como hemos comentado, hay que hacer una divisin de este tipo de mezclas templadas, en mezclas templadas abiertas y mezclas templadas cerradas. Ms all de que como hemos visto en esta unidad, la granulometra condiciona la funcionalidad de la mezcla, la tecnologa asociada a unas u otras es completamente diferente, as como su fabricacin y puesta en obra.

a) Mezclas abiertas templadas El huso granulomtrico ms utilizado es el que correspondera, aproximadamente con el PA-11, aunque tambin se han empleado granulometras correspondientes a los antiguos AF-10 y AF-12, incrementando ligeramente el cernido por el tamiz 2 mm. En cuanto al ligante se trata habitualmente de emulsiones de rotura media, siendo adecuado la modificacin de la misma

Para su diseo en laboratorio, adems de los ensayos tpicos para las mezclas en fro, los combinaremos con los ensayos tpicos de las mezclas drenantes, realizndose las prdidas en hmedo y en seco tras el ensayo cntabro despus de un proceso de curado en estufa 48 h a 75C y, de no producirse escurrimiento, continuar el curado durante 5 das a 90C, y posteriormente

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dejndolas enfriar antes de romper en el Cntabro. Las prdidas no deben ser superior a 20% en seco y a 30% tras inmersin. Los contenidos de emulsin habituales para este tipo de mezclas se sitan entre el 6,5 y el 7%.

b) Mezclas templadas cerradas Hasta fechas muy recientes, no se han empezado a valorar muy a fondo las posibilidades de esta tcnica con granulometras cerradas. La tendencia ha sido emplear granulometras del tipo S con una emulsin sin fluidificantes que no condicionara la compactacin y las primeras horas de servicio de la mezcla. Desde el punto de vista operacional, como hemos referido en el presente captulo, las dos tendencias son:

Calentar el rido por debajo de los 100 Calentar el rido por encima de los 100

En el primer caso, efectivamente se tratar de una mezcla templada ya que la mezcla saldr por debajo de 100. En el segundo caso, con el rido a 110-120, y una emulsin a 70-80, la mezcla saldr necesariamente por encima de los 100, producindose una espumacin encubierta con el agua de la emulsin parecida a los sistemas semicalientes con aportacin de pequeas cantidades de agua o hmedos. Ms all de la denominacin de las tcnicas, que requerir de la supervisin de las instancias tcnicas de las administraciones responsables de carreteras, lo fundamental para el alumno ser conocer la existencia de estas tcnicas, como se desarrollan y como se aplican

Con estas mezclas, la temperatura de extendido debe ser siempre superior a los 60C para garantizar su manejabilidad. Aqu la frmula de trabajo deber contemplar la granulometra de la mezcla, el porcentaje de la emulsin, estabilidad Marshall, porcentaje de huecos, densidad y las deformaciones plsticas.

En la fabricacin de estas mezclas se estn detectando inconvenientes, prximos a resolverse. Estos inconvenientes fundamentalmente se basan en contar con mecheros que trabajen a bajos regmenes de calentamiento, elementos de los que no todas las plantas de mezclas en caliente disponen. Adicionalmente, un punto crtico

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de la fabricacin de estas mezclas, consiste en la extraccin de la totalidad del fller de recuperacin. La posible humedad de las arenas y las bajas temperaturas de trabajo, no permiten que este proceso clave en la calidad de las mezclas bituminosas de una manera controlada, que condiciona posteriormente la relacin fller/betn, as como un posible deterioro de los filtros de mangas por humedad en obras de gran envergadura, si no se dan las necesarias condiciones conservacin y mantenimiento.

Estos inconvenientes, han quedado resueltos por el diseo de plantas especficas para la fabricacin de estas mezclas, aunque se trabaja en el desarrollo de modificaciones en las plantas convencionales en caliente que minimicen estos efectos, dada la enorme acogida y futuro con el que cuentan estas mezclas. En dicho sentido, hay que destacar la puesta en marcha en el merado de mezclas bituminosas, por parte de la empresa General de Estudios S.L. ha sido pionera, con la colaboracin de las empresas de fabricacin y distribucin de plantas Framepasa y EMSA, y con el apoyo de la Junta de Andaluca integrando el desarrollo de las mismas en el Proyecto MAT+

c) Otros sistemas de mezclas templadas Adems de la experiencia espaola descrita sobre las mezclas templadas con emulsiones, podemos encontrar otros desarrollos. El primero de ellos, muy similar a lo mencionado, es el procedimiento ECOMAC, desarrollado por SCREG. Consiste en el calentamiento hasta 50-60 de una mezcla previamente fabricada en fro. El sistema requiere un consumo muy bajo de energa.

Planta de fabricacin especfica de mezclas templadas abiertas y cerradas.

Propietario GENERAL DE ESTUDIOS S.L.

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Otro desarrollo es el procedimiento LEAB, empleado fundamentalmente en Holanda para reciclados hasta 50% de RAP (material procedente del fresado de carreteras envejecidas). Se emplea en planas continuas donde los ridos vrgenes se calientan hasta los 95, se incorporan por el anillo el RAP que se ha calentado separadamente hasta unos 110C y finalmente se incorpora al betn, al que instantes antes se le ha aadido un aditivo para mejorar la envuelta, facilitar la espumacin y mejorar la trabajabilidad de la mezcla. Finalmente es preciso comentar que existen desarrollos a caballo entre las mezclas semicalientes y las templadas en las que los ridos se calientan a 100C. Uno de ellos sera el proceso LEA EBT del grupo APPIA que ya hemos comentado y otro el procedimiento EVOTHERM, desarrollado por la compaa WESTVACO que utiliza como ligante una emulsin modificada bifsica con alta concentracin de betn, en torno al 70%, el cual lleva un paquete de tensoactivos para facilitar la envuelta a baja temperatura y aumentar la trabajabilidad. La mezcla se fabrica en una planta en caliente calentando ridos a 120-130. Se produce una evaporacin del agua para la cual hay que prever un sistema de salida. La mezcla puede compactarse hasta los 75C y se consiguen reducciones de energa del orden del 50% y de emisiones por encima del 60%

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Si bien en el Tema 16 Deterioro en firmes bituminosos y conservacin, analizaremos ms especficamente unos de los mayores problemas de los firmes bituminosos como es el de la fisuracin, abordaremos inicialmente este campo en este captulo con la aparicin de mezclas bituminosas encaminadas a resolver parcialmente o minimizar este pernicioso efecto para las carreras como es el de la fisuracin no controlada.

La fisuracin de un firme puede ser tanto un sntoma de su deterioro como tambin causa del mismo. En efecto, cuando un firme empieza a perder su capacidad portante y se inicia el agotamiento por fatiga de alguna de sus capas, una de las primeras manifestaciones de ello es la aparicin de una cierta fisuracin en la superficie del firme, generalmente son grietas producidas en alguna de las capas inferiores que se han reflejado en la capa de rodadura. Esta fisuracin crece de manera progresiva con el paso del trfico.

En este caso es necesario iniciar una actuacin de rehabilitacin del firme de acuerdo con los criterios recogidos normalmente en una Norma de Rehabilitacin de Firmes. En Espaa existe una Norma de mbito nacional, aplicable en principio a las carreteras de la Red del Estado, que es la Norma 6.3 IC sobre rehabilitacin de firmes.

Existen documentos similares en algunas Comunidades Autnomas de aplicacin en el mbito de sus carreteras que tienen en cuenta las caractersticas y materiales propios de la zona.

Respecto a la Norma 6.3 IC establece unos criterios para evaluar el estado del firme (determinacin de la deflexin de clculo) y en funcin de la categora de trfico pesado define unos espesores mnimos de refuerzo con mezcla bituminosa para los firmes flexibles, semiflexibles y semirrgidos. En el caso de los pavimentos de hormign, entre las opciones de rehabilitacin esta la utilizacin de mezcla bituminosa para su recrecido. En este caso exige la adopcin de las medidas necesarias para evitar la aparicin de grietas de reflexin en la superficie., limitando los movimientos verticales y horizontales de las juntas y de las grietas. El control de los movimientos verticales se puede realizar en losas aisladas mediante inyeccin de lechadas bajo ellas o, cuando es generalizado, mediante la rotura controlada y asentamiento del firme existente.

Los movimientos horizontales existen siempre y son producidos por los cambios de temperatura ambiente. Para su control se puede utilizar la tcnica

3. MEZCLAS ESPECIALES ANTIFISURAS. MEZCLAS SMA

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de la rotura controlada y asentamiento del firme existente o bien utilizando alguno de los denominados sistemas antirreflexin de fisuras. Los espesores de recrecidos mnimos son los siguientes

La Norma indica que los espesores exigidos para los trficos tipo T32 y T4 pueden ser insuficientes para evitar la reflexin de grietas a la capa de rodadura durante la vida til del firme.

En ocasiones la fisuracin aparece no por agotamiento del firme sino como reflejo de la juntas y grietas existentes en las capas inferiores tratadas con conglomerantes hidrulicos (suelo cemento, grava cemento, hormign magro, etc.). Estas grietas se reflejan a travs de las distintas capas bituminosas que se encuentran por encima de la capa tratada y llegan hasta la capa de rodadura. A travs de estas grietas empieza a entrar agua en el firme, que ha perdido su impermeabilidad inicial, y se produce un deterioro progresivo y rpido de las capas inferiores que pierden su capacidad portante y se alcanza rpidamente el agotamiento del firme.

As pues, la utilizacin de capas de base tratadas con conglomerantes hidrulicos produce unos firmes con una elevada capacidad portante y con un coste relativamente bajo respecto a otras tcnicas de pavimentacin de resultados anlogos. El problema que presentan es la aparicin de una fisuracin por retraccin, tanto de fraguado como trmica, que puede reflejarse en las capas superiores, incluso hasta la capa de rodadura, produciendo dos efectos indeseables: perdida de la impermeabilidad del firme e incomodidad para la rodadura de los usuarios.

Es bien conocido que el uso de cualquier aglomerado asfltico que contenga un elevado contenido de ligante le confiere al pavimento dos mejoras importantes: una mayor durabilidad y una mayor flexibilidad. La mayor

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durabilidad se produce porque al tener un contenido mayor de ligante, cada partcula de rido esta recubierta por una pelcula del mismo ms gruesa, que la mantiene ntimamente unida por mas tiempo a la matriz asfltica y hace que la mezcla bituminosa sea mucho mas resistente a los agentes y condiciones adversos que afectan a la vida del pavimento: una pelcula de mayor espesor de ligante ofrecer mayor resistencia a los agentes externos que otra de menor espesor y recubrimiento. Existen numerosos estudios que concluyen en garantizar que la vida til de las mezclas depende fundamentalmente del espesor de la pelcula de ligante, repercutiendo directamente con un significativo menor coste econmico por aos de uso y por tanto de menores intervenciones de conservacin necesarias.

La mayor flexibilidad puede ser negativa para la capacidad portante del firme, pero mejora sensiblemente el comportamiento anti reflexin de grietas de las capas inferiores y mejora el comportamiento a fatiga de la capa formada por este tipo de mezcla.

Han existido y existen, numerosas iniciativas para evaluar el problema, y as disear las mezclas y/o sistemas ms adecuados para minimizar el mismo. En el presente captulo, nos centraremos en las mezclas SMA o Stone Mastic Asphalt. Las mismas no estn especificadas an a nivel de Espaa, pero son de gran empleo en Europa. Estas mezclas, relacionadas con su capacidad para resistir a la fisuracin, estn siendo estudiadas en un proyecto de investigacin cuyo consorcio est integrado por 3 empresas, REPSOL, ELSAN-OHL Y RETTENMAIER, cuyas claves del trabajo se expondrn a continuacin 3.1. MEZCLAS SMA (STONE MASTIC ASPHALT) La familia de las mezclas bituminosas tipo SMA (Stone Mastic Asphalt) recogidas en la Norma UNE EN 13108-5 se caracterizan por permitir un mayor contenido de ligante que las mezclas convencionales de la familia de los Hormigones Bituminosos, tipo AC (Norma UNE EN 13108-1) y que las mezclas de granulometra discontinua, de la familia BBTM (Norma UNE EN 13108-2). Como gran diferencial sobre el resto de mezclas, destacar que SMA permite una dosificacin discontinua con ridos de alta calidad, formando un esqueleto mineral que aporta suficiente estabilidad mecnica por friccin interna, unido a un elevado contenido de ligante (valor orientativo mnimo del 6,50% s/m, normal o modificado) y de reducido contenido de huecos facilitando su funcin impermeable. Para facilitar este alto contenido de ligante sin riesgo de deformaciones plsticas y sin escurrimiento, es indispensable utilizar estabilizadores del tipo de las fibras de celulosa.

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La vida til de este tipo de mezclas bituminosas, segn diversos estudios realizados, es aproximadamente un 50% mayor que la de las mezclas convencionales (tipo AC) y hasta un 100% mas que la de las mezclas tipo PA (porosas) y BBTM 3.2. PROYECTO R.E.R.

a) Descripcin Las Empresas REPSOL S.A., RETTENMAIER IBERICA S.L. y ELSAN S.A., han realizado un trabajo de investigacin cuyo objetivo ha sido el diseo y puesta a punto de mezclas bituminosas en caliente de la familia de las SMA (Norma UNE EN 13108-5) con una elevado dotacin de ligante, utilizando un betn modificado de altas prestaciones o de alta viscosidad (ver tema 4 ligantes especiales) y con la incorporacin de fibras de celulosa, que presenten una elevada flexibilidad, de manera que permitan retrasar la reflexin de grietas de retraccin de las capas inferiores y que alarguen sensiblemente la vida til del firme con ellas construido. Se disean, inicialmente, dos mezclas que respondan a las caractersticas siguientes:

Mezclas tipo SMA con un contenido bajo de huecos en mezcla, entre el 3 y 6%, con tamao mximo del rido de 22 milmetros, para ser utilizadas en capas de base o intermedias.

Mezclas tipo SMA con un contenido de huecos en mezcla entre el 6 y el 8%, con tamao mximo del rido de 11 milmetros, para ser utilizadas en capa de rodadura. En el desarrollo del trabajo de investigacin se ha acordado disear tambin una mezcla fina para ser utilizada en capas de base o intermedia.

El trabajo se ha estructurado en las fases siguientes: Seleccin y caracterizacin de los materiales a utilizar. Definicin de los tipos de mezclas SMA y de las caractersticas que

debern cumplir.

Diseo terico de las mezclas.

Ensayos de caracterizacin de las mismas. Se realizan, en principio, los ensayos siguientes:

Calculo de densidad y huecos (UNE EN 12697-6 y 12697-8). Ensayo Marshall (UNE EN 12697-34). Ensayo de escurrimiento (UNE EN 12697-18, mtodo Schellenberg y

mtodo de la cesta).

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Sensibilidad al agua (UNE EN 12697-12) . Deformacin en pista (UNE EN 12697-22). Rigidez (UNE EN 12697-26, anexo C). Fatiga (UNE EN 12697-24). Evaluacin de la resistencia a la reflexin de grietas. Definicin y puesta

a punto de un nuevo ensayo de fisuracin que permita evaluar el comportamiento tanto de una sola mezcla como de varias capas juntas formadas por diferentes mezclas bituminosas.

b) Materiales utilizados ARIDO

Como rido grueso se han utilizado las fracciones 5/12 y 12/20 de una milonita procedente de Almonacid (Toledo), que presenta un Desgaste Los ngeles de 12 y un valor del CPA entre 53 y 57. Como rido fino se ha utilizado una arena 0/2 caliza y como polvo mineral un fller calizo de aportacin.

LIGANTE

Como ligante se va a utilizar un betn suministrado por REPSOL S.A. que responde a la denominacin BM-3f y cuyas caractersticas (segn Normas NLT y Normas UNE) son las siguientes

BM-3f

MTODO ENSAYO NORMA

NLT RESULTADO

ESPECIFICACIN FICHA

COMERCIAL REPSOL*

Mn. Mx.

Penetracin, 1/10 mm 124 67 55 70

Punto de reblandecimiento en agua, C 125 78,2 75

Ductilidad a 5 C, cm. 126 36 30

Retorno elstico a 25 C, %. 329 88 75

Estabilidad al almacenamiento a 165 C: 328

Diferencia de penetraciones,1/10mm 124 6 10

Diferencia de Anillo y Bola, C. 125 3,2 5

ENSAYOS SOBRE EL RESIDUO DE PELCULA FINA A 163 C:

Variacin de masa, %. 185 -0,06 1,0

Penetracin retenida, % P.O. 124 67 60

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MTODO ENSAYO NORMA

NLT RESULTADO

ESPECIFICACIN FICHA

COMERCIAL REPSOL*

Variacin del Anillo y Bola, C. 125 9 -5 +10

Ductilidad a 5 C, cm. 126 20 15

*Excepto las especificaciones indicadas en el ensayo de ductilidad antes y despus del envejecimiento TFOT son las especificadas actualmente en el PG-3 para el BM-3c.

MTODO ENSAYO NORMA UNE RESULTADO ESPECIFICACIN FICHA

COMERCIAL REPSOL*

Mn. Mx.

Penetracin, 1/10mm. 1426 67 55 70

Punto de reblandecimiento en agua, C. 1427 77,6 75

Cohesin fuerza ductilidad a 5 C, J/cm2. 13589 5,9 3

Retorno elstico a 25 C, %. 13398 92 75

Estabilidad al almacenamiento a 165 C: 13399

Diferencia de penetraciones,1/10mm. 1426 4 10

Diferencia de Anillo y Bola, C. 1427 1,0 5

ENSAYOS SOBRE EL RESIDUO DE PELCULA FINA Y ROTATORIA A 163 C:

Variacin de masa, %. 12607-1 -0,03 1,0

Penetracin retenida, % P.O. 1426 68 60

Variacin del Anillo y Bola, C 1427 7 -5 +10

Viscosidad dinmica, mPas

135C

13302

2157 - -

150C 1123 - -

170C 548 - -

FIBRA

Se ha utilizado una fibra de celulosa suministrada por la Empresa Rettenmaier Ibrica S.L. que se corresponde con la que distribuyen con la denominacin comercial VIATOP PREMIUN.

c) Mezclas diseadas y caracterizacin de las mismas A partir de las granulometras de los ridos utilizados y con el ligante y la fibra previstos, se han diseado las tres mezclas siguientes:

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MEZCLA SMA 16 (BASE) La dotacin de materiales y la curva granulomtrica son las siguientes

Con una dotacin de ligante del 7% en peso de rido, se han realizado todos los ensayos de caracterizacin de la mezcla, obtenindose los resultados que se recogen en el cuadro siguiente:

(*) Porcentaje calculado sobre el peso total de ridos

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MEZCLA SMA 11 (RODADURA) La dotacin de materiales y la curva granulomtrica son las siguientes:

Con una dotacin de ligante del 8% en peso de rido, se han realizado todos los ensayos de caracterizacin de la mezcla, obtenindose los resultados que se recogen en el cuadro siguiente:


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MEZCLA SMA 11 (INTERMEDIA) La dotacin de materiales y la curva granulomtrica son las siguientes:

Con una dotacin de ligante del 7,5% en peso de rido, se han realizado todos los ensayos de caracterizacin de la mezcla, obtenindose los resultados que se recogen en el cuadro siguiente:

Por ultimo, sobre las tres mezclas diseadas y estudiadas, se han realizado ensayos de fatiga a 4 puntos, segn la UNE EN 12697-24, a 20C y 30 Hz.


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Los valores obtenidos para la deformacin a un milln de ciclos y las correspondientes rectas de regresin que relacionan logartmicamente el nmero de ciclos y la deformacin son los siguientes:

MEZCLA 6 (m) RECTA DE REGRESION

SMA 16 BASE 314

SMA 11 BIN 457

SMA 11 SURF 498

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3.3. ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA FISURACION

El ultimo paso del trabajo de investigacin consiste en comprobar el comportamiento que estas mezclas presentan formando parte de las capas de un firme y su comportamiento antirreflexin de grietas existentes en las capas inferiores del mismo, tratadas con conglomerantes hidrulicos.

Existen varios ensayos que evalan el comportamiento de una capa de mezcla bituminosa en cuanto a impedir o retrasar el reflejo de una fisura, situada en su cara inferior, a la cara superior de la misma. La mayora de estos ensayos evalan de distintas maneras y en condiciones diferentes, el comportamiento de una probeta de una mezcla bituminosa, que se esta ensayando, para evitar o retrasar la reflexin de una grieta existente en la citada probeta. Es muy conocido y de reconocida solvencia el ensayo que desde 1987 desarrolla el LCPC francs en el Laboratorio de Autun. En este caso ensaya una probeta formada por una capa del procedimiento anti remonte de fisura que se esta estudiando y una capa de mezcla bituminosa en caliente patrn del tipo BBSG 0/10 de la antigua terminologa francesa. El esquema del ensayo es el siguiente:

PARA

REFLEXIONAR

As pues, son mezclas con unos mdulos de rigidez bajos comparados con las mezclas bituminosas en caliente convencionales (tipo AC segn la UNE EN 13108-1) pero con un extraordinario comportamiento a fatiga

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En Espaa recientemente y dentro del Proyecto Fnix de investigacin, se ha puesto a punto el denominado Ensayo Fnix para la evaluacin de la resistencia a la fisuracin en mezclas bituminosas. El procedimiento del ensayo consiste en someter a media probeta cilndrica, fabricada con el procedimiento Marshall o con el compactador giratorio, con una fisura inducida de 6 mm. de longitud, a un esfuerzo de traccin con una velocidad de desplazamiento constante de 1mm./minuto. El ensayo se realiza a una temperatura determinada. Este ensayo tambin evala la resistencia a la fisuracin de una mezcla determinada

Por ultimo, se esta poniendo a punto una norma europea que una vez adoptada en Espaa ser la UNE EN 12697-44 para evaluar la resistencia a la propagacin de una grieta en una mezcla bituminosa. En principio trabaja tambin sobre media probeta y nuevamente evala solo el comportamiento de una mezcla determinada.

FIGURA SACADA DE LA COMUNICACIN N 23 PRESENTADA EN LA IV JORNADA NACIONAL DE ASEFMA POR GONZALO VALDS, RAMN BOTELLA Y FLIX PREZ.

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Ante esta situacin, en el trabajo de investigacin se ha planteado la necesidad de desarrollar un nuevo ensayo, que permita evaluar el comportamiento de resistencia a la fisuracin tanto de una capa de mezcla nica como de un conjunto de capas que forman habitualmente la parte bituminosa del firme. El objetivo de este ensayo es poder comparar el comportamiento de distintas secciones de firme bituminoso ante la reflexin de grietas.

Se han construido probetas formadas por las capas de mezclas convencionales necesarias para conseguir el espesor que, segn la normativa vigente, es necesario construir para colocar sobre firmes que en sus capas inferiores presentan agrietamiento, por la existencia de capas con materiales tratados con conglomerantes hidrulicos o bien sobre antiguos pavimentos de hormign envejecidos que es necesario rehabilitar. Por otro lado se han preparado probetas mediante capas formadas por las mezclas tipo SMA diseadas en este proyecto de investigacin, definiendo los espesores de las mismas que son necesarios para conseguir el mismo comportamiento, en cuanto a resistencia a la fisuracin, que con la solucin de la normativa vigente. Finalmente se valorar la reduccin de espesor que se obtiene, sin olvidar la mejora que se obtiene, en cuanto a vida til del firme, por el mejor comportamiento a fatiga de estas mezclas tipo SMA diseadas. 3.4. ENSAYO RER

Al inicio del Proyecto de Investigacin y una vez definidas las caractersticas que debera reunir el ensayo que se quera poner a punto, se solicit la colaboracin de la Empresa Mecnica Cientfica S.A., especialista en el diseo de equipos de ensayo para mezclas bituminosas.

A principio de 2010 el dispositivo estaba ya diseado y construido y se inici el proceso de calibracin, ajuste y definicin de su forma de funcionamiento.

El dispositivo puede situarse dentro de una cmara climtica como la que se utiliza para los ensayos de modulo de rigidez o de fatiga, lo que permite regular la temperatura de realizacin del ensayo.

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Actualmente se han iniciado los ensayos con este nuevo dispositivo y con el que realiza el ensayo recogido en la Norma UNE EN 12697-44 (en vas de aprobacin definitiva). Los resultados sern objeto de una prxima comunicacin una vez se disponga de todos los resultados finales

3.5. OTRAS MEZCLAS RESISTENTES A LA FISURACIN. LA ARENA-BETN

Existe otro grupo de mezclas resistentes a la fisuracin, algo ms especiales, en lo relativo a su concepcin. Un procedimiento sencillo consiste en la colocacin de una capa delgada (1,5-2,5 cm) de una mezcla muy fina tipo arena-betn sobre la superficie fisurada y recubrirla con otra mezcla para rodadura

El tipo de betn utilizado debe presentar unas caractersticas muy buenas desde el punto de vista se su elasticidad y su capacidad de recuperacin para soportar las importantes deformaciones que se producen en el contacto con la base fisurada y no ser excesivamente blando para evitar problemas de deformaciones. Suele ser habitual emplear el tipo BM-4.

Este procedimiento es ms eficaz en los casos de reparacin que en los de firme de nueva construccin, es decir, cuando la arena-betn se coloca sobre una mezcla asfltica y no sobre un material hidrulico. En la experiencia espaola esta tcnica ha dado buenos resultados en los casos en los que la base hidrulica no presenta movimientos verticales significativos (hormign con pasadores, p.e.) y los gradientes trmicos diarios y estacionales, responsables de los movimientos horizontales, no son extremos.

Recrecido asfltico

Concentracionde tensiones

Arena-betun

Esquema de una capa de arena-betun

Arena-betun:

* Ligante: BM4 (9,5-11% s/arido)

* Arido: arena 0/3 o 0/5

* Espesor: 1,5-2 cm.

Soporte fisurado

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Si bien no hicimos referencia a los betunes llamados de alto mdulo en el tema de ligantes especiales, s lo hicimos cuando hablamos de los betunes convencionales, refirindonos a los mismos en base a su especificacin de grado o penetracin (13/22 en la antigua denominacin espaola y 15/25 en la nueva denominacin europea). Ello se debe, a que este tipo de betunes, son obtenidos sin ningn tipo de paquete de aditivos o componentes adicionales al betn, como pueda ser el caso de la fabricacin de un betn modificado, o una emulsin, o cualquiera de los ligantes especiales que hemos visto durante el curso.

La obtencin de un betn de mxima dureza, sin tener que recurrir a la oxidacin del mismo o la adicin de aditivos que desagreguen los asfaltenos, requiere de la destilacin de crudos especficos (o al menos una cesta de crudos adecuada), con requisitos de destilacin bastante severos, condiciones que no siempre se dan en todas las refineras.

El empleo de un betn de alto mdulo (15/25) en mezclas bituminosas, le aporta a la mezcla un mdulo de rigidez mucho mayor que el que le conferira a la mezcla un betn de mayor penetracin o ms blando. Constituyen las llamadas mezclas de alto mdulo.

As las recoge la instruccin de carreteras del Ministerio de Fomento, cuando indica que:

En las secciones cuyo espesor total de mezcla bituminosa en caliente segn el catlogo sea igual o superior a 25 cm y cuya explanada sea de categora E3 o E2, se podr estudiar la posibilidad de emplear mezclas bituminosas de alto mdulo (MAM) de las especificadas en el artculo 542 del PG-3, pudiendo reducirse como consecuencia el espesor de las capas de base. En sntesis, nicamente se podr contemplar el mencionado empleo en las secciones denominadas 0031, 0032, 031, 121, 131 y 221.

Las mezclas bituminosas de alto mdulo se proyectarn exclusivamente en las capas de base (si bien el PG-3 ampla su empleo a capas intermedias),

4. MEZCLAS DE ALTO MDULO

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mantenindose por tanto los espesores de la capa de rodadura y de la intermedia. La reduccin del espesor como consecuencia del empleo de mezclas bituminosas de alto mdulo deber ser convenientemente justificada y en ningn caso ser superior al veinte por ciento (20%) de dicho espesor. Si acudimos al referido articulo 542 de mezclas bituminosas, indica que para mezclas bituminosas de alto mdulo, el tipo de ligante hidrocarbonado a emplear ser un BM-1 en el caso de trficos T00 y T0, y para los trficos T1 y T2 el referido 15/25 (B13/22). Se introduce pues, un nuevo ligante que ya vimos en la unidad de betunes modificados, como es el BM-1, cuyo rango de penetraciones, se sita entre 15-30. Sin duda, esta acertada decisin de la Direccin Tcnica de la Direccin General de Carreteras del M de Fomento, obedece a que para las vas con mayores niveles de trfico, la rigidez de las mezclas de alto mdulo convencionales, pudieran afectar en exceso a la durabilidad del firme, y se obliga al empleo de betunes modificados duros para paliar este efecto. La flexibilidad que le aportar a la mezcla este tipo de ligante, ir sin duda en beneficio de la durabilidad del mismo.

Segn el propio artculo, para la formulacin de las mezclas en caliente de alto mdulo, se emplear el huso correspondiente a una AC 22 S (antigua S-20).

Este tipo de mezclas, podrn ir colocadas tanto en capa intermedia (inferior a la capa de rodadura) como en capa de base (inferior a la capa intermedia). As, si es colocada en capa intermedia, deber tener un espesor entre 6-10 cm con una dotacin mnima de gigante de 4,5% s/m, y si va en capa de base tendr entre 7-13 cm y una dotacin mnima s/m de 4,75%, con las pertinentes correcciones si fuera necesario en funcin de la densidad del los ridos

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Respecta a las caractersticas adicionales que el propio PG-3 en su artculo 542 solicita para estas mezclas. Hay que destacar, que el valor del mdulo dinmico a 20C, segn el anexo de la norma UNE-EN 12697-26 no debe ser inferior a 11.000 MPa, valor exactamente igual al solicitado con la anterior normativa y ensayo NLT correspondiente. Debido a las diferencias entre los ensayos NLT y UNE, este valor se est revisando.

Respecto a la resistencia a fatiga, el mayor inconveniente de este tipo de mezclas, debido precisamente a su elevada rigidez, se limita a 100 microdeformaciones segn el ensayo UNE-En 12697-24 para 1 milln de ciclos.

El resto de condicionantes, en lo relativo a fabricacin y ejecucin de la mezcla, son similares a los correspondientes a las mezclas convencionales fabricadas con betunes convencionales

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Vimos en el tema 4 correspondiente a ligantes especiales, un tipo de betunes, los betunes sintticos, que en esencia no corresponda a un tipo de betunes obtenido directamente de la destilacin del crudo, sino que se formulaba en base a diferentes componentes obtenidos de diferentes procesos de refinera, como son las resinas, los polmeros y los aceites. La cualidad fundamental de este tipo de gigantes, recordemos que a la cualidad fundamental de conglomerar o unir ridos, est la cualidad de ser pigmentables, ya que no tienen el color negro caracterstico de los betunes asflticos. Si adicionalmente, emulsionamos estos betunes sintticos con agua, dar lugar a emulsiones sintticas, igualmente pigmentable, dada la no aportacin de color del agua al ligante.

Ambos productos, con tecnologas como le lector podr comprender completamente diferentes, dan lugar a dos tipos de mezclas especiales:

Tecnologa en caliente: Mezclas bituminosas pigmentables Tecnologa en fro: Lechadas bituminosas pigmentables.

Existe adicionalmente toda una serie de productos asociados a estos materiales, en el mercado minorista para pequeas actuaciones o reparaciones localizadas, que obviaremos. Respecto a las lechadas bituminosas pigmentables, sern desarrollados en el tema 9, correspondiente a la siguiente unidad, pues es necesario que el lector adquiera conocimientos relativos a la unidad de obra de las lechadas bituminosas previamente a la consideracin de este tipo de lechadas especiales.

As pues, en este tema, nos centraremos en aquellas mezclas pigmentables, en las que es necesario el calentamiento de las mismas, para su fabricacin y posterior puesta en obra

5.1. ALMACENAMIENTO DEL LIGANTE

Almacenar de modo similar al de un betn convencional, procurando que la temperatura no sobrepase los 140 C.

5. MEZCLAS PIGMENTABLES

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En el caso de necesidad de almacenamiento prolongado del ligante en depsito de planta, sin empleo del mismo, ste conserva todas sus propiedades a temperatura ambiente.

Para su empleo en planta y partiendo de temperatura ambiente, con una antelacin de 20-24 horas a su empleo en planta de fabricacin de mezcla, incrementar su temperatura a razn 6 C/hora, procurando evitar cambios bruscos de temperatura, hasta conseguir una temperatura de 140 C, ideal para su empleo

5.2. FABRICACIN DE LA MEZCLA La temperatura de la mezcla debe situarse entorno a 140 C.

Las temperaturas de rido y ligante sinttico deben fijarse lo ms prximas posibles para evitar el choque trmico, procurando no sobrepasar, como se ha referido anteriormente, los 140 en la temperatura del ligante.

El pigmento debe ser aportado en el mezclador, sobre la mezcla de rido-ligante.

El contenido habitual de pigmento se sita entre 1% y 2% s/m. Se bajar el porcentaje de fller s/m (aportacin o recuperacin) segn frmula de trabajo original sin pigmento el mismo porcentaje de pigmento que se vaya a emplear 5.3. PUESTA EN OBRA DE LA MEZCLA

Se aconseja su empleo en capas delgadas -3/4 cm-, (antiguos IV-a, micros cerrados, D-8, D-12, etc.). Las caractersticas mecnicas de las mezclas fabricadas son similares a las conseguidas con betunes convencionales.

La aplicacin y extendido de mezcla se efecta del mismo modo que una

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mezcla convencional.

Es necesario tener especial cuidado en las labores de compactacin empleando el compactador de neumticos, para conseguir una adecuada uniformidad de acabado

5.4. CUIDADOS DE LIMPIEZA

El ligante sinttico es traslcido, por lo que es especialmente sensible a las manchas de restos de betn ubicados en depsitos de almacenamiento y tuberas, y en general durante el trasiego del producto.

Es necesario tener limpios cisterna de almacenamiento y elementos de la planta en contacto con betn. Si no se tuviera un depsito limpio de betn o de uso exclusivo de este tipo de ligantes, se podra contemplar la descarga del producto durante la fabricacin de la mezcla, directamente desde la cisterna de transporte del ligante.

Se aconseja una lnea independiente de trasiego de ligante sinttico depsito-bscula y mezclador de planta.

La amasadora de mezcla de la planta debe limpiarse realizando varias amasadas en blanco en caliente y posteriormente varias empleando ligante sinttico sin adicionar pigmento.

Los camiones de transporte de mezcla y la propia mquina extendedora deben someterse a limpieza empleando gasoil. Esto es de aplicacin a todos los elementos auxiliares (palas, cepillos, rascadores, etc.). Tras el uso del mismo, se recomienda una limpieza de posibles restos de gasoil, que pudieran degradar la mezcla fabricada.

5.5. GAMA DE CALIDADES

Los Ligantes Sintticos Pigmentables fabricados presentar dos calidades, dependiendo del empleo que se le vaya a dar. Los bsicos, son ligantes de fcil pigmentacin con cualquier color, capaz de conseguir una luminosidad, permitiendo trabajar incluso sin adicin de pigmento para permitir captar el color natural del rido empleado. Los de ltima generacin son ligantes sintticos pigmentable que, adems de las prestaciones anteriormente citadas,

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presenta una mayor transparencia, lo que permite obtener tonalidades de color similares a las del pigmento y aporta una mejora en el comportamiento mecnico de la mezcla debido a sus propiedades reolgicas. Evidentemente llevan asociados precios diferentes

5.6. APLICACIONES DE LAS MEZCLAS PIGMENTABLES

Las mezclas pigmentables pueden ser utilizadas en cualquier pavimento, en el cual se quiera diferenciar su funcionalidad por el color, en pavimentos que requieran de unos condicionantes estticos previamente proyectados, en pavimentos donde no se desee que el impacto visual del color negro afecte al paisaje, como pueda ser en zonas especialmente protegidas y se desee respetar el color natural del rido.

Viales de parques y jardines Carril bici Carril bus Zonas exclusivas de peatones

Pistas deportivas

Zonas protegida Zonas de seguridad Isletas y zonas diferenciadas de viales

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En la Unidad anterior en el tema correspondiente a ligantes especiales, nos referimos a los betunes que en su composicin llevaban polvo de neumtico procedente de la trituracin de neumticos fuera de uso. En el mismo, hacamos referencia a aquellos ligantes especificados oficialmente por el Ministerio de Fomento para su empleo en sus carreteras, agrupados en 3 gamas de productos diferenciados: los betunes mejorados con caucho o BC, los betunes modificados con caucho o BMC y por ltimo los betunes modificados con caucho de alta viscosidad, o BMAVC.

6. MEZCLAS EN CALIENTE CON ADICIN DE CAUCHO

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Todos estos ligantes, se refieren a una tcnica de incorporacin del caucho a la mezcla va hmeda, es decir, a travs del propio betn que se convierte en el elemento vehicular que lleva el polvo de neumtico en su matriz. La diferente tipologa de mezclas que se pueden fabricar con este tipo de mezclas, ha sido mencionada en dicho captulo, aunque que recordamos brevemente que:

Betunes Mejorados BC. Para uso en mezclas similares a las mezclas que son fabricadas con betn convencionales, es decir, para mezclas cerradas del tipo AC S o D o G, y para las del tipo BBTM cuando los requerimientos de trfico no sean altos.

Betunes modificados con caucho BMC: la misma tipologa de mezclas que se emplean para los betunes modificados tradicionales con polmero, y que hemos visto durante este tema, es decir, mezclas discontinuas del tipo BBTM o mezclas drenantes del tipo PA

Betunes modificados con caucho de alta viscosidad: Este tipo de ligantes se emplean para aplicaciones muy especficas, que ya hemos referido en el presente tema cuando hemos hablado de mezclas antifisuras. Para ello es necesario el empleo de estructuras granulomtricas lo suficientemente abiertas con un importante n de huecos, que nos asegure poder dotarlas de la mayor cantidad posible de betn sin riesgo de escurrimiento a alta temperatura. Igualmente, se podra aplicar estos betunes, en mezclas igualmente de estructuras granulomtricas crticas, que precisen de una mayor cohesin que si son fabricadas con betn modificado tradicionales con polmero, pero que debido a los importantes potenciales esfuerzos tangenciales que puedan requerir en superficie, sea necesario aumentar dicha cohesin.

En este captulo, nos referiremos a otro tipo de mezclas que tambin contienen polvo de neumtico procedente de la trituracin de los neumticos fuera de uso, pero en las cuales, la incorporacin de este residuo, se produce directamente al mezclador de la planta, es decir, no va betn, sino como si se tratara de un rido ms. Es lo que se denomina incorporacin por va seca, y constituyen un tipo de mezclas que oficialmente el PG-3 denomina como mezclas en caliente con adicin de caucho.

As, la orden circular 21/2007 las define como es aquella mezcla bituminosa la que se ha incorporado, por va seca, polvo de caucho procedente de NFU. No obstante, si la fabricacin de mezclas constituidas por ligantes fabricados con PNFU como hemos visto es de aplicacin a todas las capas del firme, dependiendo evidentemente del tipo de trfico pero extensivo a todos, con este tipo de mezclas parece que pueda haber algn tipo de dudas respecto a su empleo, ya que la propia orden circular, restringe su uso para empleo del

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mismo en carreteras de titularidad estatal. En carreteras con categoras de trfico pesado T3 a T4, se podrn emplear en todo tipo de capas las mezclas bituminosas en caliente con adicin de caucho (va seca). Esto parece intuitivo pensar, pueda venir como consecuencia de que se hace necesario el tratamiento previo del polvo de neumtico fuera de uso para que realmente aporte las cualidades reolgicas a la mezcla, respecto al uso de betunes convencionales. Hay que tener en cuenta, que durante el proceso de fabricacin de un betn modificad/mejorado con polvo de neumtico, el polvo es sometido a temperatura, tiempo y cizalla, variables en principio necesarias con la tecnologa actual para aprovechar las prestaciones que el polvo de neumtico pudiera conferir a a la mezcla.

En los procedimientos por va seca el polvo se introduce directamente en el mezclador de la central de fabricacin de mezclas bituminosas como si fuese un rido ms. En el proceso por va seca pueden diferenciarse dos tcnicas, segn el tamao del polvo de caucho.

La primera utiliza tamaos mximos elevados, de hasta 2 Mm. Omo la superficie especfica del polvo es reducida y el perodo de interaccin es limitado, no hay tiempo suficiente para que la maduracin se desarrolle en todas las partculas ms gruesas del polvo de caucho. Por tanto, el polvo de caucho funciona como un sistema de dos componentes, en el que las partculas ms finas pudieran interaccionar con el betn a elevada temperatura y modificando su reologa mediante un proceso similar a la va hmeda. Por otro lado, las partculas ms gruesas se comportan como un rido elastomrico dentro del esqueleto mineral de la mezcla bituminosa, aunque superficialmente tambin reacciona con el betn y se crea una interfase betn/caucho que cohesiona ambos materiales. En Espaa, esta tcnica se ha utilizado con dotaciones del 2% de polvo de caucho en peso en mezcla.

La segunda tcnica utiliza el polvo de caucho de menor tamao (todo pasa por el tamiz de 0,5 Mm) y en menor proporcin. El polvo de caucho ms fino acta

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como modificador del betn aadido al mezclador. Se puede considerar como intermedio entre la va seca y la va hmeda, y quiz sea algo menos crtico que la anterior tcnica. En cualquier caso, en este sistema, como hemos referido anteriormente, se hace necesario un tiempo mnimo de maduracin o de contacto del polvo con el betn y los ridos calientes, para que realmente haya una transferencia de propiedades, algo que en ocasiones es difcil de controlar y de conseguir