Autor: Marino Torre Gómez de Enterria
La problemática planteada a nivel mundial sobre el Cambio Climático, las emisiones de CO2, las energías alternativas ante la posible disminución de las reservas de las energías fósiles, han hecho que desde los diferentes actores relacionados con la construcción y conservación de carreteras principalmente, se estén tomando medidas para que esta tecnologia sea lo menos perjudicial con el Medio Ambiente, conllevando al mismo tiempo una reducción en el consumo energético.
Pocas veces una técnica relacionada con las mezclas asfálticas ha despertado tanto interés en los últimos años como las Mezclas a Bajas Temperaturas, y la principal razón es la concienciación que se está experimentando para el cumplimiento con el Protocolo de Kyoto en cuanto a reducción de emisiones en todas las industrias.
La problemática planteada a nivel mundial sobre el Cambio Climático, las emisiones de CO2, las energías alternativas ante la posible disminución de las reservas de las energías fósiles, han hecho que desde los diferentes actores relacionados con la construcción y conservación de carreteras principalmente, se estén tomando medidas para que esta tecnologia sea lo menos perjudicial con el Medio Ambiente, conllevando al mismo tiempo una reducción en el consumo energético.
Esta concienciación ha llevado a los fabricantes de mezclas asfálticas, a las Administraciones de Carreteras y a las empresas fabricantes de ligantes hidrocarbonados a recomendar y poner a punto una serie de productos y nuevas técnicas de fabricación con las que se pueda trabajar las mezclas asfálticas a unas temperaturas, de -20°C a -60°C, por debajo de las mezclas convencionales, e impensable hace unos años.
Veremos y analizaremos en este artículo, en qué consiste estas técnicas y donde , no solo las Administraciones de Carreteras han puesto su mira, sino también los que trabajamos en la mejora de las infraestructuras viarias en el medio rural y más concretamente en la mejora y pavimentación de los caminos rurales en el ámbito de Catalunya.
1. SISTEMAS PARA CONSEGUIR REDUCIR LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN Y PUESTA EN OBRA DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS
Esta disminución del consumo energético y de emisiones puede conseguirse por diferentes vías:
- Aditivación del betún.
- Espumación del betún.
- Incorporación de materiales específicos en el proceso de mezclado.
- Modificando las técnicas de fabricación de las mezcla.
- Mezclas con emulsión bituminosa en plantas en caliente. Mezclas templadas.
- Mezclas en frío.
- Reciclado de pavimentos.
Como puede apreciarse las mezclas con las que podemos disminuir el consumo energético y la tasa de emisiones son las denominadas:
- Mezclas Semicalientes (100ºC < TºC < 140ºC).
- Mezclas Templadas (60ºC < TºC < 100ºC).
- Mezclas en Frío (TºC: Temperatura ambiente).
2. MEZCLAS SEMICALIENTES
a) Mezclas Semicalientes mediante Aditivación del betún (Secas, sin incorporación de agua al sistema)
Una de las maneras más fáciles de trabajar para el fabricante de mezclas asfálticas es la de disponer de un betún, 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 áridos entre 20ºC y 50ºC.
En el mercado hay diferentes tipos de aditivos, algunos sujetos a patentes, que actúan sobre la viscosidad del betún o bien en la interfase betún/áridos como:
- Aditivos químicos: Tensoactivos.
- Ceras
Dentro de los aditivos químicos encontramos productos que con pequeñas proporciones, 0,2 % – 0,3 % s/b, y sin modificar la viscosidad del betún ni sus características empíricas y reológicas actúan en la interfase betún/áridos aumentado la fluidez de la mezcla. En general la incorporación en el betún de estos productos es fácil, lográndose con una pequeña agitación o incluso diluyendo en línea durante la carga de cisternas.
Otros productos con los que es posible reducir la viscosidad del betún son las Ceras. Dentro de éstas hay diferentes tipos: Naturales, parafínicas, no parafínicas 100 % sintéticas, no parafínicas parcialmente sintéticas, amidas de ácidos grasos, de polietileno, etc.
Con ellas conseguimos bajar la viscosidad del ligante y por tanto la temperatura durante el proceso de mezclado y compactación unos 20ºC, manteniendo la viscosidad original a temperatura de servicio.
b) Mezclas Semicalientes mediante la adición de pequeñas cantidades de agua (Húmedas)
Existe un grupo de mezclas semicalientes, que emplean para reducir la temperatura de fabricación y extensión, pequeñas cantidades de agua en su composición. Se diferencian así de las mezclas Semicalientes secas, que no contienen en su composición agua, y de las mezclas templadas, que emplean en su composición emulsión bituminosa.
– Mediante el empleo de fílleres hidrofílicos:
Aunque no es el único, el más difundido es la zeolita (aluminosilicato). Su uso es conocido desde mediados de los 90 en Alemania. Actualmente las zeolitas sintéticas más conocidas son las denominadas Aspha-min, que emplea Eurovía y advera de PQ Corporation.
– Mediante la incorporación de áridos húmedos al mezclador
El método más difundido es el de mezclado secuencial con espumación inducida mediante el empleo de áridos húmedos. Este procedimiento es conocido como LEA (Low Energy Asphalt), y está patentado por por el grupo francés Appia-Eiffage. A su vez, este método tiene tres versiones diferentes.
– Incorporación directa de espuma betún
Se trata de una técnica antigua, en torno a los años 50, bastante actualizada en algunos países como Sudáfrica y Canadá, pero que en Europa, y más concretamente en España es una técnica que continúa casi en un período de experimentación. Esquemáticamente sería como se ve en la figura siguiente:
3. MEZCLAS TEMPLADAS
Como ya se ha indicado, es un procedimiento en los que la mezcla se produce sin llegar a calentar los áridos por encima de los 100º y que se colocan en obra, normalmente entre los 60º y 90ºC. En este caso, no existe una variedad de soluciones tan amplia como en el caso de mezclas semicalientes, y de hecho la experiencia española se concentra en las mezclas templadas en las que el ligante empleado es una emulsión.
Establecer la diferenciación de ambos tipos de mezclas por la temperatura de los áridos, a priori parece arriesgada, debido a que hay que hacer una clara diferenciación, entre las mezclas templadas de granulometría abierta y las mezclas templadas con granulometría cerrada, uno de los grandes retos de la industria de fabricación de mezclas asfálticas. Este último tipo de mezclas, aspiraría a mejorar los inconvenientes de puesta en servicio de las mezclas tradicionales en frío, es decir, mejoraría ostensiblemente los tiempos de curado respecto a aquellas, e igualmente tendrían las buenas características de módulo que se les requiere a las mezclas en caliente. Para ello es necesario el empleo de emulsiones especiales, de alta concentración de betún y de penetración del betún residual reducida. Este tipo de emulsiones requieren procesos de fabricación específicos, y un alto conocimiento de las tecnologías de fabricación de emulsiones.
Las temperaturas que requieren los áridos para este tipo de mezclas templadas cerradas, en algunos casos pudiera situarse por encima de los 100º, para asegurar una correcta envuelta con los áridos. Es por ello, que considerar como único elemento de discriminación la temperatura de los áridos para diferenciar mezclas templadas de mezclas semicalientes, especialmente las húmedas, quizá no sea lo más adecuado.
Se obtienen, realizando la envuelta en una planta convencional de caliente, con áridos a una temperatura entre 85º-110º, y una emulsión especial bituminosa como ligante. El objetivo es conseguir de una forma fácil y sin modificaciones en la planta, una mezcla que compagine como hemos dicho, parte de las ventajas de las mezclas en frío y de las mezclas en caliente.
– Ventajas 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 frío.
Lograr una cohesión inicial importante disminuyendo los tiempos de maduración gracias al diseño específico de la emulsión.
Conseguir envueltas al 100% como consecuencia de la temperatura de fabricación y mayor limpieza de los áridos.
Alcanzar mezclas con unas características mecánicas prácticamente idénticas al ensayo Cantabro para las mezclas drenantes y en el módulo dinámico para reciclados y mezclas cerradas.
– Ventajas de las mezclas en frío
Disponer de mezclas más flexibles y considerar sus almacenabilidad.
Disminuir el consumo de combustible en la fabricación de la mezcla.
Reducir considerablemente las emisiones de gases a la atmósfera.
Como se ha comentado anteriormente, hay que hacer una división de este tipo de mezclas templadas, en mezclas templadas abiertas y mezclas templadas cerradas. Si es cierto, que la granulometría condiciona la funcionalidad de la mezcla, la tecnología asociada a unas u otras es completamente diferente, así como su fabricación y puesta en obra.
a) Mezclas abiertas templadas
El huso granulométrico más utilizado es el que correspondería, aproximadamente con el PA-11, aunque también se han empleado granulometrías 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 modificación de la misma.
Para su diseño en laboratorio, además de los ensayos típicos para las mezclas en frío, los combinaremos con los ensayos típicos de las mezclas drenantes, realizándose las pérdidas en húmedo y en seco tras el ensayo cántabro después de un proceso de curado en estufa 48 h a 75ºC y, de no producirse escurrimiento, continuar el curado durante 5 días a 90ºC, y posteriormente dejándolas enfriar antes de romper en el Cántabro. Las pérdidas no deben ser superior a 20% en seco y a 30% tras inmersión. Los contenidos de emulsión habituales para este tipo de mezclas se sitúan 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 técnica con granulometrías cerradas. La tendencia ha sido emplear granulometrías del tipo S con una emulsión que no condicionara la compactación y las primeras horas de servicio de la mezcla.
Sin embargo, en la fabricación de estas mezclas se están detectando inconvenientes, próximos a resolverse. Estos inconvenientes fundamentalmente se basan en contar con mecheros que trabajen a bajos regímenes de calentamiento, elementos de los que no todas las plantas de mezclas en caliente disponen. Adicionalmente, un punto crítico de la fabricación de estas mezclas, consiste en la extracción de la totalidad del fíller de recuperación. 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, condicione posteriormente la relación fíller/betún, así como un posible deterioro de los filtros de mangas por humedad en obras de gran envergadura, si no se dan las necesarias condiciones conservación y mantenimiento.
No obstante, estos problemas, han quedado resueltos por el diseño de plantas específicas para la fabricación de estas mezclas, aunque se trabaja en paralelo 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, no solo para las grandes infraestructuras de carreteras, si no también como alternativa en capas de rodadura en las vias de baja intensidad de tránsito, es decir en los caminos rurales.
Marino Torre
Reponsable d’ Obres . DG Desenvolupament Rural.DAAM. Generalitat de Catalunya.
