Materiales o Ligantes Asfalticos: Los productos asfálticos utilizados en pavimentos provienen de la destilación del petróleo crudo, ya sea en forma natural o industrial. Estos materiales ligan el agregado pétreo para conformar mezclas asfálticas y son los responsables de brindar, a la capa asfáltica, resistencia mecánica bajo carga monotónica, estática y/o cíclica, impermeabilidad y durabilidad. Algunos tipos de asfaltos utilizados para la fabricación de mezclas asfálticas son: Materiales o Ligantes Asfalticos
- Cemento asfáltico.
- Emulsiones asfálticas.
- Asfaltos rebajados.
- Asfaltos modificados y multigrados.
- Asfaltos espumados.
- Crudos pesados.
- Asfaltitas o asfaltos naturales.
Materiales o Ligantes Asfálticos
Cemento Asfáltico CA
Cemento asfáltico compuesto de asfalto modificado con resinas que le permiten mejorar su adhesividad y la resistencia al agua. Emulsión asfáltica de aspecto pastoso, compuesto por resinas, cargas minerales y aditivos. Formulado con polímeros de alta calidad
El cemento asfáltico se designa por las letras CA o AC (Asphalt Cement en un país anglosajón) y se clasifican por lo general de acuerdo con su consistencia evaluada a través de dos ensayos: penetración y viscosidad. Otra forma de clasificación, usada principalmente en países desarrollados, se realiza a través del grado de funcionamiento (PG por sus siglas en inglés).
En muchos países, a la fecha de publicación del presente documento, los CA se clasifican por lo general de acuerdo con su penetración (INV. E-706-13, ASTM D-5). Físicamente, los resultados de este ensayo pueden ser entendidos como la resistencia que experimenta el cemento asfáltico cuando se permite penetrar en él una aguja normalizada de 100 g de masa durante cinco segundos a una temperatura estándar (25 °C).
Es decir, de manera directa mide la consistencia del CA y de manera indirecta evalúa su rigidez, entendiéndose que, bajo las mismas condiciones de ensayo, el CA más rígido será aquel en el cual la aguja penetre menos. Esta penetración se evalúa en 1/10 de mm, se mide en un “penetrómetro” (ver figura 1.1), y el procedimiento de ensayo puede ser consultado en la especificación INV. E-706-13 (ASTM D-5) del Instituto Nacional de Vías – Invías (2013a).
Las mezclas que se fabrican con CA como ligante son denominadas mezclas en caliente, ya que se necesita calentarlo a altas temperaturas (entre 135 y 160 °C por lo general) para poder adherirlo al agregado pétreo. A temperatura ambiente el CA es un material sólido viscoso que no puede adherirse al agregado pétreo.
Cemento asfáltico modificado
La tecnología de los asfaltos y de las mezclas asfálticas modificadas ha sido ampliamente estudiada y utilizada en el mundo. Con la adición de polímeros u otros productos al asfalto se modifican las propiedades físico-mecánicas, químicas y reológicas de las mezclas asfálticas. Cuando se usa esta tecnología se pretende mejorar el comportamiento que experimentan las mezclas tradicionales cuando son sometidas a diferentes condiciones de carga y del medio ambiente. Materiales o Ligantes Asfalticos
Por lo general, las propiedades que se intentan mejorar son la rigidez y la resistencia bajo carga monotónica, al ahuellamiento, a la fatiga y al envejecimiento, así como disminuir la susceptibilidad térmica y el daño por humedad. El uso de esta tecnología es también frecuente cuando es necesario que la superficie de la carretera posea una vida útil más larga de lo normal o en aplicaciones especializadas que permiten espesores más delgados de capas asfálticas o disminuir dichos espesores (Casey et al., 2008).
Emulsiones asfálticas
Son el producto de la adición de agua a un cemento asfáltico. Para que estos dos materiales se puedan mezclar es necesario incorporar un tercer componente, denominado agente emulsificante, que puede ser arcilla coloidal, silicatos solubles o insolubles, jabón o aceites vegetales sulfatados. Este emulsificante aporta carga eléctrica a la emulsión. Para la fabricación de emulsiones asfálticas se utilizan molinos coloidales o turbinas. El contenido de cemento asfáltico en volumen en la emulsión se encuentra entre 55%-70%. De acuerdo con la velocidad con que se produce el rompimiento (salida del agua de la mezcla), estas emulsiones se dividen en:
- Emulsión asfáltica de rompimiento rápido (RR).
- Emulsión asfáltica de rompimiento medio (RM).
- Emulsión asfáltica de rompimiento lento (RL).
A las emulsiones catiónicas se les antepone la letra C y las aniónicas, la letra A. Agregados pétreos del tipo calcáreo y calizos presentan mayor afinidad con las emulsiones aniónicas, y los basaltos, granitos y de origen silicio, con las catiónicas. Dependiendo del tipo de CA que conforme la emulsión y de la relación entre el CA y el agua, a la nomenclatura del ligante se le adiciona un número que determina si la emulsión es de baja, media y alta viscosidad (0, 1 y 2 respectivamente). Al anterior número se le pueden adicionar las letras h y m, dependiendo de si el CA es 60-70 (h) y modificado (m).
Las mezclas asfálticas que se manufacturan con emulsiones son denominadas mezclas en frío debido a que, para su fabricación, por lo general es necesaria la aplicación de temperaturas inferiores a 60 °C (dependiendo de la viscosidad del CA) mientras que su extensión y compactación se realiza a temperatura ambiente.
Por otro lado, uno de los usos principales que se da a las emulsiones asfálticas es el de la fabricación de mezclas en frío. Otras aplicaciones de estos materiales para pavimentación vial son:
Riego de liga
Es el riego de un producto asfáltico (CRR-1, CRR-2, CRR-1m, CRR-2m) que sirve para adherir dos mezclas asfálticas. Función principal: adherir la capa de rodadura a la base asfáltica o a la base intermedia. Importante: “por ningún motivo se permitirá la aplicación del riego de liga con regaderas, recipientes perforados, cepillos o cualquier otro dispositivo de aplicación manual por gravedad, que no garantice una aplicación completamente homogénea del riego de liga sobre la superficie por tratar. Materiales o Ligantes Asfalticos
La temperatura de aplicación deberá ser tal, que la viscosidad del producto asfáltico se encuentre entre 10 sSF – 40 sSF” . Se recomienda una dosificación de riego de liga entre 200 g/m2 y 300 g/m2. La extensión del riego de liga no se permite cuando la temperatura ambiente sea inferior a 5 °C o durante lluvia o temor a que esta ocurra.
Los riegos de liga también se usan cuando la mezcla asfáltica entra en contacto con la cara vertical de las aceras, las cunetas, etcétera y juntas de pavimento frío.
Imprimación.
Es el riego de un producto asfáltico (CRL-0, CRL-1 o asfalto líquido MC-30, que recubre la base granular no tratada. Funciones principales: adherir la base granular a la carpeta asfáltica e impermeabilizar. Se requiere el empleo de barredoras, sopladoras mecánicas o escobas para limpiar la superficie de la base. Para evitar exudación se debe rociar arena limpia sobre la superficie y luego apisonarla con un compactador de neumáticos.
La cantidad de agregado máxima exigida es de 6 l/m2. Este agregado no debe presentar un contenido de agua superior al 4% y para su caracterización rigen todos los requisitos mínimos de calidad que se exigen para los pétreos que conforman mezclas del tipo sello de arena asfalto (SAA). El exceso de arena debe ser removido antes de la colocación de la capa asfáltica. La temperatura de aplicación deberá ser tal que la viscosidad del producto asfáltico se encuentre entre 5 sSF – 20 sSF (Invías, 2013).
Asfaltos líquidos, rebajados o cut-back
Se producen diluyendo cemento asfáltico en algún solvente derivado del petróleo, generalmente gasolina o bencina. Se designan con las letras RC (asfaltos rebajados de curado rápido, solvente gasolina), MC (asfaltos rebajados de curado medio, solvente queroseno) y SC (asfaltos rebajados de curado lento, solvente aceites pesados de baja volatilidad), seguidas de un número que indica su viscosidad cinemática, medida en centistokes.
En Colombia se ha disminuido su uso debido al incremento en los costos de los solventes y por el alto grado de contaminación ambiental que generan cuando este ligante cura (salida del solvente del ligante). Adicionalmente, en obra, el manejo de este tipo de ligante es peligroso por su alta volatilidad y riesgo de inflamación.
Asfaltos espumados
También denominados asfaltos celulares, son una tecnología utilizada principalmente para estabilización de granulares no tratados o para la fabricación de mezclas en frío y recicladas. Consiste en adicionar agua fría (1% a 2% del peso del CA) y aire a presión, en una “cámara de expansión”, a un cemento asfáltico que se encuentra a alta temperatura (160-180 °C) con el fin de espumarlo, incrementar su volumen rápidamente, reducir viscosidad del ligante e incrementar la adherencia entre el asfalto y el agregado pétreo (ver figura 2). Materiales o Ligantes Asfalticos
Fue desarrollada en 1956 por el Dr. Ladis H. Csanyi, profesor de la Estación Experimental de Ingeniería de la Universidad del Estado de Iowa (USA). Espumar el asfalto reduce su viscosidad considerablemente y aumenta sus propiedades adherentes, haciéndolo apto para mezclar con agregados fríos y húmedos.
Asfaltos Naturales
El asfalto natural es un material bituminoso en estado sólido, compuesto por hidrocarburos de alto peso molecular en estratos que pueden ir desde algunos centímetros a decenas de metros de espesor y presentan gran variedad en su rigidez, por lo que su punto de fusión puede ir de los 100 °C a más de 300 °C. Este material presenta un alto punto de ablandamiento (superior a 90° C) y en el mundo son conocidos como materiales endurecedores de asfaltos (Ameri et al., 2011b; Butt, 2009; Lenfant, 2012) por su alta cantidad de asfaltenos.