Unidad de Postgrado en Ciencias del Transporte Universidad Mayor de San Andrés (UMSA) ________________________La Paz, Octubre de 2014 ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE MEZCLAS ASFALTICAS TIBIAS Y MEZCLAS ASFALTICAS CALIENTES PERFIL DE TESIS DE MAESTRIA TUTOR DE TESIS: Carlos Alex Arteaga Vargas POSTULANTE: Ing. Alvaro Salazar Cuba

La Mezcla Asfáltica en Caliente (MAC) es un material para construcción de pavimentos, compuesto por asfalto y un agregado mineral. El asfalto actúa como un agente ligante y aglutinador de las partículas minerales, formando una masa cohesiva muy efectiva, por lo que resulta un material muy atractivo para construir carpetas de rodadura. Sin embargo, los procesos de mezclado y compactación empleados en las MAC requieren altas temperaturas, por lo que la emisión de gases contaminantes es elevada para el proceso productivo, haciéndolo costoso y causante de daño ambiental. 2

Como solución, se han desarrollado algunas tecnologías destinadas a la disminución de la temperatura mediante la reducción de viscosidad de los ligantes asfálticos a través de Mezclas Asfálticas Tibias (MAT) que generan ahorros en el consumo de combustible durante las operaciones de mezclado y compactación, reducen la emisión de los gases y brindan mejores características en la de calidad del pavimento. La reducción que se produce en el consumo energético en comparación con MAC convencionales presenta disminuciones del 20 al 40% dependiendo del tipo de energía que se utilice durante la producción. Otro factor que influye en beneficio de los costos es la reducción del esfuerzo en la compactación, que genera menor uso de combustible y utilización de la maquinaria. 3

Las mezclas asfálticas en caliente se elaboran siguiendo los siguientes pasos bajo un diseño por el método Marshall:   Almacenamiento de los agregados en los diferentes cortes.   Almacenamiento del asfalto.   Alimentación de los agregados en frio (calibrado).   Secado y calentamiento de los agregados.   Calentamiento del asfalto.   Medición y mezclado de asfalto y agregado.   Carga de la mezcla final en caliente.

Esquema del proceso de elaboración de mezcla asfáltica en caliente:

Comenzó como un experimento europeo entre como una medida para reducir las emisiones de gases del efecto invernadero, disminuir el consumo de combustible y reducir la exposición de los trabajadores a las emanaciones del asfalto. Entre 1997 y 1999, Europa construyó su primer pavimento utilizando mezclas asfálticas tibias, debido a dicho avance, la National Asphalt Pavement Association (NAPA) decidió reunir toda la información para producir mezclas asfálticas tibias (FHWA, 2008). En el 2007 Estados Unidos comenzó un programa investigativo sobre el diseño de mezclas asfálticas tibias conocida como “NCHRP 9-43: Mix Design Practices for Warm Mix Asphalt”, al 2010 se documentaron proyectos relacionados con mezclas asfálticas tibias en 45 estados y en 10 provincias de Canadá de las cuales 30 ya establecieron sus especificaciones. En nuestro país no se tiene información sobre la aplicación de esta técnica en ningún proyecto de asfaltado.

Las mezclas asfálticas tibias (MAT o Warm Mix Asphalt WMA) son un conjunto de tecnologías desarrolladas como una respuesta los gases del efecto invernadero como aporte a los problemas ambientales. Para ello existen diferentes técnicas que buscan reducir la viscosidad del ligante asfáltico y que pueden aplicarse tanto en mezclas continuas como discontinuas. Dichas técnicas se separan en cuatro categorías definidas como:   Utilizando aditivos orgánicos.   Asfaltos espumados.   Tecnologías con bases acuosas.   Uso de aditivos químicos (emulsiones). Las Mezclas Asfálticas Tibias (MAT) son producidas típicamente a temperaturas en un rango entre 120°C a 140°C.

Esta técnica consiste en reducir la viscosidad del ligante utilizando ceras como aditivo orgánico. Las ceras pueden ser adicionadas de dos maneras: al tambor mezclador en forma sólida o bien pueden premezclarse con el asfalto antes de entrar al tambor; esta última es la más apropiada para obtener una distribución más homogénea sin alargar el tiempo de mezclado. Esta técnica es fácil de utilizar en la elaboración de carpetas asfálticas, no es necesario inversiones ni modificación de la planta.

Consiste en añadir pequeñas cantidades de agua y aire comprimido al ligante asfaltico caliente dentro de una cámara de expansión, formando de manera controlada un efecto espumado, que permite aumentar el volumen del asfalto y reducir en apariencia su viscosidad. 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 mm), produciendo una mezcla con agregado fino; este proceso se denomina dispersión del asfalto.

Se producen mezclas tibias de dos formas, en la primera el asfalto espumado se inyecta en el tambor mezclador y en la segunda se adiciona agregado húmedo a la mezcla caliente. Utilizando el primer método de producción, el asfalto en su estado espumado incrementa de 8 a 12 veces su volumen, lo que proporciona un recubrimiento adecuado de los agregados durante el mezclado.

En el caso en que se adicionen agregados húmedos, el proceso de producción consiste en calentar el agregado grueso a 150°C y mezclarlo con el asfalto a las temperaturas normales de mezclado en una MAC, sin embargo, justo antes de que el asfalto entre en el tambor mezclador se adiciona un 0,5% de aditivo por peso total de ligante. Este aditivo funciona como un regulador de la expansión del efecto espumante en el asfalto y a su vez sirve como agente anti-desnudante. Una vez el agregado grueso es recubierto por el asfalto, se mezcla con el agregado fino húmedo (idealmente a 3% de humedad). El vapor de agua producido causa un efecto de espuma en el asfalto que cubre el agregado grueso y luego este asfalto espumado aglutina el agregado fino (o reciclado), lo cual baja su viscosidad y por tanto las temperaturas de compactación

Estas tecnologías involucran el uso de aditivos químicos conocidos como emulsificantes, que se adicionan a una base acuosa y luego es mezclada con altos contenidos de asfalto para obtener finalmente la emulsión. Esta emulsión se mezcla con el agregado caliente, donde la mayor parte del agua se evapora y permite el recubrimiento del agregado con el asfalto. En este proceso es posible encontrarla reducción de las temperaturas de producción hasta de 55°C.

OBJETIVO GENERAL Efectuar un estudio comparativo entre mezclas asfálticas en caliente y mezclas asfálticas tibias, determinando las ventajas en su rendimiento debidas a la disminución de la viscosidad del asfalto y de la temperatura de producción y colocado de la mezcla. OBJETIVOS ESPECIFICOS   Diseñar una mezcla asfáltica tibia a partir de un aditivo orgánico reductor de la viscosidad del asfalto base, definiendo las proporciones que satisfagan el método de diseño Marshall.   Estudiar las propiedades de compactación entre ambos tipos de mezclas.   Estudiar las propiedades de rigidez entre ambos tipos de mezclas.   Estudiar las propiedades de deformación permanente entre ambos tipos de mezclas.   Análisis comparativo de reducción de costos de producción y compactación entre ambos tipos de mezclas.   Análisis comparativo de reducción de emisión de gases durante la producción y compactación entre ambos tipos de mezclas.

GRACIAS POR SU ATENCION