Hormigón asfáltico
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Planta de mezcla de asfalto por lotes
Una máquina de colocación de hormigón asfáltico, alimentada desde un camión volquete

El hormigón asfáltico (comúnmente llamado asfalto , [1] asfalto o pavimento en América del Norte, y asfalto , betún macadán o asfalto laminado en el Reino Unido y la República de Irlanda) es un material compuesto comúnmente utilizado para pavimentar carreteras , estacionamientos , aeropuertos y el núcleo de las presas de terraplén . [2] Las mezclas asfálticas se han utilizado en la construcción de pavimentos desde principios del siglo XX. [3] Consiste en agregados minerales ligadosjunto con el asfalto , tendido en capas y compactado. El proceso fue refinado y mejorado por el inventor belga-estadounidense Edward De Smedt . [4]

Los términos concreto asfáltico (o asfáltico ) , concreto asfáltico bituminoso y mezcla bituminosa se usan típicamente solo en documentos de ingeniería y construcción, que definen concreto como cualquier material compuesto compuesto de agregado mineral adherido con un aglutinante. La abreviatura, AC , a veces se usa para concreto asfáltico, pero también puede denotar contenido de asfalto o cemento asfáltico , refiriéndose a la porción de asfalto líquido del material compuesto.

Formulaciones de mezclas

Como se muestra en esta sección transversal, muchas carreteras antiguas se suavizan aplicando una capa delgada de concreto asfáltico al concreto de cemento Portland existente , creando un pavimento compuesto .

La mezcla de asfalto y áridos se logra de varias formas: [5]

Hormigón asfáltico de mezcla en caliente (comúnmente abreviado como HMA)
Esto se produce calentando el aglutinante de asfalto para disminuir su viscosidad y secando el agregado para eliminar la humedad antes de mezclarlo. La mezcla se realiza generalmente con el agregado a aproximadamente 300 ° F (aproximadamente 150 ° C) para asfalto virgen y 330 ° F (166 ° C) para asfalto modificado con polímero, y el cemento asfáltico a 200 ° F (95 ° C). La pavimentación y compactación deben realizarse con el asfalto suficientemente caliente. En muchos países, la pavimentación está restringida a los meses de verano porque en invierno la base compactada enfriará demasiado el asfalto antes de que pueda empacarse a la densidad requerida. HMA es la forma de hormigón asfáltico más comúnmente utilizada en pavimentos de alto tráfico , como los de las principales carreteras , pistas de carreras y aeródromos.. También se utiliza como revestimiento ambiental para vertederos, embalses y estanques de criaderos de peces. [6]
Máquina de colocación de hormigón asfáltico en funcionamiento en Laredo, Texas
Concreto asfáltico de mezcla en caliente (comúnmente abreviado como WMA)
Esto se produce agregando zeolitas , ceras , emulsiones asfálticas o, a veces, incluso agua al aglutinante asfáltico antes de mezclar. Esto permite temperaturas de mezcla y colocación significativamente más bajas y da como resultado un menor consumo de combustibles fósiles , liberando así menos dióxido de carbono y aerosoles.y vapores. No solo mejoran las condiciones de trabajo, sino que la temperatura de colocación más baja también conduce a una disponibilidad más rápida de la superficie para su uso, lo cual es importante para sitios de construcción con horarios críticos. El uso de estos aditivos en el asfalto mezclado en caliente (arriba) puede permitir una compactación más fácil y permitir la pavimentación en climas fríos o recorridos más largos. El uso de mezcla tibia se está expandiendo rápidamente. Una encuesta de productores de asfalto de EE. UU. Encontró que casi el 25% del asfalto producido en 2012 era una mezcla caliente, un aumento del 416% desde 2009. [7] Se pueden desarrollar pavimentos de carreteras más limpios combinando WMA y reciclaje de materiales. La tecnología Warm Mix Asphalt (WMA) tiene beneficios ambientales, económicos y de producción. [8]
Hormigón asfáltico en frío
Este se produce emulsionando el asfalto en agua con un agente emulsionante antes de mezclarlo con el agregado. Mientras que en su estado emulsionado, el asfalto es menos viscoso y la mezcla es fácil de trabajar y compacta. La emulsión se romperá después de que se evapore suficiente agua y la mezcla fría, idealmente, adquirirá las propiedades de un pavimento HMA. La mezcla fría se usa comúnmente como material de parcheo y en carreteras de servicio con menos tráfico.
Hormigón asfáltico recortado
Es una forma de mezcla de asfalto en frío que se produce disolviendo el aglutinante en queroseno u otra fracción más ligera de petróleo antes de mezclarlo con el agregado. Mientras que en su estado disuelto, el asfalto es menos viscoso y la mezcla es fácil de trabajar y compacta. Una vez depositada la mezcla, la fracción más ligera se evapora. Debido a la preocupación por la contaminación de los compuestos orgánicos volátiles en la fracción más liviana, el asfalto cortado ha sido reemplazado en gran parte por emulsión asfáltica. [9]
Hormigón asfáltico de masilla o asfalto laminado
Esto se produce calentando betún soplado de grado duro (es decir, parcialmente oxidado) en una olla de cocción verde (mezcladora) hasta que se convierte en un líquido viscoso, después de lo cual se agrega la mezcla de agregados.
La mezcla de agregado de betún se cuece (madura) durante aproximadamente 6 a 8 horas y, una vez que está lista, la mezcladora de asfalto de masilla se transporta al lugar de trabajo donde las capas experimentadas vacían la mezcladora y, ya sea a máquina o a mano, colocan el contenido de asfalto de masilla sobre el la carretera. El concreto asfáltico de masilla generalmente se coloca con un espesor de alrededor de 3 ⁄ 4 - 1 + 3 ⁄ 16  pulgadas (20–30 mm) para aplicaciones en senderos y caminos y alrededor de 3 ⁄ 8 de pulgada (10 mm) para aplicaciones de pisos o techos.
Hormigón asfáltico de alto módulo, a veces denominado por el acrónimo en francés EMÉ (enrobé à module élevé)
Para ello se utiliza una formulación bituminosa muy dura (penetración 10/20), a veces modificada, en proporciones cercanas al 6% en peso de los áridos, así como una alta proporción de polvo mineral (entre 8-10%) para crear un hormigón asfáltico. capa con un alto módulo de elasticidad (del orden de 13000  MPa). Esto permite reducir el espesor de la capa base hasta un 25% (dependiendo de la temperatura) en relación con el betún convencional, [10] ofreciendo al mismo tiempo resistencias a la fatiga muy elevadas. [11] Las capas de asfalto de alto módulo se utilizan tanto en operaciones de refuerzo como en la construcción de nuevos refuerzos para tráfico medio y pesado. En las capas de base, tienden a presentar una mayor capacidad de absorción de tensiones y, en general, una mejor resistencia a la fatiga.[12]

Además del asfalto y el agregado, se pueden agregar aditivos, tales como polímeros y agentes antideslizantes para mejorar las propiedades del producto final.

Áreas pavimentadas con asfalto de hormigón especialmente plataformas de aeropuertos -tienen sido llamados "la pista" a veces, a pesar de no haber sido construida utilizando el tarmacadam proceso. [13]

Se ha desarrollado una variedad de mezclas especiales de concreto asfáltico para satisfacer necesidades específicas, como el asfalto de matriz de piedra , que está diseñado para garantizar una superficie de desgaste muy fuerte, o los pavimentos de asfalto poroso , que son permeables y permiten que el agua drene a través del pavimento para controlar las aguas pluviales.

Características de presentación

Una calle de rodaje del aeropuerto , uno de los usos del hormigón asfáltico

Los diferentes tipos de concreto asfáltico tienen diferentes características de desempeño en términos de durabilidad de la superficie, desgaste de los neumáticos, eficiencia de frenado y ruido de la calzada . En principio, la determinación de las características adecuadas de rendimiento del asfalto debe tener en cuenta el volumen de tráfico en cada categoría de vehículo y los requisitos de rendimiento del circuito de fricción.

El hormigón asfáltico genera menos ruido en la calzada que una superficie de hormigón de cemento Portland y, por lo general, es menos ruidoso que las superficies de sellado de virutas . [14] [15] Debido a que el ruido de los neumáticos se genera mediante la conversión de energía cinética en ondas sonoras , se produce más ruido a medida que aumenta la velocidad de un vehículo. La noción de que el diseño de carreteras podría tener en cuenta consideraciones de ingeniería acústica, incluida la selección del tipo de pavimento de la superficie, surgió a principios de la década de 1970. [14] [15]

Con respecto al desempeño estructural, el comportamiento del asfalto depende de una variedad de factores que incluyen el material, la carga y las condiciones ambientales. Además, el rendimiento del pavimento varía con el tiempo. Por lo tanto, el comportamiento a largo plazo del pavimento asfáltico es diferente de su comportamiento a corto plazo. El LTPP es un programa de investigación de la FHWA , que se centra específicamente en el comportamiento del pavimento a largo plazo. [16] [17]

Degradación y restauración

Asfalto dañado por las heladas

El deterioro del asfalto puede incluir grietas de cocodrilos , baches , agitación, desmoronamiento, sangrado , surcos , empujones, desprendimientos y depresiones de grado. En climas fríos, las heladas pueden agrietar el asfalto incluso en un invierno. Llenar las grietas con betún es una solución temporal, pero solo la compactación y el drenaje adecuados pueden retrasar este proceso.

Los factores que hacen que el concreto asfáltico se deteriore con el tiempo se dividen principalmente en una de tres categorías: calidad de la construcción, consideraciones ambientales y cargas de tráfico. A menudo, el daño resulta de combinaciones de factores en las tres categorías.

La calidad de la construcción es fundamental para el rendimiento del pavimento. Esto incluye la construcción de zanjas de servicios públicos y accesorios que se colocan en el pavimento después de la construcción. La falta de compactación en la superficie del asfalto, especialmente en la junta longitudinal, puede reducir la vida útil de un pavimento entre un 30 y un 40%. Se ha dicho que las zanjas de servicio en los pavimentos después de la construcción reducen la vida útil del pavimento en un 50%, [ cita requerida ] principalmente debido a la falta de compactación en la zanja y también a la entrada de agua a través de juntas mal selladas.

Los factores ambientales incluyen el calor y el frío, la presencia de agua en la subbase o el suelo de la subrasante debajo del pavimento y las heladas.

Las altas temperaturas ablandan el aglomerante de asfalto, lo que permite que las cargas pesadas de los neumáticos deformen el pavimento en surcos. Paradójicamente, las altas temperaturas y la luz solar intensa también hacen que el asfalto se oxide, volviéndose más rígido y menos resistente, lo que lleva a la formación de grietas. Las bajas temperaturas pueden causar grietas a medida que el asfalto se contrae. El asfalto frío también es menos resistente y más vulnerable al agrietamiento.

El agua atrapada debajo del pavimento suaviza la subbase y la subrasante, lo que hace que la carretera sea más vulnerable a las cargas de tráfico. El agua debajo de la carretera se congela y se expande en clima frío, causando y agrandando grietas. En el deshielo de primavera, el suelo se derrite de arriba hacia abajo, por lo que el agua queda atrapada entre el pavimento de arriba y el suelo aún congelado debajo. Esta capa de suelo saturado proporciona poco soporte para la carretera de arriba, lo que lleva a la formación de baches. Esto es más un problema para los suelos limosos o arcillosos que para los suelos arenosos o con grava. Algunas jurisdicciones aprueban leyes sobre heladas para reducir el peso permitido de los camiones durante la temporada de deshielo de primavera y proteger sus carreteras.

El daño que causa un vehículo es aproximadamente proporcional a la carga del eje elevada a la cuarta potencia, por lo que duplicar el peso que soporta un eje en realidad causa 16 veces más daño. [18] Las ruedas hacen que la carretera se flexione ligeramente, lo que produce grietas por fatiga , que a menudo conducen a grietas de cocodrilo. La velocidad del vehículo también influye. Los vehículos que se mueven lentamente estresan la carretera durante un período de tiempo más largo, aumentando los surcos, grietas y ondulaciones en el pavimento de asfalto.

Otras causas de daño incluyen el daño por calor de los incendios de vehículos o la acción de solventes por derrames de productos químicos.

Prevención y reparación de la degradación.

Pavimento asfáltico sealcoating de la máquina

La vida útil de una carretera se puede prolongar mediante buenas prácticas de diseño, construcción y mantenimiento. Durante el diseño, los ingenieros miden el tráfico en una carretera, prestando especial atención al número y tipo de camiones. También evalúan el subsuelo para ver cuánta carga puede soportar. Los espesores del pavimento y de la subbase están diseñados para soportar las cargas de las ruedas. A veces, se utilizan geomallas para reforzar la subbase y fortalecer aún más las carreteras. El drenaje, incluidas las zanjas , los desagües pluviales y los desagües subterráneos se utilizan para eliminar el agua del lecho de la carretera, evitando que debilite la subbase y el subsuelo.

El asfalto Sealcoating es una medida de mantenimiento que ayuda a mantener el agua y los productos derivados del petróleo fuera del pavimento.

El mantenimiento y la limpieza de zanjas y desagües pluviales prolongará la vida útil de la carretera a bajo costo. Sellar las grietas pequeñas con un sellador bituminoso para grietas evita que el agua agrande las grietas debido a la intemperie o se filtre hasta la subbase y la ablande.

Para carreteras algo más deterioradas, se puede aplicar un sellador de virutas o un tratamiento superficial similar. A medida que aumenta el número, el ancho y la longitud de las grietas, se necesitan reparaciones más intensivas. En orden de gastos generalmente crecientes, estos incluyen capas superpuestas de asfalto delgadas, capas superpuestas de varios cursos, rectificado de la hilada superior y superposición, reciclaje en el lugar o reconstrucción a profundidad completa de la calzada.

Es mucho menos costoso mantener una carretera en buenas condiciones que repararla una vez que se ha deteriorado. Es por esto que algunas agencias dan prioridad al mantenimiento preventivo de caminos en buen estado, en lugar de reconstruir caminos en mal estado. Las carreteras en mal estado se mejoran según lo permitan los recursos y el presupuesto. En términos de costo de por vida y condiciones del pavimento a largo plazo, esto resultará en un mejor desempeño del sistema. Las agencias que se concentran en restaurar sus carreteras en mal estado a menudo encuentran que cuando las han reparado todas, las carreteras que estaban en buenas condiciones se han deteriorado. [19]

Algunas agencias utilizan un sistema de gestión de pavimentos para ayudar a priorizar el mantenimiento y las reparaciones.

Reciclaje

Contenido fusionado de pavimento asfáltico recuperado (RAP) hasta aquí. Ver Charla: Hormigón asfáltico # Propuesta de fusión .

Los trozos de pavimento asfáltico recuperado (RAP) se depositan para su reciclaje.

El hormigón asfáltico es un material reciclable que se puede recuperar y reutilizar tanto in situ como en plantas de asfalto . [20] El componente reciclado más común en el hormigón asfáltico es el pavimento asfáltico recuperado (RAP). El RAP se recicla a una tasa mayor que cualquier otro material en los Estados Unidos. [21] Las mezclas de hormigón asfáltico también pueden contener tejas asfálticas recuperadas (RAS). La investigación ha demostrado que RAP y RAS pueden reemplazar la necesidad de hasta el 100% del agregado virgen y el aglutinante asfáltico en una mezcla, [22] pero este porcentaje es típicamente más bajo debido a requisitos regulatorios y preocupaciones de desempeño. En 2019, las nuevas mezclas de pavimento asfáltico producidas en los Estados Unidos contenían, en promedio, 21,1% de RAP y 0,2% de RAS. [21]

Métodos de reciclaje

Los componentes de asfalto reciclado pueden recuperarse y transportarse a una planta de asfalto para su procesamiento y uso en pavimentos nuevos, o todo el proceso de reciclaje puede realizarse en el lugar. [20] Si bien el reciclaje en el lugar generalmente ocurre en carreteras y es específico de RAP, el reciclaje en plantas de asfalto puede utilizar RAP, RAS o ambos. En 2019, las plantas de asfalto de Estados Unidos aceptaron aproximadamente 97,0 millones de toneladas de RAP y 1,1 millones de toneladas de RAS. [21]

Por lo general, las plantas reciben RAP después de ser molido en el sitio, pero los pavimentos también pueden arrancarse en secciones más grandes y triturarse en la planta. Los molinos de RAP generalmente se almacenan en las plantas antes de incorporarse a nuevas mezclas de asfalto. Antes de mezclar, las moliendas apiladas se pueden secar y las que se hayan aglomerado en el almacenamiento pueden tener que triturarse. [20]

Las plantas de asfalto pueden recibir RAS como desechos posteriores a la fabricación directamente de las fábricas de tejas, o pueden recibirse como desechos posteriores al consumo al final de su vida útil. [21] El procesamiento de RAS incluye triturar las tejas y tamizar las trituraciones para eliminar las partículas de gran tamaño. Los molidos también se pueden tamizar con un tamiz magnético para quitar clavos y otros desechos metálicos. A continuación, se seca el RAS molido y se puede extraer el aglutinante de cemento asfáltico. [23] Para obtener más información sobre el procesamiento de RAS, el rendimiento y los problemas de salud y seguridad asociados, consulte Tejas de asfalto .

Los métodos de reciclaje en el lugar permiten rehabilitar las carreteras recuperando el pavimento existente, remezclando y repavimentando en el sitio. Las técnicas de reciclaje en el lugar incluyen escombros , reciclaje en caliente en el lugar, reciclaje en frío en el lugar y recuperación en profundidad . [20] [24] Para obtener más información sobre los métodos in situ, consulte Superficie de la carretera .

Rendimiento

Durante su vida útil, el aglutinante de cemento asfáltico, que constituye aproximadamente del 5 al 6% de una mezcla típica de hormigón asfáltico, [25] se endurece naturalmente y se vuelve más rígido. [26] [27] [20] Este proceso de envejecimiento se produce principalmente debido a la oxidación, evaporación, exudación y endurecimiento físico. [20] Por esta razón, las mezclas de asfalto que contienen RAP y RAS son propensas a exhibir una menor trabajabilidad y una mayor susceptibilidad al agrietamiento por fatiga. [22] [23] Estos problemas se pueden evitar si los componentes reciclados se distribuyen correctamente en la mezcla. [26] [22]Practicar el almacenamiento y la manipulación adecuados, como mantener las existencias de RAP fuera de las áreas húmedas o de la luz solar directa, también es importante para evitar problemas de calidad. [22] [20] El proceso de envejecimiento del aglomerante también puede producir algunos atributos beneficiosos, como contribuir a niveles más altos de resistencia a la formación de surcos en asfaltos que contienen RAP y RAS. [27] [28]

Un enfoque para equilibrar los aspectos de rendimiento de RAP y RAS es combinar los componentes reciclados con agregado virgen y aglutinante de asfalto virgen. Este enfoque puede ser eficaz cuando el contenido reciclado en la mezcla es relativamente bajo, [26] y tiene una tendencia a funcionar más eficazmente con aglutinantes vírgenes blandos. [27] Un estudio de 2020 encontró que la adición de 5% de RAS a una mezcla con un aglutinante virgen suave de baja calidad aumentó significativamente la resistencia a la formación de surcos de la mezcla mientras se mantenía una resistencia adecuada al agrietamiento por fatiga. [28]

En mezclas con mayor contenido reciclado, la adición de aglutinante virgen se vuelve menos eficaz y se pueden utilizar rejuvenecedores. [26] Los rejuvenecedores son aditivos que restauran las propiedades físicas y químicas del aglutinante envejecido. [27] Cuando se utilizan métodos de mezcla convencionales en plantas de asfalto, el límite superior para el contenido de RAP antes de que los rejuvenecedores sean necesarios se ha estimado en un 50%. [22] La investigación ha demostrado que el uso de rejuvenecedores en dosis óptimas puede permitir mezclas con componentes 100% reciclados para cumplir con los requisitos de rendimiento del hormigón asfáltico convencional. [22] [26]

Otros materiales reciclados en hormigón asfáltico

Más allá de RAP y RAS, una variedad de materiales de desecho se pueden reutilizar en lugar de agregados vírgenes o como rejuvenecedores. Se ha demostrado que el caucho granulado, generado a partir de neumáticos reciclados, mejora la resistencia a la fatiga y la resistencia a la flexión de las mezclas asfálticas que contienen RAP. [29] [30] En California, los mandatos legislativos requieren que el Departamento de Transporte incorpore caucho desmenuzado en los materiales de pavimentación de asfalto. [31] Otros materiales reciclados que se incluyen activamente en las mezclas de hormigón asfáltico en los Estados Unidos incluyen escoria de acero, escoria de alto horno y fibras de celulosa. [21]

Se han realizado más investigaciones para descubrir nuevas formas de desechos que pueden reciclarse en mezclas asfálticas. Un estudio de 2020 realizado en Melbourne, Australia, presentó una serie de estrategias para incorporar materiales de desecho al hormigón asfáltico. Las estrategias presentadas en el estudio incluyen el uso de plásticos, particularmente polietileno de alta densidad, en aglutinantes de asfalto, y el uso de residuos de canteras de vidrio, ladrillo, cerámica y mármol en lugar del agregado tradicional. [32]

Los rejuvenecedores también se pueden producir a partir de materiales reciclados, incluido el aceite de motor de desecho, el aceite vegetal de desecho y la grasa vegetal de desecho. [26]

Ver también

  • Regla flotante libre
  • Macadán
  • Método de estabilidad Marshall
  • Pavimentadora
  • Armadura de plastico
  • Superficie de la carretera
  • Abrigo de foca
  • Asfalto estampado

Referencias

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