Diseño de Mezclas Asfálticas en Frío

El asfalto, gracias a sus propiedades físicas y químicas, es un material altamente utilizado en el sector de la construcción, principalmente en recubrimientos viales. Según sus características y los procesos adicionales a los que se somete, se pueden identificar diferentes tipos de asfaltos y a partir de ellos se hacen mezclas para aplicaciones muy específicas. Hoy en día, las mezclas en frío son altamente utilizadas para hacer pequeñas reparaciones en las superficies y bacheos, pues tienen la ventaja de ofrecer las propiedades generales de una mezcla en caliente sin que se tenga que recurrir a procesos de calentamiento para su puesta en obra. A continuación presentamos algunos aspectos básicos para el diseño y aplicación de una mezcla asfáltica en frío.

El asfalto en frío se prepara con una mezcla de emulsiones súper estables y agregado partido y graduado, ya sea en planta, en una mezcladora en frío o en el mismo lugar donde se utilizará. Las emulsiones que se utilizan para prepararlo no tienen solventes, por lo que la mezcla no se puede almacenar durante mucho tiempo antes de su utilización. Las características del agregado que se emplee para la mezcla pueden variar, pero lo recomendado es que cuente con un mínimo de 35 en equivalente de arena y que en caso de que tenga un equivalente de arena inferior a 25 se agregue cal o cemento a la mezcla para aumentar sus propiedades de resistencia al agua.

El diseño de una mezcla asfáltica fría parte de la búsqueda de una emulsión que le dé al asfalto un buen nivel de trabajabilidad, un buen recubrimiento y una buena compactación en las condiciones de uso que se hayan planificado para posteriormente determinar el contenido de asfalto que presentará. Es importante considerar que las mezclas requieren de una emulsión diferente si se realizan en una mezcladora en frío o en planta y que para el cálculo del contenido de asfalto se debe recurrir a las mismas fórmulas utilizadas para diseñar las mezclas en caliente, las cuales parten de la curva granulométrica del agregado. Un factor que se tiene que considerar al momento de hacer el diseño de la mezcla es el grado de resistencia al agua que presenta la mezcla parcial y la resistencia cuando ya está completamente curada, ya que como hemos mencionado, en caso de que no reúna las características deseadas resultará necesario agregar cal o cemento a la mezcla para mejorar su impermeabilidad.

Para que la mezcla ofrezca un buen recubrimiento es necesario determinar el contenido de agua de pre humectación que requiere el asfalto ya preparado. Para ello se recurre al análisis de diferentes mezclas (con la cantidad de emulsión correspondiente al contenido de asfalto) con 500 g de agregado y diferentes contenidos de agua que se mezclan durante medio minuto para después comprobar si el recubrimiento se encuentra entre el 85 y el 100%. En caso de que el recubrimiento esté por debajo de este rango se tiene que ajustar el contenido de agua de pre humectación, ya que el exceso de líquido puede afectar la compactación de la mezcla asfáltica. Cabe mencionar que lo ideal es que el control del contenido de agua se haga en obra para obtener mejores resultados.

Por otra parte, durante el transporte y aplicación de la mezcla el agregado se debe descubrir y la emulsión se tiene que drenar y ambos componentes (emulsión y agregado) tienen que ser compatibles para hacer una mezcla de buena calidad. Para evaluar la compatibilidad se preparan 100 g de muestra sin compactar y se cura en estufa a 60 °C durante toda la noche y posteriormente se realiza sobre ella el ensayo de recubrimiento en ebullición.

En cuanto a la trabajabilidad de la mezcla preparada podemos mencionar que el tiempo que le lleva tomar forma es variable y puede ir desde minutos hasta días. El tiempo es uno de los factores que determina la trabajabilidad de la mezcla en un proyecto en específico ya que influye en el transporte y aplicación de la misma. Los ensayos de trabajabilidad se realizan guardando porciones de la mezcla en bolsas plásticas o recipientes cerrados sobre los que se colocan pesos para simular la presión. Las mezclas se analizan a diferentes tiempos y según los resultados de estos análisis se puede determinar cambiar de emulsión o bien, disponer diferentes condiciones para el transporte y almacenamiento de la mezcla antes de su aplicación.

Mientras tanto, la medición de la compactibilidad de la mezcla para obtener el asfalto en frío adecuado para el uso que se le pretenda se realiza mediante la aplicación de un esfuerzo de compactación normalizado. Para ello se mide la densidad de la mezcla a partir de una probeta compactada curada por secado en estufa a 60 °C durante toda la noche. Por otro lado, la evaluación del contenido óptimo de asfalto consiste en la preparación de varias probetas con diferente contenido de emulsión para curarlas a 60 °C durante 48 horas. Posteriormente se determinan las propiedades estructurales de la mezcla utilizando los parámetros de estabilidad Marshall, Hveen, California Bearing Ratio o un módulo de resilencia. El contenido óptimo de asfalto debe presentar resistencia al agua y al ahuellamiento, así como cumplir con todos los requisitos de módulo de Stiffness. Finalmente otra prueba que se realiza para diseñar la mezcla en frío adecuada es la resistencia al agua. Para ello se utilizan probetas curadas durante tres días y la medida de resistencia al agua resultante debe ser de al menos 55%.

Después del diseño se procede a la preparación de la mezcla. En el ámbito vial, que es en el que se utilizan más las mezclas asfálticas, se emplea una mezcladora en frío. Para obtener mezclas de una calidad constante se recomienda utilizar dos o más tolvas para distintos tamaños de agregados aunque también se pueden utilizar plantas para mezclas en caliente, en cuyo caso es necesario regular el nivel de humedad del agregado que se utilice. Para aplicar la mezcla en frío se puede utilizar un vehículo paver o grader según las necesidades de la obra. Es importante considerar que con una combinación de rodillos neumáticos y metálicos se obtiene una mejor compactación en una secuencia que comience con varias pasadas con rodillo metálico, después con vibrador, con rodillo neumático y finalmente con un rodillo metálico. La capa de mezcla asfáltica preparada en frío puede tener un espesor máximo de 10 centímetros para compactarse correctamente, por lo que si se requiere un espesor mayor se deben aplicar la mezcla en varias capas de máximo 10 centímetros cada una.

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