M EZCLAS A F BIERTAS EN RÍO ASOCIACIÓN TÉCNICA DE EMULSIONES BITUMINOSAS (ATEB) Coordinado por : José Antonio Soto Javier Nebreda Í N D I C E 1. DEFINICIÓN Y GENERALIDADES. 2. MATERIALES CONSTITUYENTES. 3. DISEÑO DE LA MEZCLA. FÓRMULA DE TRABAJO. 4. FABRICACIÓN Y PUESTA EN OBRA. 5. CAMPOS DE APLICACIÓN. 6. CONTROL DE CALIDAD. 7. CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO. 8. NORMATIVAS VIGENTES. 2 M A F Se trata de un material muy versátil, que EZCLAS BIERTAS EN RÌO permite la realización de rodaduras de gran calidad en carreteras, con tráficos ligeros T3 y T4, o bien pequeñas reparaciones y 1 DEFINICIÓN Y GENERALIDADES. bacheos. En este último aspecto puede ser una solución para la reparación de mezclas drenantes en caliente siempre que se utilicen mezclas abiertas con áridos muy limpios, sin Las mezclas bituminosas abiertas en frío se lajas y una emulsión modificada de rotura definen como la combinación de áridos media como ligante, ECMm. gruesos con una emulsión bituminosa y ocasionalmente algún aditivo que mejore la compatibilidad árido/ligante. 2 M C ATERIALES ONSTITUYENTES. Pueden considerarse, desde el punto de vista medioambiental, “mezclas pro-ecológicas” dado que su fabricación no requiere calentar L os componentes básicos de las Mezclas previamente los componentes, evitando un Bituminosas Abiertas en frío son los Áridos y consumo de energía y emisiones a la el Ligante Bituminoso. atmósfera de gases y humos. Los Áridos deberán cumplir con unas Son mezclas almacenables, siendo especificaciones determinadas en cuanto a aconsejable, para conseguir una mejor granulometría, naturaleza, inalterabilidad, envuelta y trabajabilidad, hacer acopio de la angulosidad, forma, resistencia a la misma durante unas horas. El extendido y fragmentación, resistencia al pulimento y compactación se realizará a temperatura limpieza. ambiente. Se adoptan las denominaciones siguientes: Este tipo de mezclas, sin finos, nos permite obtener rodaduras muy flexibles y por lo tanto • Árido grueso: parte del conjunto de adaptables a las deformaciones de las bases. fracciones retenidas en el tamiz 2 mm de Su alto porcentaje de huecos confieren a la la UNE-EN 933-2. capa de rodadura una elevada macrotextura lo que se traduce en carreteras muy seguras • Árido combinado: es el obtenido por su alta resistencia al deslizamiento y con mezclando las distintas fracciones de los un alto grado de confort por su baja áridos según las proporciones fijadas en sonoridad. la Fórmula de Trabajo. Son mezclas que, por ser pobres en mortero, La bondad o no de la mezcla estará en trabajan por rozamiento interno de los áridos, función de la escrupulosidad con que se de ahí su gran flexibilidad y su buen cumplan las especificaciones que se exigen a comportamiento a la fatiga. los materiales. La gran proporción de huecos en la mezcla Es preciso que los Áridos estén acopiados nos permite la utilización de emulsiones previamente por tamaños para poder bituminosas de rotura media con fluidificantes controlar sus características y hacer la lo que facilita su mejor manejo durante composición granulométrica para encajarla plazos de tiempos importantes, varias dentro del huso exigido en el proyecto. Será semanas, siempre que permanezcan bien uno de los indicados en la tabla 1. acopiados. 3 CERNIDO PONDERAL ACUMULADO (% EN MASA) TIPO Tamices UNE-EN 933-2 (mm) 40 31,5 20 12,5 8 4 2 0,063 AF8 - - - 100 50-75 10-28 0-5 0-2 AF12 - - 100 60-85 30-55 6-24 0-5 0-2 AF20 - 100 70-95 45-70 22-46 3-20 0-5 0-2 AF25 100 81-93 54-78 30-58 16-42 3-20 0-5 0-2 Tabla 1.- Husos Granulométricos de Mezclas Bituminosas Abiertas en Frío. Deberá tenerse la máxima precaución en no abiertas en frío han funcionado contaminarlos con el terreno en donde se perfectamente incluso para tráficos acopien, no aprovechando los últimos superiores a los que hoy se les permite su centímetros bajos del acopio. uso. El mayor problema con el que se ha Puesto que se trata de una mezcla utilizada enfrentado siempre esta técnica ha sido el en rodadura deberemos exigir a los Áridos un considerarla una técnica “menor” en donde Desgaste de los Ángeles y un C.P.A. que nos “todo sirve”. garanticen el buen comportamiento de la mezcla en cuanto a Confort y Seguridad, Se ha demostrado que cuando los materiales para ello deberá cumplir las especificaciones cumplen lo exigido en el Pliego las mezclas de las tablas 2 y 3. CATEGORIA DE MÁXIMO COEFICIENTE TRÁFICO PESADO LOS ÁNGELES T2 ó superior 20 T3 25 T4 y arcenes 30 Tabla 2.- Coeficiente de Desgaste Los Ángeles. CATEGORIA DE MÍNIMO COEFICIENTE DE TRÁFICO PESADO PULIMENTO ACELERADO T2 ó superior 0,45 T3, T4 y arcenes 0,40 Tabla 3.- Coeficiente de Pulimento Acelerado. 4 La limpieza del Árido es muy importante en soportar el tráfico. Áridos con alto porcentaje estas mezclas en frío ya que, sobre todo si de lajas y pocas caras de fractura hacen que además está húmedo, podría formarse una el rozamiento interno sea bajo y por lo tanto “cáscara” con la suciedad y la emulsión que la calidad estructural de la mezcla también impide una buena adhesividad activa y sea baja. Deberán, por tanto, cumplir unos pasiva. Con el paso del tiempo esta cáscara mínimos que vienen reflejados en las tablas 4 se desprende quedándose el Árido limpio, sin y 5. betún, produciéndose su desprendimiento y el deterioro de la mezcla, es por ello que el En cuanto al Ligante Bituminoso se utilizarán contenido de impurezas del árido grueso será emulsiones bituminosas convencionales o inferior a 0,5 %. modificadas, de rotura media, ECM, ECMm, EAM ó EAMm, recogidas en el artículo 213 Las lajas es otra característica que debemos “Emulsiones bituminosas” y el artículo 216 evitar procurando usar Áridos con buena “Emulsiones bituminosas modificadas con forma, que constituyan un esqueleto en polímeros” del Pliego General reflejadas en el donde el rozamiento interno sea capaz de cuadro siguiente. PROPORCIÓN MÍNIMA DE CATEGORIA DE PARTÍCULAS TRITURADAS TRÁFICO PESADO (% en masa) T3 ó superior 90 T4 y arcenes 75 Tabla 4.- Partículas Trituradas. CATEGORIA DE VALOR MÁXIMO DEL TRÁFICO PESADO ÍNDICE DE LAJAS T3 ó superior 30 T4 y arcenes 35 Tabla 5.- Índice de Lajas 5 CARACTERÍSTICAS Unidad Norma ECM ECM-m EAM EAM-m NLT mín. máx. mín. máx. mín. máx. mín máx EMULSIÓN ORIGINAL a 25ºC - - - - 40 - 40 - Viscosidad Saybolt Furol s 138 a 50ºC 20 - 20 - - - - - Carga de partículas 194 positiva negativa Contenido de agua (en volumen) % 137 - 35 - 35 - 40 - 40 Betún asfáltico residual % 139 59 - 59 - 57 - 57 - Fluidificante por destilación % 139 - 12 - 12 - 10 - 10 Sedimentación (a los 7 días) % 140 - 5 - 5 - 5 - 5 Tamizado % 142 ≤ 0,10 0,10 ≤ 0,10 RESIDUO POR EVAPORACIÓN A 163ºC (NLT-147) Penetración (25ºC; 100g; 5s) 0,1 mm 124 130 250 100 220 130 250 100 220 Punto de Reblandecimiento anillo y bola ºC 125 40 - 45 - 40 - Ductilidad * a 25ºC; 5 cm/min) cm 126 ≥ 40 - ≥ 40 - * a 5ºC; 5 cm/min) - ≥ 10 - ≥ 10 Recuperación elástica (25ºC; torsión) % 329 - ≥ 12 - ≥ 12 Solubilidad en tolueno % 130 97,5 - 97,5 - La utilización de emulsiones modificadas C omo cualquier mezcla asfáltica, las nos permite realizar mezclas de mayor Mezclas en Frío deberán estudiarse calidad como consecuencia del betún previamente en el laboratorio para obtener modificado usado para su fabricación. la Fórmula de Trabajo teórica que deberá verificarse y adaptarse a los materiales de Son emulsiones más viscosas que dejan planta, una vez calibrada ésta, antes del una película de ligante alrededor del árido inicio de la obra. más gruesa, por lo que el envejecimiento de la mezcla es menor. Este ligante por Se analizará esta mezcla para comprobar acción del polímero tiene unas que cumple y tiene las mismas características reológicas superiores a las características a la obtenida en convencionales. Son ligantes con menor laboratorio. Una vez verificado esto se susceptibilidad térmica y una recuperación podrá iniciar la obra con total garantía. elástica que le permite asumir deformaciones importantes producidas por Para la obtención de la Fórmula de el tráfico evitando fisuraciones. Trabajo partiremos de los diferentes tamaños de árido que van a constituir la curva granulométrica de la mezcla, para lo 3 D M ISEÑO DE LA EZCLA Y cual nos aseguraremos que la toma de muestras ha sido correcta. Se realizarán O F BTENCIÓN DE LA ÓRMULA las granulometrías correspondientes de T DE RABAJO. cada tamaño para combinarlas y encajar la curva dentro del huso deseado. 6 Un primer ensayo de envuelta según la NLT- Tendremos que comprobar que con el 145 nos dirá si la emulsión es o no adecuada contenido de emulsión recomendado en la ya que observamos, con una dotación fórmula de trabajo no se produce porcentual aproximada según nuestra escurrimiento de la misma, en caso contrario experiencia, cómo ha envuelto y en cuantos actuaremos sobre la fórmula de la emulsión o segundos, cuando se ha producido la rotura sobre los áridos finos. Únicamente deberá de la emulsión, si al continuar agitando se escurrir el agua de la emulsión después de produce descubrición del árido, etc. producirse la rotura de ésta. Una vez que hemos decidido cuál es el tipo Las Mezclas Abiertas en Frío se diseñan en de emulsión que mejor se comporta con base a su comportamiento en el ensayo estos áridos obtendremos el contenido Cántabro, NLT-362, al que se han óptimo teórico de acuerdo con la superficie incorporado las siguientes modificaciones: específica de los áridos según la fórmula 1. Una vez fabricadas las probetas según el B = (K/100) . (1,5A + 2,5B + 4C + 6D + 9E procedimiento descrito en la Norma NLT- R + 12F) siendo: 362, se introducen, recién compactadas, con su molde en una estufa a 75ºC con B = Proporción de betún residual sobre la aireación forzada, después de haberlas R masa seca de los áridos (*). deslizado hasta un extremo de dicho K = Coeficiente de riqueza cuyo valor es: molde y descansando sobre una base K = 1 en capas de rodadura rígida y perforada (malla de 3-4 mm). K = 0,9 en capas inferiores A: % de áridos retenidos en el tamiz 2. Durante 48 horas la estufa deberá UNE 20 mm. mantenerse a 75ºC, al finalizar este B: % de áridos que pasa por el tamiz periodo debemos observar si existen UNE 20 mm y es retenido por el escurrimientos de ligante en la base de UNE 8 mm. cada probeta. Si no escurren, se C: % de áridos que pasa por el tamiz aumentará la temperatura de la estufa UNE 8 mm y es retenido por el hasta 90ºC, permaneciendo esta UNE 4 mm. temperatura durante 5 días. Si, por el D: % de áridos que pasa por el tamiz contrario, aparecen escurrimientos debe UNE 4 mm y es retenido por el abandonarse el ensayo y actuar sobre la UNE 2 mm. emulsión y/o granulometría. E: % de áridos que pasa por el tamiz UNE 2 mm y es retenido por el UNE 3 . Pasado este tiempo, se sacan de la 0,63 mm. estufa dejándolas enfriar durante 2 horas F: % de áridos que pasa por el tamiz para desmoldarlas posteriormente. UNE 0,63 mm. 4. A continuación se procede tal como (*) Se tendrán en cuenta las indica la norma NLT-362 en los puntos 4 correcciones por peso específico y y sucesivos. absorción de los áridos, si son necesarias. Analizados todos los resultados obtenidos con los ensayos descritos definiremos la La Adhesividad frente al agua se valorará Fórmula de Trabajo definitiva en donde se mediante los ensayos recogidos en la norma fijarán los siguientes parámetros: NLT-196, y deberá ser BUENA antes de la acción del agua en forma de lluvia y 1. Identificación y porcentajes de cada ACEPTABLE después de dicha acción. Con fracción del árido a emplear en la el árido de obra el % de cubrición deberá ser mezcla. superior a 80. 7 4 F P O ABRICACIÓN Y UESTA EN BRA. Las mezclas abiertas en frío se fabrican tradicionalmente con las plantas de aglomerado en frío, aunque en ocasiones se emplean plantas de mezclas en caliente. La simplicidad y economía de las primeras las hace muy recomendables para esta técnica. En general consta de los siguientes elementos: 2. Granulometría de la mezcla de áridos según el huso granulométrico solicitado. • Acopios de árido. 3. Tipo y características de la emulsión. • Tolvas de áridos. • Cintas transportadoras. 4. Resultado del ensayo de Envuelta y tiempo de rotura. • Cajón mezclador. • Tanque de emulsión. 5. Grado de cubrición y adhesividad árido/ligante. • Bomba de emulsión. • Pulverizadores de emulsión. 6. Trabajabilidad. 7. Consistencia final. 8. Porcentaje de emulsión bituminosa referido a la masa total de la mezcla de áridos, y el de aditivos, si fuesen necesarios, referido a la masa de la emulsión bituminosa. 9. Densidad obtenida en laboratorio. En la siguiente figura, se muestran dos esquemas de plantas típicas de fabricación de Mezclas bituminosas abiertas en frío. Esquemas de plantas de fabricación simple de Mezclas bituminosas abiertas en frío. 8 Esquema de una planta de fabricación moderna de Mezclas bituminosas abiertas en frío. Además de estos elementos pueden contar ponderal de fíller de aportación y cabina con con otros adicionales como sistema de control de todos los elementos de aporte de agua o aditivos, cribas, etc. dosificación. Las plantas modernas de fabricación de Es evidente que si se pretende desde las Mezclas bituminosas abiertas en frío han técnicas en frío ofrecer materiales similares a evolucionado muy notablemente, pues en su las mezclas en caliente, además de las mayoría poseen sistemas de pesada en características de los materiales hay que línea y están comandadas desde una cabina ofrecer capacidad de producción, fiabilidad y de control similar a la de una planta en costes similares. Los costes una vez más caliente. están muy condicionados por la capacidad de producción de la instalación. Estas plantas modernas de fabricación de estas mezclas bituminosas permiten fabricar En el mercado existen hoy en día plantas de de 100 a 200 t/h de mezcla en frío. Son fabricación de mezclas en frío que ofrecen transportables o fijas. Presentan sistemas de una capacidad de producción y un nivel de dosificación ponderal. Una o dos cintas. Uno control durante la producción similar al de las o dos mezcladores. Dosificador volumétrico mejores plantas en caliente. Este ha sido un de agua, aditivos y emulsión. Dosificador avance significativo en los últimos años. Planta de fabricación de Mezclas bituminosas abiertas en frío. 9 Naturalmente antes de empezar a fabricar, nos permitan poder actuar sobre el sea cual sea el tipo de planta que se emplee, porcentaje previsto hasta el ajuste definitivo. la primera operación que deberemos hacer será su calibración mediante los dispositivos Si la planta es continua graduaremos la dosificadores de árido y ligante, midiendo inclinación del mezclador para que la tiempos y pesando materiales hasta producción sea la más alta con la mejor conseguir la dosificación deseada según la envuelta. A la salida del mezclador se Fórmula de Trabajo. formará un primer acopio en forma de cono en donde podremos ir observando ciertas Una vez adaptados todos los mecanismos y características como formación de bolas, caudalímetros de la planta procederemos a finos/ligante, tiempo de rotura, segregación hacer una primera fabricación en la que de gruesos en la base del cono, observaremos si la mezcla cumple a primera escurrimientos de agua o de emulsión, etc. vista con las características deseadas en cuanto a: En cualquier caso, sólo cuando la pala cargadora cargue la mezcla de este acopio, y • Envuelta. la traslade al definitivo para su posterior transporte a obra, sabremos si será apta • Escurrimiento. para su aplicación, comprobando su aspecto • Trabajabilidad. en cuanto a envuelta y manejabilidad. • Formación de “bolas” de filler/ligante. Los acopios deberán hacerse cumpliendo las instrucciones que se siguen para los áridos • Segregación de gruesos en la base del con la precaución, al cargar los camiones con acopio. la mezcla, de no apurar demasiado la parte baja del mismo, evitando así que la pala • Tiempo de rotura de la emulsión. cargue también parte del terreno natural • Grado de cubrición/descubrición. sobre el que se ha formado el acopio. El transporte a obra se hará por medio de De esta primera fabricación se tomarán camiones bañera de caja lisa y estanca. muestras para determinar si la granulometría y el contenido de ligante se ajustan a lo La extensión de la mezcla se realizará con establecido en la Fórmula de Trabajo. extendedoras convencionales de orugas o neumáticos, y deberán tomarse las mismas Una vez calibrada la planta se procederá a la precauciones que con las mezclas en fabricación y acopio de la mezcla para iniciar caliente en cuanto a limpieza de la base y su extendido en la carretera. Riegos de Adherencia, y espesor de capa. Las plantas de fabricación pueden ser Las juntas transversales y longitudinales, con continuas, las más utilizadas, o discontinuas. este tipo de mezclas con alta trabajabilidad, En este último caso se introducirán los áridos son menos críticas que en el caso de las en el mezclador y a continuación la emulsión mezclas en caliente. bituminosa, fijándose el tiempo de mezclado según el grado de envuelta. No debemos agotar toda la mezcla de la tolva de la extendedora, levantando los El número de tolvas de áridos será como laterales de forma violenta, para evitar mínimo igual al número de fracciones de segregaciones, ya que con este tipo de árido que vayamos a utilizar y dispondrán de mezclas no corremos el riesgo que se dispositivos adecuados para regular la enfríen. proporción de cada uno según la Fórmula de Trabajo prefijada. La compactación se realizará con rodillos metálicos, lisos y con compactadores de La emulsión bituminosa podrá dosificarse neumáticos comenzando por los bordes y adecuadamente mediante dispositivos que progresando hacia el centro del carril, 10