Emulsiones y Mezclas Bituminosas: Composición, Fabricación, Ensayos y Aplicaciones

Emulsiones Bituminosas

Son dispersiones de pequeñas partículas de un ligante hidrocarbonato en una solución de agua y un agente emulsionante de carácter aniónico o catiónico. Su aparición se debe a la dificultad que supone el manejo de los ligantes bituminosos, como betunes asfálticos, a temperatura ambiente debido a su gran viscosidad. La emulsión disminuye la viscosidad del ligante, facilitando su puesta en obra, y además puede manejarse a baja temperatura, incluso con áridos húmedos. Es la forma más económica, menos contaminante y de menores exigencias energéticas para aplicar betún asfáltico en carreteras. Las técnicas en frío basadas en emulsiones son ecológicas, disminuyendo o eliminando la contaminación por evaporación de fluxantes, humos de calentamiento y polvo.

Tipos de Emulsiones

• Tiempo de rotura (España):
  • Lenta
  • Media
  • Rápida
• Carga de las partículas (Europa):
  • Aniónicas
  • Catiónicas

Fabricación de Emulsiones Bituminosas

Se emplean medios mecánicos como homogeneizadores o molinos coloidales para dispersar el betún en la fase acuosa. Intervienen dos tipos de energía:

• Cizallamiento: Fragmentación del ligante.
• Físico-Química: Aportada por el emulgente.

Rotura de Emulsiones

Fabricar una emulsión es sencillo, pero si no es estable, las fases se separan, produciendo la coagulación o rotura. La rotura debe ocurrir al ponerse en obra, evaporándose el agua y quedando el betún envolviendo el árido. Si rompe antes, el reparto no será uniforme. En emulsiones aniónicas, la rotura se debe a la evaporación del agua y la atracción de partículas con cargas opuestas (betún negativo, árido positivo).

Principales Ensayos para la Determinación de sus Características

Viscosidad Saybolt de las Emulsiones Bituminosas (NLT-138/84) UNE 7066

Determina la viscosidad Saybolt a 25ºC y 50ºC, midiendo el tiempo de flujo de 60 cm³ de emulsión por un orificio calibrado. Se usa Saybolt Universal o Saybolt Furol (boquilla más ancha). Las normas españolas establecen máximos y mínimos. Los Segundos Saybolt-Furol (SSF) son aproximadamente la décima parte de los Segundos Saybolt Universal (SSU), recomendados para materiales con SSU superiores a 1000 seg.

Consistencia de los Materiales Bituminosos Mediante el Flotador (NLT-183/85)

Determina la consistencia de materiales fluidos. Se llena un collar (tronco de cono) con material caliente, se enrosca en un flotador y se pone en agua a 60ºC. Se mide el tiempo hasta que el agua entra al flotador por el material reblandecido.

Mezclas Bituminosas

Constituidas por un ligante que envuelve partículas minerales de árido.

Morteros Bituminosos (en Caliente)

Fíller, arena y betún blando (o fluidificado). Huecos: 6-12%. Fíller: 3-10%. Betún: 6-10%. Aditivos para mejorar la adhesividad. Inicialmente permeables, luego impermeables. Flexibles, resistentes a fatiga, duraderos, textura microrrugosa (bajo nivel sonoro), autorreparación. Bajo coeficiente de resistencia al deslizamiento (vías de baja velocidad). Cohesión insuficiente.

A) Modificaciones para mejorar el coeficiente:

• Usar arena de machaqueo de buen C.P.A.
• Incrustar áridos gruesos preenvueltos.
• Usar granulometrías discontinuas 0/10 mm.

B) Mejoras mecánicas con betunes modificados con polímeros.

Utilización:

• Impermeabilización y rejuvenecimiento de pavimentos.
• Tratamientos de regularización superficial.
• Mejora de la adherencia rueda-pavimento.

Aglomerados Bituminosos

Esqueleto mineral con huecos rellenos de betún, arena y fíller. Huecos aseguran rozamiento interno a altas temperaturas. Granulometría estudiada (cerrada o abierta, 5% o 12% de huecos). Abiertos: menos compactos, menos ricos en conglomerante y fíller, más baratos. Áridos duros, resistentes, no friables, de machaqueo (grueso > 2.5 mm UNE). Cerrados: huecos rellenos con fíller calizo o cemento. Fíller influye en la trabajabilidad.

Características mecánicas:

• Flexibilidad: Resistir deformaciones.
• Estabilidad: Resistir cargas sin deformaciones excesivas.
• Durabilidad: Mantener propiedades (envejecimiento: P<20, frágil).

Aglomerados en Caliente

Combinación de áridos y ligante bituminoso calentados. Se extiende y compacta a >160ºC. Ligantes: alquitranes y betunes asfálticos. Árido grueso de machaqueo, resistente y con buen coeficiente de desgaste.

Utilización: Capas base, rodadura, intermedias y pantallas asfálticas en presas.

Control de Calidad

Ensayo Marshall: densidad, huecos, estabilidad y fluencia. Determina la dotación óptima de ligante. Estabilidad Marshall: máxima fuerza en rotura. Fluencia: deformación máxima. Ensayo Cántabro: para mezclas abiertas (ENE01).

Utilización de las Emulsiones Bituminosas

a) Estabilización de suelos cohesivos y granulares.

b) Grava-emulsión: Áridos, emulsión bituminosa, dosificación, ventajas.

c) Tratamientos superficiales:

• Riegos sin gravilla.
• Riegos con gravilla.

d) Lechadas asfálticas.

e) Aglomerados en frío: Áridos, ligantes, tipos de mezclas, mejoras con emulsiones de betún-polímero, utilización.

f) Otras utilizaciones.

Estabilización de Suelos Cohesivos o Granulares

Mejora la estabilidad de la explanada o subbase, disminuyendo la deformabilidad ante cargas. En España, su uso ha sido escaso. La estabilización con betunes se desarrolló al obtener ligantes de baja viscosidad para mezclarse con finos. Los ligantes (FM 100, alquitranes ricos en aceites, emulsiones de rotura media y lenta) deben mezclarse fácilmente y proporcionar estabilidad e impermeabilidad. Tipos de suelos:

• Pocos finos: mezcla asfáltica.
• Muchos finos: impermeabilización y cohesión con ligante.