MEZCLAS ASFALTICAS TIBIAS (WARM ASPHALT MIXES): SITUACIÓN GLOBAL Y AVANCES EN ARGENTINA

*Por el Ing. Mario R. Jair

En anteriores artículos se describieron diferentes técnicas difundidas en el mercado para la producción y colocación de mezclas asfálticas a temperaturas inferiores a las convencionales (WARM mixes), comentándose dos ejemplos de soluciones que el grupo Shell ha desarrollado a tal efecto.
La primera es el proceso patentado de Shell WAM Foam® (a base de espuma de asfalto) que permite bajas de temperatura en la fabricación y colocación de las mezclas del orden de 40-60°C, sin alterar la calidad final de las mismas.
La segunda solución son los ligantes denominados Shell LT (Low Temperatures binders), los cuales permiten la disminución de temperaturas de extendido y compactación de entre 20 y 30°C, mejorando la el trabajabilidad de las mezclas asfálticas con ellos fabricadas, siendo una tecnología adaptable a cualquier tipo de ligante bituminoso.
Entendiendo que las WARM mixes son parte de la agenda global de la industria del asfalto para los próximos años, por la colaboración de las mismas al desarrollo sostenible, el presente artículo pretende realizar una breve descripción de la situación internacional, como así también las actuaciones de Shell en Argentina para la validación e introducción de ésta tecnología.

ANTECEDENTES Y SITUACIÓN GLOBAL ACTUAL

Trabajar mezclas asfálticas a temperaturas inferiores de las convencionales ha sido un objetivo de la industria durante muchos años. Con la aparición de las emulsiones catiónicas en los años ´50 se desarrollaron también la tecnología de las denominadas mezclas en frío (cold mixes). Las mismas tuvieron particular impulso en Europa (Francia y España) en variadas formas tales como grava emulsiones, mezclas densas e inclusive abiertas ó drenantes, éstas últimas mediante el desarrollo de las emulsiones modificadas. Sin embargo uno de puntos pendientes a resolver fue encontrar equivalencia de prestaciones mecánicas similares a las mezclas en caliente convencionales.
En el año 2000, Shell presentó su sistema WAM Foam durante el Eurobitume realizado en Barcelona (y descripto en artículos precedentes) existiendo  al mismo tiempo otras soluciones basadas en espuma de asfalto, tecnología que fue desarrollada a mediados de los años ´50 en Estados Unidos. Paralelamente comienza la difusión de técnicas basadas en zeolita y en el uso de ceras como depresores de viscosidad. Últimamente también se ha agregado al portafolio de tecnologías disponibles el uso de aditivos químicos, los cuales actúan como surfactantes, reduciendo la tensión superficial entre los agregados y el ligante y mejorando, por consiguiente, la trabajabilidad de las mezclas manteniendo las prestaciones mecánicas de las mismas.
La utilización de WARM mixes en Estados Unidos ha tenido un importante desarrollo en los últimos tres años, pasando de 19 millones de toneladas en 2009 a 47 millones en 2010 (13% del total de mezclas en ése país ese año) y esperándose este porcentaje se incremente hasta el 25% para la temporada 2011-2012.
En Europa, si bien no existen especificaciones sobre WARM mixes en la normativa regional vigente desde 2008 (EN 13108-1 a 7), se cree que esto no representará una barrera para el desarrollo de las mismas. Los datos de producción durante 2010 en la región no parecen ser completos: en principio, sólo algunos países informan sobre el particular y la suma alcanza los 5 millones de toneladas, sobre un total de 310 millones de mezclas asfálticas reportadas, lo cual aparece claramente como un valor muy inferior a lo que se estima realmente se ha producido y colocado.
Finalmente y debido al corto plazo en servicio de las actuaciones realizadas en general, mayores datos que aseguren y confirmen la durabilidad de las mezclas con ésta tecnología darán soporte a la incorporación de las mismas en futuros pliegos y especificaciones.
Es de destacar que la combinación de RAP (Recycled Asphalt Pavement) y la tecnología WARM Mixes para producir mezclas asfálticas con altas tasas de reciclado (WARM–RAP) y para aplicaciones de altas prestaciones, parecen incluirse rápidamente en la agenda de la industria del asfalto de forma tal que las opciones disponibles de soluciones sustentables puedan ampliarse.

AVANCES EN ARGENTINA

Desde 2010, Shell ha estado realizando distintas actividades en Argentina siguiendo los protocolos internos desarrollado por el Grupo para la validación de la tecnología de WARM mixes basadas en los denominados Shell Low Temperature binders.
Localmente, Shell ha testeado en diferentes tramos de prueba la versión LT de su asfalto Shell Cariphalte AM3®, el cual combina las prestaciones de un asfalto modificado del tipo AM3 según la norma local IRAM 6596 y las ventajas adicionales de la tecnología WARM mixes, por la cual las temperaturas de colocación y compactación de las mezclas asfálticas con él diseñadas, pueden ser reducidas sustancialmente manteniendo la performance y las propiedades de las mismas en condiciones aceptables.
Shell Cariphalte AM3 LT® ha sido seleccionado tanto para la fabricación de mezclas asfálticas semidensas como para carpetas de rodamiento especiales como micro aglomerados discontinuos en caliente del tipo MAC F 10.
Si bien el detalle de las aplicaciones realizadas y los resultados obtenidos (sustentados con un exhaustivo soporte de laboratorio tanto previo para el diseño de las mezclas, como así también durante la ejecución de los trabajos y el posterior seguimiento en servicio) son descriptos en comunicaciones técnicas oportunamente presentados en congresos de la especialidad, a continuación se comparten algunas de las conclusiones obtenidas hasta el momento.

SOBRE LAS PROPIEDADES DE SHELL CARIPHALTE AM3 LT®

Durante las actuaciones realizadas, el asfalto Shell Cariphalte AM3 LT® fue rigurosamente testeado, e inclusive permaneció en algunos casos durante más de 7 días almacenado en obra sin observarse problemas de estabilidad ó manejo del mismo. Las propiedades típicas del producto  como así también las características obtenidas por análisis del asfalto recuperado de las mezclas del tipo CAC S 19, colocadas en uno de los tramos realizados, pueden verse a continuación:

Como se muestra en Tabla 1, los valores obtenidos se encuentran, o bien en especificación ó aquellos que no son estándares en la normativa (como ser viscosidades originales ó envejecidas tras RTFOT ó después del proceso de mezcla) presentan resultados en orden con la experiencia recogida durante la última década, para los ligantes modificados “convencionales”.

SOBRE EL DISEÑO VOLUMÉTRICO Y EL ANÁLISIS DE COMPACTABILIDAD DE MEZCLAS

Las mezclas asfálticas presentan diferentes resistencias frente al proceso de compactación en obra. Esta resistencia a ser compactada es una medida de la energía necesaria para densificar una mezcla.
Uno de los parámetros propuestos para evaluar la resistencia de una mezcla es el CDI o Índice de densificación durante la compactación con el compactador giratorio Superpave que densifica las  mezclas asfálticas a través de un esfuerzo de corte, tratando de simular las condiciones en las que la mezcla es construida en obra.

Por definición, el CDI es el área bajo la curva de compactación entre el número inicial de giros, definido en las especificaciones en función del nivel de tráfico, y el 8% de vacíos en la mezcla (92% de la densidad Rice). Cuanto menores sean los valores del CDI, mejor se compacta la mezcla (ver Figura 1).
En este caso, las condiciones de compactación (AASHTO T312) utilizadas fueron las siguientes: el pistón de carga aplica 600 kPa de presión y el molde es inclinado 1.25 grados respecto de la vertical antes de iniciar 100 giros de su base a 30 r.p.m.

Como parte del diseño previo de las WARM mixes con Shell Cariphalte AM3 LT®  realizados en el laboratorio LEMIT, se muestran en Tabla 2 valores de CDI comparativos a efecto de observar la potencial mejora en la trabajabilidad de mezclas CAC S-19 compactadas a 30°C menos de la temperatura utilizada para el Shell Cariphalte AM3® “convencional”.

Como puede observarse, los valores de CDI son menores en todos los casos cuando Shell Cariphalte AM3LT® es utilizado, aún con reducciones de temperaturas de compactación de 30°C que las utilizadas para el AM3 convencional.

Por otra parte, en las Tablas 3 y 4 pueden observarse valores típicos de diseño Marshall para mezclas colocadas del tipo CAC S19 y Micro MAC F 10 utilizando ambas versiones de Shell Cariphalte®

SOBRE LA PERFORMANCE MECÁNICA DE LAS MEZCLAS CON SHELL CARIPHALTE AM3 LT®

En las Figuras 2 y 3 se observan valores de estabilidad dinámica y profundidad de huella luego de ensayos de rueda cargada según BS 598 a 60°C sobre testigos de ambas mezclas (CAC S19 y MAC F10) obtenidos en los tramos de prueba realizados.

Asimismo, en las figuras 4 y 5 se observan un día de extendido diurno y detalle de toma de temperatura en tramos de prueba en el acceso Oeste.

COMENTARIOS FINALES

Las mezclas asfálticas tibias (WARM mixes) se encuentran en constante desarrollo y forman parte de la agenda de soluciones sustentables que la industria del asfalto ha incorporado en los últimos años.
Dentro de las diferentes tecnologías disponibles en el mercado las cuales se han descripto en artículos precedentes, Shell en Argentina ha introducido Shell Cariphalte AM3 LT®, un ligante modificado con polímeros que, cumpliendo como grado AM3 de la norma IRAM 6596, permite la colocación y compactación de mezclas a más bajas temperaturas. La tecnología LT de Shell, puede aplicarse a cualquier tipo de ligante asfáltico.
Si bien los rangos de disminución de temperaturas alcanzables deben ser definidos como parte del diseño de las mezclas a utilizar, en nuestra experiencia pueden alcanzarse reducciones de 30°C, manteniéndose tanto los parámetros volumétricos como de comportamiento mecánico de las mismas, en niveles aceptables.
A la fecha se han fabricado y extendido más de 10.000 toneladas de WARM mixes utilizando Shell Cariphalte AM3 LT ®. El estado actual de los tramos más antiguos, ejecutados en 2010, no presenta inconvenientes y se continúa haciendo seguimiento de los mismos, a efectos de incorporar experiencia en términos de durabilidad y mantenimiento de características superficiales.
Se continúa, a nivel global, en la profundización del conocimiento y comportamiento de las mezclas tibias desarrollando, por ejemplo, nuevos métodos de evaluación de la mejora en la trabajabilidad de las mismas.

Un ejemplo es un nuevo equipo de laboratorio (ver Figura 6), que permite el testeo relativo de ésta propiedad en función del esfuerzo de torque necesario para el amasado.

Las mezclas asfálticas “tibias” (WARM mixes) otorgan importantes beneficios al ámbito vial, tales como:
Menor consumo de energía, con disminución de las emisiones.
Mejora en la trabajabilidad extendiendo la ventana de trabajo, la temporada de construcción en tiempo frío y facilitando una más rápida apertura al tránsito.
Aumenta la distancia posible de transporte de las mezclas, ampliando los radios de cobertura de la plantas de producción.
Ventajas para los operarios, al trabajar con menos emisión, olores y de manera más segura.

*El Ing. Mario Jair es Technology Manager de Shell Bitumen Americas.