USO DE CAL COMO MEJORADOR DE ADHERENCIA EN MEZCLAS ASFALTICAS.

ING. ANDRES RICARDO GARCIA MORALES

INFORME PARA ASIGNATURA DE TECNOLOGIA DEL ASFALTO

DOCENTE: ING. SARA DEL PILAR ALZATE M.Sc

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE ESPECIALIZACION EN INGENIERIA DE PAVIMENTOS

BOGOTA

2015

RESUMEN DEL DOCUMENTO.

El propsito de este informe es exponer los principales aspectos referentes al uso de cal

como mejorador de adherencia en la elaboracin de mezclas asflticas, as como las

ventajas, desventajas, caractersticas principales de las mezclas elaboradas con cal,

especificaciones y dems temas relacionados.

De acuerdo con la literatura consultada para la elaboracin del presente informe, las

bondades de la Cal en las mezclas asflticas son bastante representativas como lo

veremos en el contenido del presente informe y adems no representan un costo

significativo en la elaboracin de estas.

CONTENIDO GENERAL DEL DOCUMENTO.

1. QUE ES LA CAL.

1.1 TIPOS DE CAL.

1.1.1. CAL VIVA

1.1.2. CAL APAGADA O HIDRATADA

2. USO DE CAL HIDRATADA COMO MEJORADOR DEL DESEMPEO DE LAS MEZCLAS

ASFALTICAS.

2.1 ASPECTOS GENERALES

2.2 IMPACTOS GENERADOS POR LA ADICION DE CAL A LAS MEZCLAS ASFALTICAS.

2.2.1 IMPACTOS RELACIONADOS CON EL MODULO DINAMICO.

2.2.2 IMPACTOS RELACIONADOS CON LOS DAOS POR PRESENCIA DE

HUMEDAD.

2.2.3 IMPACTOS RELACIONADOS CON EL DESEMPEO DEL PAVIMENTO A

LARGO PLAZO.

2.2.4 IMPACTOS RELACIONADOS CON EL ASPECTO ECONOMICO.

3. METODOS PARA LA ADICION DE CAL HIDRATADA A LAS MEZCLAS ASFALTICAS.

3.1. METODO EN SECO.

3.2 METODO DE ADICION EN HUMEDO.

3.3 METODO DE LECHADA.

4. ESPECIFICACIONES TECNICAS PARA LA ADICION DE CAL A LAS MEZCLAS

ASFALTICAS.

5. CONCEPTO TECNICO FRENTE A SU APLICABILIDAD EN COLOMBIA.

6. BIBLIOGRAFIA.

1. QUE ES LA CAL

Es un material resultante de la calcinacin de la piedra caliza. Compuesta por grnulos

blancos heterogneos consistentes especialmente de Oxido de Calcio y en menor

proporcin por pequeas cantidades de otros xidos. La cal ha sido utilizada a travs

de la historia como material cementante en la construccin de obras civiles.

1.1. TIPOS DE CAL:

Los principales tipos de cal son:

1.1.1 CAL VIVA: Es un material resultante de la calcinacin de la piedra

Dolomtica (CaMg(CO3)2), grnulos blancos, heterogneos, consistentes

especialmente de xido de Calcio y Magnesio, en asocio con pequeas

cantidades de otros xidos.

1.1.2 CAL APAGADA O HIDRATADA: O Hidrxido de Calcio, es un material

resultante de la humectacin de la cal viva (xido de calcio, CaO). Consiste

en un Polvo blanco, impalpable e inoloro.

El xido de calcio (CaO) obtenido en la calcinacin de la caliza reacciona

inmediatamente con el agua, transformndose en hidrxido de calcio

(Ca(OH)2). Este fenmeno se conoce como hidratacin o apagado de la cal

viva (CaO).

2. USO DE LA CAL COMO MEJORADOR DEL DESEMPEO DE MEZCLAS ASFLATICAS.

2.1. ASPECTOS GENERALES

En ocasiones, en las mezclas asflticas se utiliza cal como mejorador de adherencia

entre agregados y material ligante (cemento asfaltico) debido a los resultados

positivos obtenidos producto de este tratamiento. La Cal hidratada es un agente

modificador de las mezclas asflticas.

Durante ms de 50 aos, la Cal ha demostrado ser un excelente modificador del

asfalto evitando o mitigando los daos por humedad y como resultado de su uso

frecuente, se han identificado otras propiedades benficas lo que ha llevado a

considerar la Cal como modificador multifuncional de las Mezclas asflticas.

Otro aspecto importante es que al usar Cal como llenante mineral o filler dada su

naturaleza qumicamente activa, elimina componentes indeseables y hace a la

mezcla ms resistente a altas temperaturas, lo que implica ms resistencia al

ahuellamiento.

De igual manera reduce el ndice de envejecimiento retardando la oxidacin del

ligante, debido a que la Cal reacciona con las molculas altamente polares del

betn. Entindase molculas polares como molculas con un extremo de carga

positiva y el otro de carga negativa.

En resumen, los efectos de adicionar Cal a las mezclas asflticas se ve reflejados en

el aumento de la resistencia a la humedad, reductor del envejecimiento por

oxidacin, potenciador de las propiedades mecnicas y mejoras en la resistencia a

la fatiga y en el caso particular de experiencias de su uso en los estados unidos de

Amrica, se logr incrementar la vida til de los pavimentos hasta en un 38%

[National Lime Association, The benefits of hydrated Lime in hot mix Asphalt.

(2006)].

2.2. IMPACTOS GENERADOS POR LA ADICION DE CAL A LAS MEZCLAS ASFALTICAS.

2.2.1 IMPACTOS RELACIONADOS CON EL MODULO DINAMICO.

Durante los ltimos 30 aos se ha venido implementando el ensayo para

determinar el mdulo dinmico de pavimentos bajo condiciones normales,

pero muy pocas pruebas se han desarrollado para determinar este mdulo en

mezclas asflticas con adicin de Cal.

Por esto la ASOCIACION NACIONAL DE LA CAL en los Estados Unidos de

Amrica, patrocino un estudio para el desarrollo de un ensayo que pretende

medir el Modulo dinmico de mezclas asflticas con contenido de Cal y as

determinar sus efectos sobre el Modulo dinmico.

La cantidad de cal adicionada en este ensayo comprende un 3% del peso total

de los agregados ptreos [National Lime Association, Using new pavement

design procedures for hot Asphalt nixes modified with Hydrated lime (2005)].

A pesar de que los resultados ms favorables se obtienen al usar entre 1% y

1.5% [National Lime Association, Using new pavement design procedures for

hot Asphalt Mixes modifified with Hydrated Lime (2005)] del peso total de los

agregados ptreos, se us un valor del 3%. Se empleo un mayor porcentaje de

cal con el propsito de evaluar el comportamiento de la mezcla con valores

superiores a los ptimos recomendados a travs de las experiencias prcticas

y as tener un rango ms amplio de informacin, aunque con porcentajes

superiores de Cal los resultados obtenidos en funcin del aumento del mdulo

dinmico no fueron los mas favorables.

Los resultados obtenidos muestran que el Modulo Dinmico de las muestras de

mezclas con adicin de cal, se increment en un promedio de 25% con base en

330 muestras ensayadas [National Lime Association, Using new pavement

design procedures for hot Asphalt Mixes modified with Hydrated Lime(2005)]

Como conclusin principal de este estudio se determin que el efecto de

adicionar Cal hidratada a las mezclas asflticas mejora su mdulo dinmico el

cual es una propiedad fundamental usada en la evaluacin del agrietamiento

por fatiga, ahuellamiento y fisuracin por efectos trmicos, ya que caracteriza

de manera racional el comportamiento esfuerzo deformacin de las mezclas.

Las mezclas con mdulos dinmicos altos describen un mejor comportamiento

a las solicitaciones impuestas por el trfico ya que soportan mayores

repeticiones de carga, deformacin permanente y a la propagacin de la carga

en la mezcla y en general en toda la estructura de pavimento.

Ya que el mdulo Dinmico se define como la relacin entre el esfuerzo

cortante y la deformacin en funcin del tiempo, se puede afirmar que un

mdulo dinmico alto evita la presencia de ahuellamiento a temperaturas

altas, y a temperaturas bajas debe ser bajo con el fin de evitar el fisuramiento

por contraccin trmica.

2.2.2 IMPACTOS RELACIONADOS CON LOS DAOS POR PRESENCIA DE

HUMEDAD.

Los daos producidos por humedad en las Mezclas asflticas, se presenta

cuando se debilita la fuerza de enlace entre los agregados y el ligante debido a

la presencia de humedad, lo que representa daos como descascaramiento y

baches entre otros.

Uno de los efectos importantes que se generan al adicionar Cal a las mezclas

asflticas en trminos de presencia de humedad, es que bloquea la formacin

de jabones solubles y genera la formacin de sales basadas en calcio insolubles

que no atraen el agua al sistema. Adicional a esto, la dispersin de las

pequeas partculas de Cal hidratada a travs de la mezcla reduce la

probabilidad de que la adherencia entre el cemento asfaltico y los agregados

sea rota mecnicamente debido a que la Cal suministra al cemento asfaltico

una carga elctrica que es opuesta a la carga elctrica de la superficie del

agregado por lo tanto se atraen.

2.2.3 IMPACTOS RELACIONADOS CON EL DESEMPEO DEL PAVIMENTO A

LARGO PLAZO.

El efecto de la Cal hidratada sobre las mezclas asflticas desde el punto de vista

de su desempeo a largo plazo, se representa en la reduccin del ndice de

envejecimiento retardando la oxidacin del ligante asfaltico. Por lo tanto el

pavimento conserva su flexibilidad a travs del tiempo y se protege del

agrietamiento por ms tiempo.

2.2.4. IMPACTOS RELACIONADOS CON EL ASPECTO ECONOMICO.

De acuerdo con estudios realizados por la Universidad de Nevada EE.UU por

encargo de la Asociacin Nacional de la Cal EE.UU, el impacto de la adicin de

cal hidratada a las mezclas asflticas en el costo del ciclo de vida, arroja los

siguientes resultados:

- Disminuciones en el costo hasta en un 45%

- El uso de cal hidratada siempre va a mejorar el rendimiento del pavimento

a una magnitud que siempre es mucho mayor que su costo.

- Las mejoras introducidas por la cal en los diferentes componentes de las

mezclas aumenta la vida til del pavimento, lo cual siempre se va a ver

representado en disminuciones de los costos del ciclo de vida.

- De acuerdo a los resultados de recientes investigaciones y desarrollo de

modelos computarizados como el LCCA (LIFE CYCLE COST ANALYSIS) el cual

compara los costos del ciclo de vida de los pavimentos con o sin adicin de

Cal, se ha demostrado que la reduccin de costos del ciclo de vida puede

alcanzar hasta un 38%.

De acuerdo con lo anterior la variada gama de beneficios de la adicin de Cal

Hidratada a las mezclas asflticas, trabajan y se desarrollan de manera

sinrgica para producir mezclas de alta calidad.

3. METODOS PARA LA ADICION DE CAL HIDRATADA A LAS MEZCLAS ASFALTICAS.

Existen 3 mtodos bsicos para adicionar Cal hidratada a las mezclas asflticas.

Como sigue:

3.1.METODO EN SECO O DE ADICION AL TAMBOR:

Consiste en adicionar la cal hidratada en directamente al tambor de mezcla con el

propsito de que se adhiera directamente a los agregados. Dependiendo de la

manera como se produzcan las mezclas asflticas, la cal se aade al tambor junto

con los llenantes minerales, o se mezcla con otros finos en el grupo de

tratamiento.

3.2. METODO DEL ARIDO HUMEDO.

Consiste en adicionar la Cal hidratada a travs de una banda transportadora en frio

y lo que se pretende es que la cal hidratada se adhiera de manera uniforme a los

agregados hmedos.

3.3. METODO DE LA LECHADA DE CAL.

Este mtodo aplica una lechada de cal y agua a los agregados en un porcentaje

conocido y medido. La lechada asegura una mayor cobertura de Cal sobre los

agregados ridos. Luego se descarga sobre una banda transportadora con el

propsito de secar el material y continuar con el proceso de mezclado.

4. ESPECIFICACIONES PARA LA ADICION DE CAL A LAS MEZCLAS ASFALTICAS.

Para el caso de nuestro pas no existe una especificacin puntual referente a los

lineamientos a seguir para la adicin de Cal a las mezclas asflticas desde el punto

de vista de cantidades o porcentajes de Cal a agregar.

Pero dentro de las Normas del Instituto Nacional de vas INVIAS existe la norma

ART. 412 captulo 4, articulo 412-13 SUMINISTRO DE ADITIVO MEJORADOR DE

ADHERENCIA, donde se exponen aspectos como materiales, equipo de transporte

del aditivo, depsitos de almacenamiento, ejecucin de los trabajos y controles

especficos para el recibo de los trabajos. Aqu es importante destacar que se

deber comprobar que con la cantidad de aditivo adicionada a la mezcla, se

cumplen se cumplen los requisitos de adhesividad exigidos.

En general, las proporciones de Cal para la adicin a mezclas asflticas deben ser

establecidas con base en la elaboracin de muestras con varios porcentajes de cal

adicionada para luego someterlas a ensayos que determinen las propiedades

mecnicas y dems de las mezclas modificadas. Pero de acuerdo con la

experiencia, estos valores estn entre el 1% y el 1.5% de cal [National Lime

Association, Using new Pavement design procedures for hot Asphalt Mixes

modified with Hydrated Lime (2005)], porcentaje expresado en funcin del peso

total de los agregados (ridos). Para el caso de otros pases como Los Estados

Unidos de Amrica, la adicin de Cal a las mezclas asflticas esta puntualmente

estipulada en la norma AASHTO M303 Standard Specification for Lime for

Asphalt Mixtures (Especificacin estndar de Cal para mezclas Asflticas).

5. CONCEPTO TECNICO FRENTE A SU APLICABILIDAD EN COLOMBIA.

RECOMENDACIONES.

1. En primera instancia, los resultados obtenidos a travs de la experiencia, de

adicionar Cal a las Mezclas Asflticas, demuestran que no solo acta como

mejorador de adherencia entre el par agregado-asfalto sino que tambin modifica

de manera muy positiva los dems aspectos mecnicos y de desempeo de los

pavimentos Asfalticos.

2. A pesar que las recomendaciones realizadas en estudios previos referentes a los

porcentajes de Cal a adicionar a las mezclas Asflticas muestran resultados

positivos para porcentajes entre 1.0% y 1.5%, para el caso Colombiano deben

realizarse estudios previos de (caracterizacin de materiales, asfaltos, elaboracin

y anlisis de briquetas, determinacin de mdulos dinmicos etc.) que permitan

corroborar y determinar los porcentajes de adicin de Cal ptimos bajo las

condiciones propias de nuestro Pas.

3. Es absolutamente necesario desarrollar modelos que permitan hacer comparativos

desde el punto de vista econmico para determinar qu tan rentable es para los

proyectos desarrollados en nuestro pas, la adicin de aditivos mejoradores de

adherencia; en este caso Cal Hidratada.

4. Para el desarrollo de proyectos viales a nivel macro en nuestro en pas, usando Cal

como mejorador de adherencia; es conveniente desarrollar tramos de prueba con

el propsito de evaluar las condiciones reales de desempeo de las mezclas

asflticas con contenido de Cal, dada la diversidad de climas presentes en el

territorio Colombiano.

6. BIBLIOGRAFIA.

STATE OF NEBRASKA, Department of Roads. Adendum No 2 project no. dps-35-3(108). Hydrated lime for asphalt mixtures.

UNIVERSITY OF NEVADA RENO. Evaluating the impact of lime on pavement performance. www.lime.org/documents/publications/free_downloads/report-6-9-10.pdf NATIONAL LIME ASSOCIATION. The Benefits of the Hydrated Lime in Hot Mix Asfalt. www.graymont.com/sites/default/files/benefits_hydrated_lime_hot_mix_asphalt.pdf

ASOCIACION NACIONAL DE PRODUCTORES DE CALES Y DERIVADOS DE ESPAA. Cal Hidratada, un aditivo probado para la durabilidad de los pavimentos asfalticos. www.eula.eu/sites/default/files/EULA_Asphalt_ES_web.pdf

NATIONAL LIME ASSOCIATION. Hydrated Lime, a solution for high performance Hot Mix Asphalt. www.anfacal.org/media/Biblioteca_Digital/Construccion/Asfaltos/La_Cal_una_solucion_para_el_asfalto.pdf MONTEJO FONSECA, Alfonso. Ingeniera de Pavimentos. Universidad Catlica de Colombia. Bogot.