Hormigón asfáltico, también conocido como hormigón bituminoso,1 mezcla asfáltica, concreto bituminoso oagregado asfáltico consiste en un agregado de asfalto y materiales minerales (mezcla de varios tamaños de áridos yfinos) que se mezclan juntos, se extienden en capas y se compactan.
Debido a sus propiedades es el material más común en los proyectos de construcción para firmes de carreteras, aeropuertos y aparcamientos. . Debido a sus buenas propiedades como impermeabilizante también se usa en el núcleo de ciertas presas como impermeabilizante.2
Los términos "hormigón asfáltico", "cemento asfáltico bituminoso" y sus abreviaciones "AC" (del inglés asphalt concrete) son generalmente usados sólo en ingeniería y en documentos de construcción y literatura. El término más común es "asfalto", que además por defecto tiende a incluir a los pavimentos de hormigón de cemento aunque en realidad éstos no estén compuestos realmente de asfalto. La definición ingenieril de hormigón incluye cualquier material compuesto por un agregado cementado con un aglutinante, que puede ser cemento Portland, pero que en el caso que nos ocupa es asfalto.
Propiedades requeridas
Las mezclas asfálticas tienen que cumplir los siguientes criterios para ser utilizables en firmes:
- Resistentes a las cargas del tráfico (tanto a la abrasión, como al asentamiento vertical, como al despegue por los neumáticos)
- Impermeable, ya que si el agua penetra por debajo del firme se filtrará al cimiento de la carretera, desestabilizándolo.
- Debe poderse trabajar con facilidad y su puesta en obra factible.
Fórmulas de mezcla
Las mezclas asfálticas y agregados pueden realizarse de la siguiente forma:
- Mezcla de hormigón en caliente: Son producidas por el calentamiento del aglutinante asfáltico, lo que disminuye suviscosidad, y permite mezclar el material con el agregado de áridos. La mezcla se realiza a 150 °C para el asfalto puro, y a 160 °C si el asfalto está modificado con polímeros. La extensión y el compactado tienen que realizarse mientras el material está caliente. En muchos países el asfalto se restringe a los meses de calor porque en invierno la base compactada puede estar demasiado fría para realizar la operación. Es el material más empleado en carreteras, autopistas, aeropuertos y pistas de carreras.
- Superpave, abreviatura de superior "performing asphalt pavement", del inglés se traduciría como Pavimento de altas prestaciones. Es un pavimento diseñado para proporcionar tiempos de vida útil más largos que los pavimentos habituales. Las claves son un sistema cuidadoso de selección de ingredientes y una gran calidad de los materiales y del control de obra.
- Hormigón asfáltico templado3 se produce por la adición de zeolita, ceras o emulsiones asfálticas para realizar la mezcla. Esto permite bajar significativamente la temperatura de mezcla y extendido y disminuir el consumo de combustibles fósiles, además de disminuir la emisión de dióxido de carbono, aerosoles y vapores. También permite reducir el tiempo de construcción y ciertos aditivos facilitan sus características en la puesta.
- Hormigón asfáltico frío se aplican en pequeñas reparaciones con materiales capaces de alcanzar resistencias a temperatura ambiente.4
- Hormigón asfáltico cut-back se produce disolviendo el aglutinante en queroseno u otro líquido que disminuya la fricción de los componentes y permita la mezcla. Se usa para pequeñas reparaciones, cuando no resulta rentable usar maquinaria a gran escala y calentar mezclas. Debido al uso del queroseno es muy contaminante.5
- Hormigón asfáltico mástico o capa asfáltica se produce mediante el calentamiento del material y su oxidación en un mezclador, hasta que se lícua y se puede agregar el árido. El agregado tiene entre 6 y 8 horas para ser puesto. Una vez transportado en la obra donde se vierte hasta realizar una capa fina de 2 a 3 centímetros, y también para impermeabilización de techos con una capa de 1 centímetro.
- Hormigón asfáltico natural puede ser producido de rocas bituminosas, de lugares muy puntuales del mundo, donde la roca sedimentaria ha sido impregnada de betún natural.
Prestaciones características
El hormigón asfáltico tiene diferentes prestaciones en términos de durabilidad de superficie, soporte de neumático, eficiencia de frenado y disminución de ruido. Las características necesarias del asfalto se obtienen en función de la categoría de tráfico y el coeficiente de fricción deseado. En términos generales el hormigón asfáltico genera es menos ruidoso que el proveniente del cemento portland. Los estudios de cinética y ruidos en firmes se remontan a los años 1970s.67
Degradación y restauración del hormigón asfáltico
El deterioro del asfalto puede incluir piel de cocodrilo, baches, roderas, desconchones y hundimientos. En climas fríos el agua superficial puede congelarse en las grietas y en los huecos del asfalto, presionando el firme y rompiéndolo. En los climas cálidos la mezcla puede calentarse, fluyendo y generando huellas de neumáticos (roderas) y baches.
Hay dos grupos de factores que pueden destrozar el asfalto:
- Factores ambientales. Donde se incluye el calor, el frío, el agua y la radiación solar (incluyendo la ultravioleta) que degradan el material de forma mecánica o química.
- Daño producido por el tráfico. El daño producido por el peso y el paso de autobuses y camiones, que genera fatiga en el material.
También puede haber accidentes puntuales por vertido de agentes químicos (especialmente aceites) o quemas encima del asfalto que lo alteran.
Prevención y reparación de mezclas asfálticas
La vida de una carretera puede ser prolongada mediante un buen diseño y llevando a cabo buenas prácticas de mantenimiento y construcción. Durante el diseño los ingenieros miden el tráfico en la carretera, poniendo especial atención en el volumen y tipo de vehículos pesados (camiones, autobuses ...). Esto permite estimar la carga que soportará la carretera en el futuro. Tanto el pavimento como el grosor de la subbase están diseñados para soportar las cargas de ruedas. Algunas veces se usan para reforzar la subbase ciertos drenajes internos para liberar el agua que debilitaría las capas internas del firme.
Buenas prácticas de mantenimiento se centran en mantener el agua fuera del pavimiento, la subbase y el terraplén. Manteniendo las cunetas limpias y los drenajes operativos se puede extender la vida de una carretera sin necesidad de un sobrecoste. Las pequeñas roturas por donde puede entrar el agua deberían ser reparadas con rapidez, para evitar que conlleven una rotura mayor que destroce la vía. Si el número de roturas se incrementa se requerirán reparaciones a mayor escala. En orden de menor a mayor coste, se incluyen parches de asfalto, capas de firme superiores, reciclaje en el sitio o levantamiento y reconstrucción total.
Es mucho más barato mantener una carretera en buenas condiciones que tener que reconstruirla entera una vez que se haya deterioradas. Esta es la razón por la cual muchas agencias estatales estadounidenses prefieren gastar recursos en mantener las vías en buenas condiciones que reconstruir aquellas que estén en peores condiciones.
Hormigón asfáltico, normalmente conocido simplemente como asfalto, es un material compuesto utilizado para la construcción de pavimentos, carreteras y aparcamientos. Se trata de carpetas de asfalto y agregado mineral mezcladas puestas en capas y compactadas.
Fabfricación:
El hormigón asfáltico se fabrica de la mezcla de asfalto y agregado de varias maneras:
* Mezclas asfálticas de hormigón es producido por el calentamiento del ligante asfáltico para reducir su viscosidad, y el agregado de secado para eliminar la humedad de la misma antes de la mezcla. La mezcla se realiza generalmente con el agregado de alrededor de 300 ° F (aproximadamente 150 ° C) para el asfalto virgen y 330 ° F (166 ° C) para los polímeros modificados de asfalto y el cemento asfáltico a 200 ° F (95 ° C). La pavimentación y compactación debe realizarse mientras el asfalto es lo suficientemente caliente. En muchos países de pavimentación se limita a los meses de verano porque en invierno la base compactada se enfriará el asfalto mucho antes de que se haya compactada. Es la forma de hormigón asfáltico más comúnmente utilizada en las aceras de gran tráfico como las relativas a las principales autopistas, pistas de carreras y campos de aviación.
* Mezcla de asfalto caliente de hormigón (comúnmente abreviado como WMA o WAM en inglés) se produce mediante la adición de cualquiera de las zeolitas, ceras o emulsiones de asfalto para la mezcla. Esto permite significativamente temperaturas mas bajas de mezcla y lo que se traduce en un menorconsumo de combustibles fósiles, lo que exime a menos dióxido de carbono, los aerosoles y vapores. No sólo son las condiciones de trabajo mejorado, pero la parte inferior de la temperatura por la que se lleva también a la disponibilidad más rápida de la superficie de uso, lo cual es importante para los sitios de construcción con los horarios críticos. El uso de estos aditivos en la mezcla de asfalto en caliente, puede permitirse el lujo fácilmente que la compactación y pavimentación se realice en de clima frío.
* Mezcla de hormigón asfáltico en frío, es producido por la emulsión de asfalto en agua con (jabón, esencialmente) antes de mezclarse con el agregado. Si bien en su estado de emulsión el asfalto es menos viscoso y la mezcla es fácil de trabajar y compactar. La mezcla en frío se usa comúnmente como material para parches y en caminos con poco trafico.
* Cut-back hormigón asfáltico se produce por la disolución de la carpeta en el queroseno u otra fracción ligera del petróleo antes de mezclarse con el agregado. Si bien en su estado disuelto el asfalto es menos viscoso y la mezcla es fácil de trabajar y compactar. Después de la mezcla está previsto que se evapore más rápido.
Fabfricación:
El hormigón asfáltico se fabrica de la mezcla de asfalto y agregado de varias maneras:
* Mezclas asfálticas de hormigón es producido por el calentamiento del ligante asfáltico para reducir su viscosidad, y el agregado de secado para eliminar la humedad de la misma antes de la mezcla. La mezcla se realiza generalmente con el agregado de alrededor de 300 ° F (aproximadamente 150 ° C) para el asfalto virgen y 330 ° F (166 ° C) para los polímeros modificados de asfalto y el cemento asfáltico a 200 ° F (95 ° C). La pavimentación y compactación debe realizarse mientras el asfalto es lo suficientemente caliente. En muchos países de pavimentación se limita a los meses de verano porque en invierno la base compactada se enfriará el asfalto mucho antes de que se haya compactada. Es la forma de hormigón asfáltico más comúnmente utilizada en las aceras de gran tráfico como las relativas a las principales autopistas, pistas de carreras y campos de aviación.
* Mezcla de asfalto caliente de hormigón (comúnmente abreviado como WMA o WAM en inglés) se produce mediante la adición de cualquiera de las zeolitas, ceras o emulsiones de asfalto para la mezcla. Esto permite significativamente temperaturas mas bajas de mezcla y lo que se traduce en un menorconsumo de combustibles fósiles, lo que exime a menos dióxido de carbono, los aerosoles y vapores. No sólo son las condiciones de trabajo mejorado, pero la parte inferior de la temperatura por la que se lleva también a la disponibilidad más rápida de la superficie de uso, lo cual es importante para los sitios de construcción con los horarios críticos. El uso de estos aditivos en la mezcla de asfalto en caliente, puede permitirse el lujo fácilmente que la compactación y pavimentación se realice en de clima frío.
* Mezcla de hormigón asfáltico en frío, es producido por la emulsión de asfalto en agua con (jabón, esencialmente) antes de mezclarse con el agregado. Si bien en su estado de emulsión el asfalto es menos viscoso y la mezcla es fácil de trabajar y compactar. La mezcla en frío se usa comúnmente como material para parches y en caminos con poco trafico.
* Cut-back hormigón asfáltico se produce por la disolución de la carpeta en el queroseno u otra fracción ligera del petróleo antes de mezclarse con el agregado. Si bien en su estado disuelto el asfalto es menos viscoso y la mezcla es fácil de trabajar y compactar. Después de la mezcla está previsto que se evapore más rápido.
Hormigón asfáltico
La mezcla de betún total se cocina (maduro) alrededor de 6-8 horas y una vez que está lista la mesa demezclas de asfalto es transportado al sitio de trabajo donde se vacía en capas, o bien a máquina o a mano estaba el contenido de asfalto masilla en la carretera. Además de asfalto y agregados, aditivos, tales como polímeros y agentes antistripping pueden ser añadidos para mejorar las propiedades del producto final.
* El hormigón de Asfalto natural se pueden encontrar en algunas partes del mundo donde la roca cerca de la superficie ha sido impregnada con asfalto de surgencia.
El Hormigón asfáltico, a menudo es promocionado como 100% reciclable. Varias técnicas de reciclaje se han desarrollado para rejuvenecer y eliminar carpetas de oxidación de craqueo, aunque el material reciclado no es generalmente muy impermeable o liso y debe ser cubierta con una nueva capa de hormigón asfáltico. El Hormigón asfáltico que se retira de un pavimento es normalmente almacenado para su uso posterior como material de capa de base. Este material recuperado, comúnmente conocido por el acrónimo de ‘rap’ por recicladas o regeneradas, pavimento de asfalto, se aplasta a una gradación coherente y se añade a la mezcla de HMA en proceso. Es muy poco el asfalto que en realidad es eliminado en los vertederos. A veces, los materiales de desecho, tales como elcaucho de neumáticos viejos, se añaden al hormigón asfáltico, como es el caso de asfalto recubierto de goma, pero existe la preocupación de que el material híbrido no puede ser reciclable.
El Hormigón asfáltico, a menudo es promocionado como 100% reciclable. Varias técnicas de reciclaje se han desarrollado para rejuvenecer y eliminar carpetas de oxidación de craqueo, aunque el material reciclado no es generalmente muy impermeable o liso y debe ser cubierta con una nueva capa de hormigón asfáltico. El Hormigón asfáltico que se retira de un pavimento es normalmente almacenado para su uso posterior como material de capa de base. Este material recuperado, comúnmente conocido por el acrónimo de ‘rap’ por recicladas o regeneradas, pavimento de asfalto, se aplasta a una gradación coherente y se añade a la mezcla de HMA en proceso. Es muy poco el asfalto que en realidad es eliminado en los vertederos. A veces, los materiales de desecho, tales como elcaucho de neumáticos viejos, se añaden al hormigón asfáltico, como es el caso de asfalto recubierto de goma, pero existe la preocupación de que el material híbrido no puede ser reciclable.
La industria del cemento tiene un impacto ambiental negativo importante para la salud, en función de su localización con relación a centros poblados.
La industria del cemento incluye las instalaciones con hornos que emplean el proceso húmedo o seco para producir cemento de piedra caliza, y las que emplean agregado liviano para producirlo a partir de esquisto o pizarra. Se utilizan hornos giratorios que elevan los materiales a temperaturas de 1400 °C. Las materias primas principales son piedra caliza, arena de sílice, arcilla, esquisto, marga y óxidos de tiza. Se agrega sílice, aluminio y hierro en forma de arena, arcilla, bauxita, esquisto, mineral de hierro y escoria de alto horno. Se introduce yeso durante la fase final del proceso. La tecnología de hornos de cemento se emplea en todo el mundo. Usualmente, las plantas de cemento se ubican cerca de las canteras de piedra caliza a fin de reducir los costos de transporte de materia prima.
Impactos ambientales potenciales
Las plantas de cemento pueden tener impactos ambientales positivos en lo que se relaciona con el manejo de los desechos, la tecnología y el proceso son muy apropiados para la reutilización o destrucción de una variedad de materiales residuales, incluyendo algunos desperdicios peligrosos. Asimismo, el polvo del horno que no se puede reciclar en la planta sirve para tratar los suelos, neutralizar los efluentes ácidos de las minas, estabilizar los desechos peligrosos o como relleno para el asfalto.
Los impactos ambientales negativos de las operaciones de cemento ocurren en las siguientes áreas del proceso: manejo y almacenamiento de los materiales (partículas), molienda (partículas), y emisiones durante el enfriamiento del horno y la escoria (partículas o "polvo del horno", gases de combustión que contienen monóxido (CO) y dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos, aldehídos, cetonas, y óxidos de azufre ynitrógeno). Los contaminantes hídricos se encuentran en los derrames del material de alimentación del horno (alto pH, sólidos suspendidos, sólidos disueltos, principalmente potasio y sulfato), y el agua de enfriamiento del proceso (calor residual). El escurrimiento y el líquido lixiviado de las áreas de almacenamiento de los materiales y de eliminación de los desechos puede ser una fuente de contaminantes para las aguas superficiales y freáticas.
El polvo, especialmente la sílice libre, constituye un riesgo importante para la salud de los empleados de la planta cuya exposición provoca la silicosis. Algunos de los impactos mencionados pueden ser evitados completamente, o atenuados más exitosamente, si se escoge el sitio de la planta con cuidado.
Véase también:
Temas especiales
Emisiones de partículas a la atmósfera
La fabricación de cemento incluye el transporte de materiales polvorientos o pulverizados desde la cantera de piedra caliza, hasta el embarque del producto terminado para envío. Las partículas son la causa más importante del impacto ambiental negativo. Los precipitadores electrostáticos, o los filtros de bolsa, constituyen un requerimiento rutinario para controlar las emisiones de partículas de los hornos. El control del polvo que resulta del transporte de los materiales es uno de los desafíos más difíciles; las bandas transportadoras, pilas de acopio, y caminos de la planta, pueden ser causas más importantes de degradación de la calidad del aire, que las emisiones del molino y el horno. Se deben emplear recolectores mecánicos de polvo donde sea práctico, por ejemplo, en los trituradores, transportadores y el sistema de carga. En la mayoría de los casos, el polvo recolectado puede ser reciclado, reduciendo el costo y disminuyendo la producción de desechos sólidos. Se puede mantener limpios los camiones de la planta con aspiradoras y/o rociadores, a fin de eliminar el polvo atmosférico causado por el tráfico y el viento. Deben ser cubiertas las pilas de acopio tanto como sea posible. Los camiones que transportan materiales a la planta y fuera de ésta deben tener carpas y límites de velocidad.
Descargas de desechos líquidos
En las plantas del proceso "seco", se alimentan al horno las materias primas secas. El único efluente es el agua de enfriamiento, y ésta puede ser eliminada con torres de enfriamiento o piscinas. En el proceso "Húmedo", se alimentan las materias primas al horno en forma de una lechada. En algunos casos, las plantas pueden lixiviar el polvo del horno que se ha recolectado, a fin de eliminar el álcalisoluble antes de volver a alimentarlo al horno. En estas plantas, el rebosamiento del clarificador del proceso de lixiviación constituye la fuente más severa de contaminación hídrica; requiere neutralización (posiblemente mediante carbonicen) antes de descargarlo.
Uso de los hornos de cemento para reciclar o eliminar los desechos
Los desechos de aceite, solventes, residuos de pintura y otros desperdicios inflamables, han sido utilizados como combustibles suplementarios para los hornos de cemento. Esta práctica comenzó en los Estados Unidos en 1979, para conservar energía y reducir los costos de combustible, y ha sido satisfactorio en términos, tanto de la calidad del producto, como el impacto ambiental. Además, algunos desechos sólidos pueden ser utilizados como combustibles, tal como las llantas gastadas. Los requerimientos de materia prima pueden ser satisfechos, parcialmente, con los desperdicios (rutinariamente usados) de otras industrias: yeso de las plantas de ácido fosfórico, piritas tostadas de la producción de ácido sulfúrico, escoria de los altos hornos , y ceniza de las plantas termoeléctricas a carbón.
La alta temperatura de la llama y la naturaleza del producto hacen que los hornos de cemento sean atractivos para destruir una variedad de materiales orgánicos peligrosos. Manejados correctamente, los hornos constituyen una alternativa mucho menos costosa que los incineradores de desechos. Las pruebas realizados por la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. y otros, han demostrado que la destrucción de los compuestos orgánicos, incluyendo PCB y los pesticidas organocloruros y órgano fósforos, iguala o supera los resultados logrados por losincineradores de desperdicios peligrosos que operan a temperaturas más bajas. Muchos compuestos metálicos tóxicos pueden ser quemados en los hornos de cemento en cantidades que sean suficientemente pequeñas, y que no afecten negativamente la calidad del producto, ni la seguridad, porque se vinculan a la escoria y llegan a formar parte del producto. El plomo, sin embargo, requiere atención especial; hasta la mitad de la cantidad introducida sale del horno y se precipita con el polvo del horno. El reciclaje del polvo aumenta la concentración del plomo hasta el punto en que éste, también, se vincula a la escoria, pero una cantidad pequeña (0.2 a 1.0 por ciento) se escapa con los gases de la chimenea. Talium se emite con el humo del horno, es decir, no se liga a los sólidos. Los estudios del comportamiento del mercurio, hasta la década de los 90, han sido inconcluyentes.
La industria del cemento debe reducir considerablemente su impacto ambiental. Durante los últimos años, se han realizado avances tecnológicos y mejoras para proteger el medio ambiente. Principalmente con el funcionamiento de nuevos hornos que mejoran la eficiencia energética, el aprovechamiento del material, el reciclado, la gestión de los residuos. Todo gracias a la sustitución de combustibles fósiles por otros menos contaminantes como biomasa o la introducción de equipos de control y reducción de emisiones.
El problema de los hornos es que son de grandes dimensiones, requieren una enorme cantidad de energía para conseguir temperaturas superiores a los 2000ºC, expulsando todo tipo de emisiones como partículas de polvo, gases como dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido y dióxido de carbono. Sin olvidar los cloruros, fluoruros, compuestos orgánicos tóxicos y metales pesados. Una verdadera bomba para el medio ambiente.
Es por eso que la producción de cemento es una fuente de emisión de dióxido de carbono (CO2) a la atmosfera, un gas que potencia el efecto invernadero producido por el cambio climático. Las empresas cementeras saben perfectamente que deben mejorar sus procesos para reducir la contaminación, ser más eficientes y por lo tanto más competitivas. Por eso, muchas ya han obtenido certificados ambientales que demuestran la voluntad de reducir su impacto sobre el medio.
Las actuales fábricas de cemento tienen capacidad suficiente para reciclar y valorizar diversos tipos de residuos, reduciendo la necesidad de comprar nuevas materias primas y evitando el problema que generan los residuos.
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