Asfaltos y PavimentosEdNo.27

7/25/2019 Asfaltos y PavimentosEdNo.27

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AsfaltosyPavimentosAsfaltosyPavimentos

C O L O M B

I A N A

DE

I N G E N I E

R O S

S O C I ED D A

SOCIEDAD

CORRESPONDIENTE

LATINOAMERICANA DEL ASFALTO

A S O C I A C I Ó N

AL AMiembro Fundador

CORASFALTOS

Red Co l o m b i a na d eRe v i sta s d e I nge n i e r í a

SC 1905-1

Publicación admitida por Colciencias en elÍndice Nacional de Publicaciones Seriadas,Científicas y Tecnológicas Colombianas

Publindex – Clasificación tipo C



SociosMinisterio de Transporte

Instituto Nacional de Vías - INVIAS

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Manufacturas y Procesos Industriales MPI Ltda.

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Concreasfaltos - CONCRESCOL S.A.

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Mina San Pedro Ltda.

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Universidad del Cauca

Universidad Industrial de Santander - UIS

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Escuela Colombiana de Ingeniería

Pontificia Universidad Javeriana

Universidad Pontificia Bolivariana - Bucaramanga

Productos tecnológicos

especializados

Servicios especializados de laboratorio

Acreditados ONAC según

certificado 10-LAB-031

Servicios de Asistencia Técnicay Auditoría en Obras

Formulación, Gestión, Ejecución

y Evaluación de proyectos de I+D+i

Servicios de capacitación especializada

Publicaciones especiales

Jornadas Internacionales del Asfalto

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Industria y Comercio

LABORATORIODEENSAYOSPARA ASFALTOSYMEZCLASASFÁLTICAS

SUPERINTENDENCIA

CERT IFICADO DE ACREDITACIÓNResolución12821NTC-ISO/IE C17025:2001

C O

L O

M B

I A N A

D E

I N G E N

I E R

O S

S O C IE D D A

SOCIEDAD

CORRESPONDIENTE

LATINOAMERICANAD EL ASFALTO

ASO CIACIÓ N

ALAMiembro Fundador

CÁMARA COLOMBIANADELA INFRAESTRUCTURA

CERTIFICADO

DEGESTION

DELACALIDAD

CódigoN º19054

NTC -I SO9001: 2000

Prest acióndeSer vi ciosdeLaborat or ioyFabr i caci óndeAdi t ivospar aAsf al t osyMezclasAsf ál t icas

BehaviouralCharacteristicsofColdFoamedRecycledMaterial

NanocarbonMaterials:ChemicalDesignandApplications

Modificationofthe PenetrationTesttomeasureRheologicalPropertiesofBitumen

SC 1905-1



2 EDITORIAL

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USO DE MICROSCOPÍA DE LUZ POLARIZADA EN ASFALTOS

José Pablo Aguiar Moya • Fabricio Leiva Villacorta • Rafael ErnestoVillegas Villegas • Jorge Salazar Delgado • Luis Guillermo Loría Salazar

14EVALUACIÓN DE MODELOS REOLÓGICOS PARA ELMÓDULO COMPLEJO DE ASFALTOSJuliana Puello Méndez • Karen Johana Silgado Correa

Natalia Afanasjeva • Mario Alvarez Cifuentes

25MODELOS DE RECICLAJE EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOSMartha Patricia Ruiz Ojeda • Luis E. Sanabria

Jorge Luis Carreño Gómez • Alexei Chiman

41NANOEMULSIONES Y SU PRODUCCIÓNLuz S. Quintero • Luis E. Sanabria

52ANÁLISIS DE LOS PRINCIPALES PROBLEMASEN MATERIA DE SEGURIDAD VIAL Y POSIBLESALTERNATIVAS DE SOLUCIÓNFredy Wsblado Baron • Luis E. Sanabria • Martha Patricia Ruiz Ojeda

EDICIÓN No. 27Corporación para la Investigación y Desarrolloen Asfaltos en el Sector Transporte e IndustrialCORASFALTOS

Asfaltos y Pavimentos se encuentra integrada en laBase Bibliográfica CHEMICAL ABSTRACTS PLUS,www.cas.org (Ohio), e incluida en la Base de DatosLATINDEX (Catálogo y Directorio). EDITORIng. Qco. M.Sc. Luis E. [email protected]

EDICIÓN Y COORDINACIÓNIng. Diana Aguilar

COMITÉ EDITORIALPh.D. Alexei ChimanPh.D. Arlex ChavesPh.D. Eduardo CastañedaM.Sc. Luis E. SanabriaPh.D. Candidate Luz Stella QuinteroPh.D. Victoria Gaman

ÁRBITROSPh.D. Dionysios Vynias (Grecia)

Ph.D. Luis Eduardo Jaimes (Colombia)

Ph.D. Luis Guillermo Loría (Costa Rica)

Ph.D. Candidate Luz Stella Quintero (Colombia)

Esp. Hugo Núñez (Colombia)

Ph.D. Mario Candia (Estados Unidos)

M.Sc. Martha Patricia Ruíz (Colombia)

Ph.D. Raúl Velásquez (Estados Unidos)Ph.D. Candidate Yuly Fernanda López (Colombia)

TRADUCCIONESPh.D. Candidate Luz Stella Quintero

CORRECCIÓN DE ESTILOIng. Diana AguilarProf. Katherine López

DISEÑO, DIAGRAMACIÓN E IMPRESIÓNFutura Diseño e Impresión

DERECHOS RESERVADOSProhibida su reproducción parcial o total sin autorizaciónexpresa del Editor.Los artículos representan la opinión de los autores y noconstituye la opinión de CORASFALTOS.

PERIODICIDADSemestral

TIRAJE500 ejemplares

DIRECCIÓN POSTALKm 2 Vía al Refugio Sede UIS GuatiguaráPiedecuesta – Santander – [email protected]: (57) (7) 6970697Fax : (57) (7) 6970698

CORASFALTOS

CONTENIDO

La revista Asfaltos y Pavimentos, es una publicación científica y tecnológica la Corporación para la Investigación y Desarrollo en Asfaltos en el Sector TransporteIndustrial – CORASFALTOS. En 1998 se llevo a cabo su primera edición, la cu

tiene una periodicidad semestral y está dirigida al sector industrial, estatal, científicoacadémico, responsable del diseño, construcción y conservación de la infraestructura vcon pavimentos flexibles.

Asfaltos y Pavimentos tiene como objetivo, difundir y promover el usoapropiación del conocimiento; para ello, presenta resultados de investigaciones, tendenctecnológicas, procesos y/o experiencias que le permiten al lector, acceder a informaccon sustento técnico e identificar nuevas tecnologías que son aplicadas en otros paísescuyos resultados otorgan grandes beneficios económicos, ambientales, tecnológicossociales. Los autores de cada uno de los artículos presentados, son investigadores de malto nivel académico, con reconocimiento y distinciones a nivel internacional; así mismse destacan investigadores junior, que son emprendedores y generadores de ideas nuevaPor otra parte, participa un selector grupo de empresarios líderes en aplicación de nuevtecnologías a nivel nacional e internacional.

Es importante resaltar que cada una de las publicaciones de Asfaltos y Pavimentse hace posible, gracias a la colaboración y participación de centros y grupos de investigacaliados a CORASFALTOS representantes de los cinco (5) continentes, que cuentan creconocida trayectoria internacional.



Luis Enrique Sanabria Grajales

Ingeniero Químico MSc.

Editorial

Los adelantos tecnológicos en la caracterizaciónde materiales para los pavimentos flexibles cadavez son más numerosos y brindan información másobjetiva sobre su comportamiento fisicomecánicoversus sus características fisicoquímicas. En esta

edición se menciona una metodología que permiteconocer con mayor detalle las características de losligantes combinando la “microscopía electrónica yla luz polarizada”, técnica que está siendo utilizadaen el laboratorio de Lanamme. Igualmente seestán desarrollando modelos de comportamientosreológicos del asfalto lo cual nos brinda mayorinformación de los ligantes frente a los esfuerzos alos que son sometidos por efectos del tráfico. Unode los temas de mayor interés es la factibilidadtécnica de preparar emulsiones con asfaltos de bajapenetración para fabricar mezclas asfálticas de alto

módulo.

Teniendo en cuenta que las carreteras ecológicasvan cobrando importancia dentro de la industria dela construcción, en la presente publicación se tratanaspectos relacionados con los pavimentos en frioy con el reciclaje de carpetas asfálticas, tendenciaque apunta a conseguir mezclas de buena calidadobtenidas con el 100% de material reciclado. Esteobjetivo debe mantenerse como meta para quienesestamos investigando en este campo.

Igualmente y apoyando los esfuerzos que elgobierno nacional está haciendo en aspectos deseguridad vial y con el ánimo de buscar solucionesa través de la investigación y posteriormente con lainnovación, se presenta un análisis de los principalesproblemas existentes en este aspecto.

Por último, deseamos compartir que en el año2014 se realizará, en la ciudad de la eterna primavera Medellín, las “Novenas Jornadas Internacionalesdel Asfalto”, evento al cual están invitados losempresarios, académicos e investigadores de laindustria de los pavimentos flexibles, quienes tendránla oportunidad de conocer las tendencias mundialesdel sector y sobre tecnologías de materiales, procesosy equipos que están impactando o pueden influir enla calidad de las obras de infraestructura vial deLatinoamérica. Esperamos su activa participación.

A s f a l t o s y P a v i m e n t o s

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2 7 J u l i o - D i c i e m b r e d e 2 0 1 3 B u

c a r a m a n g a ·

C o l o m b i a I S S N

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Editorial

Technological advances in the characterizationof materials for flexible pavements are becomingmore numerous and provide more objectiveinformation on their physical-mechanic behaviorversus their physicochemical characteristics. In this

issue, it is mentioned one of those advances that isbeing used to gain insight into the characteristicsof the binders combining "electron microscopyand polarized light", this technique is being usedin the laboratories of LANAMME. Also there areunder development models of asphalt rheologicalbehavior which give us more information regardingthe stresses to which binders are subjected bytraffic. One of the most interesting topics is thetechnical feasibility of preparing emulsions withlow penetration asphalts to produce high modulusasphalt mixes.

Considering that ecological roads are gainingimportance in the construction industry, thisissue deals with aspects of cold mix asphalts andreclaiming of asphalt pavements, a trend that pointsto get good quality mixes using 100% of reclaimedmaterial. This objective must remain as the goalfor those who are investigating in this field.

Similarly and supporting the efforts that the

national government is doing in road safety aspectsand, with the intention of seeking solutions through

research and innovation subsequently, an analysisof the main problems is presented in this regard.

Finally, we want to share that in 2014 itwill be held in Medellin, the city of the eternalspringtime, the "Ninth International Conference ofAsphalt", event that will count with the presenceof entrepreneurs, academics and researchers fromthe industry of flexible pavements. There will bethe opportunity to meet the global industry trendsand technologies of materials, processes andequipments that have a significant impact on thequality of the road infrastructure in Latin America.We look forward to your active participation.

AsfaltosyPavimentos

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Edición No. 27 Julio - Diciembre de 2013 Bucaramanga · Colombia ISSN 0123-8574



Uso de Microscopía deLuz Polarizada en Asfaltos

Fecha de Recepción Artículo: AGOSTO 09 DE 2013

Fecha de Aceptación Artículo: SEPTIEMBRE 24 DE 2013

Ing. JOSÉ PABLO AGUIAR MOYA, Ph.D.Coordinador Unidad de Materiales yPavimentos-PITRA, LanammeUCR

e-mail: [email protected]: + (506) 2511-2529

RAFAEL ERNESTO VILLEGAS VILLEGASInvestigador Unidad de Materiales yPavimentos-PITRA, LanammeUCR

e-mail: [email protected] tel: + (506) 2511-4963

Ing. LUIS GUILLERMO LORÍA SALAZAR,Ph.D.

Coordinador General Programa de Infraestructuradel Transporte (PITRA), Lanamme UCR


Ing. FABRICIO LEIVA VILLACORTA, Ph.D. Investigador Unidad de Materiales y

Pavimentos-PITRA, LanammeUCRe-mail: [email protected]

tel: + (506) 2511-2529

Qco. JORGE SALAZAR DELGADO Investigador Unidad de Materiales y

Pavimentos-PITRA, LanammeUCR


Use of Polarized LightMicroscopy in Asphalts


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ResumenEl siguiente artículo pretende introducir la

técnica de microscopía de luz polarizada (PLM)como herramienta para caracterización de asfaltos.La herramienta que es de uso generalizado en áreasdel conocimiento como la petrografía, la metalurgia,la biología, la medicina y la química, no ha sidoutilizada para la caracterización del asfalto. Noobstante, la herramienta que consiste en un sistemaóptico con filtros de polarización de la luz permiteevaluar propiedades micro-mecánicas, estructuralese inclusive químicas del asfalto.

Para evaluar el uso de la técnica, se evaluaron

dos asfaltos que han sido distribuidos en CostaRica en distintos momentos (AC-30 y AC-40).Bajo la condición original, no se lograron observarvariaciones en las imágenes PLM. No obstante, alsometer las muestras a procesos de envejecimientoen RTFO y PAV si se observaron cambios claros(índice de refracción), que a la vez pueden sercorrelacionados con cambios en propiedadesreológicas del material. El fenómeno también pudoser demostrado a nivel de fracciones del asfalto (ej.asfaltenos vs. maltenos).

Finalmente, también se evaluó el efecto quegenera la luz polarizada en asfaltos modificadoscon polímeros. Se pudo observar que dado elcomportamiento isotrópico del los polímeros, losmismos no afectan la luz generada por el PLM. Portanto, las imágenes de asfaltos modificados en PLMpermiten analizar la presencia del polímero, asícomo el grado de incorporación.

Palabras Clave: Asfalto, envejecimiento,microscopía, luz polarizada.

AbstractThe following paper pretends to introduce the

use of polarized light microscopy (PLM) as a toolfor asphalt characterization. The tool which hasbeen used in areas such as petrography, metallurgy,biology, medicine, and chemistry, has not been

readily used for asphalt characterization. However,PLM, which consists of an optical system with lightpolarization filters allows for evaluation of micro-mechanical, structural, and chemical properties ofthe asphalt binder.

To assess the technique, two asphalt binderswhich have been distributed in Costa Rica (AC-30and AC-40) were analyzed. It was observed thatthe neat binders do not present differences underPLM. However, when the samples were subjected toRTFO and PAV aging, evident changes in the images(refractive index) were observed. The changes canalso be directly correlated to rheological propertiesof the material. The phenomenon could also beobserved when analyzing the different asphaltfractions (asphaltenes vs. maltenes).

Finally, the effect of polarized light on asphaltsmodified with polymers was analyzed. It wasobserved that due to the isotropic behavior of thepolymer, the light passing through the sample wasnot affected. Consequently, the PLM images can alsobe used to analyze the presence of a modifier, and theeffectiveness of the incorporation process.

Keywords: Asphalt binder, aging, microscopy,polarized light.

IntroducciónHoy en día, existe un gran interés en poder

entender con detalle las propiedades micro-mecánicas y el comportamiento químico del asfalto.Lo anterior con la intención de poder modelar ypredecir con mayor grado de confianza el desempeñode las mezclas asfálticas durante su vida útil(Allen, 2010). A pesar que el asfalto correspondea un pequeño porcentaje de la mezcla asfáltica,variaciones en la distribución molecular y el arreglo

micro-mecánico de las estructuras que lo conformantienen un efecto muy significativo sobre el desempeñode la mezcla asfáltica. Todo lo anterior va asociado aque pequeñas variaciones en la composición químicay estructural de la matriz asfáltica implican cambiosconsiderables en el comportamiento reológico ytermoplástico del material (Allen, 2010).

Edición No. 27 Julio - Diciembre de 2013 Bucaramanga · Colombia ISSN 0123-8574 AsfaltosyPavimentos

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Uso de Microscopía de Luz Polarizada en Asfaltos

Use of Polarized Light Microscopy in Asphalts



Sin embargo, una adecuada caracterizaciónquímica y del arreglo micro-mecánico del asfalto esdifícil debido a que, inclusive dentro de una mismafuente, existe variabilidad considerable. Esto se debea que el asfalto está compuesto por diferentes fases o

tipos de estructuras. No obstante, el número de fasesque varía entre 4 y 6, es muy específico a cada tipo deasfalto (Jäger, 2004;Masson et al., 2006; Masson etal., 2007). Esto se vuelve aún más crítico cuando seconsideran varias fuentes de asfalto (Masson et al.,2006), condición que es muy típica de Costa Ricadonde no siempre es posible identificar la fuente deproveniencia del asfalto, la cual típicamente varíacon la temporada.

Por esta razón, existe una gran gama detécnicas que han sido utilizadas para caracterizar

la composición química del asfalto: espectroscopíainfrarroja de transformada de Fourier (FTIR),espectroscopía Raman, difracción de rayos X,cromatografía de gases acoplado a espectroscopíade masas (MS), espectrofotometría UV/visible,cromatografía líquida de alto desempeño(HPLC), cromatografía de columna o de capafina, espectrofotometría de plasma acopladoinductivamente con detección de masas (ICP-MS) y análisis térmico como termogravimetría(TGA) y calorimetría de barrido diferencial (DSC).De la misma forma, hay una amplia gama de

técnicas que pueden ser utilizadas para analizar elcomportamiento micro-mecánico de la estructuradel asfalto: reómetro dinámico de cortante (DSR),análisis mecánico dinámico (DMA), microscopía defuerza atómica (AFM) y microscopía electrónica(SEM)(Aguiar et al., 2013). Adicionalmente,las técnicas previas suelen evaluarse en conjuntocon herramientas que permitan realizar análisistérmico para poder entender de manera integral elcomportamiento del material (Leiva et al., 2013).

No obstante, las técnicas anteriormente listadasson complejas, requieren de equipos costosos e

interpretación y análisis de resultados, lo que a lafecha significa que el uso de los mismos no es factiblea la hora de llevar procesos de control de calidady verificación de calidad en campo. Por tanto, elobjetivo del siguiente artículo es la introducción de latécnica de microscopía de luz polarizada (PLM porsus siglas en inglés), como un ensayo o verificación

que se puede realizar en tiempo real a muy bajo costoy que brinda información cualitativa o cuantitativadel estado del asfalto o la incorporación de aditivos.

Microscopía de luz polarizadaLa microscopía de luz polarizada (PLM) puede

abarcar toda una gama de análisis de microscopíaque utilizan luz polarizada. La polarización de laluz consiste en especificar la orientación del campoeléctrico de las ondas de luz en una ubicaciónespecífica en el espacio, para un período dado deoscilación (Goldstein, 2010).

El principio se fundamenta en el hecho que laluz es un tipo de radiación electromagnética y comotal contiene moléculas con capacidad de emitirfotones (luz). Cuando la orientación de los camposeléctricos producidos por los emisores de luz esaleatorio, o no están correlacionados, se dice quela luz es no polarizada. Conforme aumenta el gradode correlación entre las ondas, la luz pasa de nopolarizada a polarizada (Figura 1).

Figura 1.Onda electromagnética (a) no polarizada y (b) polarizada lineal.

En general, cuando la luz viaja en el espacio,típicamente se propaga como una onda transversal(partículas de energía vibran perpendicularmente aldesplazamiento de la onda).Bajo esta condición, elcampo eléctrico de la luz puede ser orientado en una

José Pablo Aguiar Moya • Fabricio Leiva Villacorta • Rafael Ernesto Villegas Villegas • Jorge Salazar Delgado • Luis Guillermo Loría Salazar

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única dirección (polarización lineal) o rotar cuandose desplaza la onda (polarización circular o elíptica)(Collet, 1992).

Con base en este principio, se requiere de un sistema

óptico de campo claro con filtros para modificar la luzpara poder tomar imágenes de la luz polarizada sobreun material a escalas reducidas. A dicho equipo se leconoce como microscopio de luz polarizada (PLM)(Figura 2). Inicialmente, la tecnología fue enfocada enáreas como la petrografía y la metalurgia. No obstante,actualmente su uso se ha extendido a muchas otrasáreas (ej. biología, medicina, química y recientementemateriales para la construcción).

Figura 2.Equipo PLM (fuente: Lanotec, 2013)

Este microscopio puede trabajar en dosmodalidades de iluminación, ya sea por luztrasmitida o mediante luz incidente. De esta formala luz de la fuente de iluminación se propaga en todasdirecciones debido a vibración, interactuando con lamuestra. Posteriormente, la luz continúa su pasoa través del sistema óptico y un filtro polarizadorde ondas. El filtro busca dejar pasar la luz quevibra únicamente en un plano determinado (eje depolarización) (Kapitza, 1997).

Los materiales, independientemente de sucomplejidad, tienen sus moléculas distribuidas en

el espacio de forma tridimensional y su arregloestructural siempre buscará ser el más estable.Materiales de mayor pureza cuentan con estructurassimétricas muy uniformes, y por tanto con las mismaspropiedades ópticas en cualquier dirección que se

mida. Cuando la luz atraviesa dichos materiales,la velocidad es la misma en todas direcciones ypor tanto se denominan isótropos o sustanciasisotrópicas. De no ser este el caso (ej. estructuras nocristalinas de arreglos estructurales complejos), losmateriales se clasifican como anisotrópicos pues lavelocidad de la luz es asimétrica y variables en lasdistintas direcciones.

Cuando se estudia el comportamiento de unmaterial en un microscopio de luz polarizada losmateriales anisotrópicos evidencian distintos índices

de refracción en relación a la dirección del haz de luz,en el caso de los materiales isotrópicos mantienenun índice de refracción constante en toda la muestraanalizada (Dorronsoro-Díaz et al., 1998).

Este PLM adicionalmente facilita la evaluaciónde las propiedades ópticas de materiales siendo idealpara observar, fotografiar e inclusive grabar videoen alta resolución del comportamiento de muestrasy diferencias en sus cambios estructurales que seanvisibles después de pasar por un filtro polarizado ygracias a la anisotropía del material en estudio. Es

importante aclarar que hay una variedad de filtrosque pueden ser utilizados, sin los cuales no seríaposible analizar las muestras pues sin los mismosno es posible detectar cambios de intensidad enla luz polarizada. Esto permite obtener imágenesdel comportamiento estructural de los materiales:realizar comparaciones entre asfaltos de diferentesfuentes, asfaltos envejecidos de forma controlada,asfaltos modificados mediante la adición de aditivoscomo polímeros y fases del asfalto obtenidas porseparación mediante cromatografía de columna.Dependiendo de las condiciones de la imagen ycómo la misma fue obtenida es posible identificar

la morfología del asfalto, anisotropía y textura.Adicionalmente, si se aplican condiciones deesfuerzo externo es posible medir parámetroscorrelacionados con fragilidad o elasticidad, estadode esfuerzos, punto de fusión e indicadores dedeformación acumulada (Delly, 1998). En cualquiercaso de los anteriores es posible obtener información


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cualitativa, e inclusive cuantitativa,con base en lasimágenes del PLM.

Caracterización de materiales y

Procedimiento ExperimentalLos asfaltos evaluados en este estudio corresponden

a dos tipos de asfalto clasificados como AC-30 y AC-40.El AC-30 es típicamente utilizado en Costa Ricapara la construcción de carreteras. Este asfalto ha sidomodificado de forma controlada en laboratorio paraanalizar su comportamiento mediante PLM. Entrelas modificaciones se encuentran envejecimientosRTFO, RTFO+PAV, modificaciones con polímerosque inicialmente son materiales de desecho, comooleofinas termoplásticas para búmper de vehículos,

bolsa de desecho para cubrir banano (polietileno),poliestireno, polvo de hule de llanta y modificacionescon el polímero comercial SBS (estireno-butadieno-estireno). Adicionalmente, se han consideradomediciones de la separación del asfalto en dosfracciones mediante cromatografía de columna: lafracción insoluble en n-hexano (asfaltenos) y la fracciónsoluble en el solvente, posterior a la evaporación delmismo (maltenos).

Para las muestras en condición original, envejecidasde forma controlada y fracciones cromatográfícas, se

colocó una pequeña gota en un vidrio porta-objeto a

una temperatura aproximadamente cercana a 135 ºCpara garantizar su fluidez. Inmediatamente se colocaun vidrio cubre-objeto y se permite que la muestraentre los dos vidrios permanezca en el horno por cincominutos para que el espécimen fluya dejando una capa

delgada traslucida entre los dos vidrios para ser medidaen el PLM. Estos materiales son sólidos o semisólidosa temperatura ambiente y en esa condición se tomaronlas imágenes con un microscopio Motic BA300-POL.

ResultadosEste estudio se basa en mediciones cualitativas

del cambio de color del asfalto, cuando el mismo es

sometido a la luz polarizada, bajo diferentes gradosde envejecimiento u oxidación. El primer paso en elestudio consistió en medir la respuesta de asfaltosoriginales a la radiación de la luz polarizada: La Figura3 muestra la respuesta ante la luz polarizada para elasfalto AC-30 y AC-40. Nótese que la coloración deambas muestras es similar con diferentes tonalidadesde café. A manera de referencia, el asfalto AC-30tiene un módulo complejo de cortante |G*| de 892 Pay el AC-40 tiene un |G*|= 1.212 Pa. La diferenciaen |G*| es de aproximadamente 36%, sin embargono se ve reflejada en las imágenes y en el índice derefracción de las muestras.

(a) AC-30 (b)AC-40

Figura 3.Comparación entre asfaltos originales


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El asfalto AC-40 se sometió al proceso de envejecimiento-oxidación en los equipos RTFO y PAV, obteniendolas imágenes mostradas en la Figura 4. Aunque este asfalto por su alta viscosidad (AC-40) es poco susceptiblea la pérdida de volátiles, se nota un cambio de color en la muestra de PAV: la diferencia en refractividad de lamuestra se ve reflejada en tonos más amarillos.

(a) (b)

Figura 4.Comparación entre estados (a) original y (b) PAV para asfalto AC-40

Un proceso similar se aplicó al asfalto AC-30, elcual se envejeció en el RTFO y en el PAV. Las imágenesde luz polarizada se muestran en la Figura 5. Se observael cambio en la coloración de la emisión del materialproducto del cambio en la estructura molecular delmismo, como respuesta al tratamiento térmico y de

presión. El color café-rojizo a tonos verde-amarilloes indicativo de una estructura más tensionada. Estefenómeno es producto de cambios en la composiciónquímica del material y del arreglo estructural en lasfases, por otro lado se puede relacionar con el incrementoen los módulos de los materiales como se indica en la

Tabla 1. Los módulos medidos en el reómetro de cortedinámico (DSR) se calcularon con una geometríade 40mm pues como se observará posteriormente,el ámbito de consistencias de las muestras es muyamplio. Nótese el incremento en la rigidez de materialconforme ha sido expuesto las condiciones propias de

envejecimiento-oxidación del asfalto y como el cambioen la coloración de este en particular es notorio a partirdel envejecimiento en RTFO. Se observa que los cambiosen índice de refracción y tonalidad de las imágenespuede ser directamente correlacionado al módulo delmaterial en las distintas condiciones de envejecimiento.

(a) Original (b) RTFO (c) PAV

Figura 5.Respuesta del asfalto AC-30 a diferentes condiciones de envejecimiento


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Tabla 1.Valores de |G*| en condiciones de envejecimiento

Condición del Asfalto |G*| @ 25°C (Pa)

Original 1.974RTFO 5.335

PAV 6.749.000

Para complementar las mediciones previas, yconsiderando el modelo micelar del asfalto, se separóel asfalto AC-30 en asfaltenos y maltenos para poderestudiarla respuesta de estas fracciones ante distintascondiciones de envejecimiento (RTFO y PAV). Los

resultados se muestran en las Figuras 6 y 7.


Figura 6.Respuesta de los asfaltenos a diferentes condiciones de envejecimiento


Figura 7.Respuesta de los maltenos a diferentes condiciones de envejecimiento


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De la misma se puede observar un cambio claroen la coloración de la imagen del café claro al verde,conforme la muestra se envejece y oxida. Estoscambios también fueron medidos en el DSR con unageometría de 40 mm (Tabla 2).

Tabla 2.Valores de |G*| en los maltenos bajo condiciones de

envejecimiento

Condición de los Maltenos |G*| Pa (25°C)

Original 1.465

RTFO 683

PAV 428

En el caso de los asfaltenos se realizó la medicióndel módulo complejo de la fase en condición original:|G*| = 1.358.000 Pa. Se observa que los asfaltenosa temperatura ambiente presentan la consistencia deun sólido. Adicionalmente, se observa la coloraciónverde del material ante luz, brindando informaciónde dureza aparada por la magnitud del módulo. Estacoloración valida que la transición de colores claros

a verdes es indicativo de una rigidización del asfaltoy de una transición de los componentes más aceitososa fases de consistencia similar a las de los asfaltenos.

Para finalizar, se buscó evaluar el efecto de

la adición de un modificante al asfalto, cuando lamuestra es analizada con PLM. Para este propósito,se modificó el asfalto AC-30 con 2,5% masa enmasa de SBS. Para el asfalto AC-30, el valor delmódulo medido con la geometría de 8 mm a 22°Cfue de |G*| = 5.710.000 Pa. El asfalto modificadopresentó un módulo de |G*| = 9.270.000 Pa.La Figura 8 muestra las imágenes de PLM parael asfalto AC-30 y el asfalto AC-30+2,5% SBS.Se puede notar una coloración más amarilla en elasfalto modificado, producto de una mayor tensiónen su estructura. Por otra parte es importante

observar que las tonalidades verdes no aparecen,lo cual valida la hipótesis que la tonalidad verdeestá asociada a un incremento en rigidez del asfaltodebido al proceso de envejecimiento u oxidación, y noa un efecto asociado a la incorporación de aditivos.Adicionalmente, se observa que el aditivo SBSpresenta tonalidades blancas. Esto se debe a quelos polímeros son materiales amorfos e isotrópicosy como tales no se ven afectados por la luz que losatraviesa (Claudy et al., 1993).

(a) (b)

Figura 8.Comparación entre asfalto (a) AC-30 original y (b) AC-30+2,5% SBS


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ConclusionesCon el artículo se pretende introducir una

técnica de fácil implementación que puede llegara ser utilizada para caracterizar asfaltos desdeel punto de vista micro-mecánico, estructural yquímico. Se observó que el uso de la microscopíade luz polarizada (PLM) es capaz de distinguir losefectos del envejecimiento, diferencias morfológicasentre las distintas fases del asfalto y adición eincorporación de modificantes dentro de la matrizasfáltica. Esta primera etapa corresponde a unanálisis meramente cualitativo. Sin embargo, esevidente que los cambios observados en las imágenescorrelacionan con propiedades fundamentales del

material como lo es el módulo dinámico de cortante|G*|.

Como etapa posterior que se está desarrollando, sepretende incorporar técnicas de análisis de imágenespara cuantificar los cambios en las tonalidades oen el índice de difracción de las muestras y poderdesarrollar modelos matemáticos que permitanaproximar propiedades mecánicas del material apartir de imágenes del PLM. En este sentido es quese considera que la técnica es de gran valor puesla implementación de la misma es de bajo costo.

Adicionalmente, la preparación de las muestras esmínima y no hay tiempo de ensayo: la imagen escapturada inmediatamente. Por tanto, los criterioscuantitativos o cualitativos que se pueden desarrollara partir de este método podrían implementarse comoherramientas no solo de investigación, sino tambiéncomo herramientas de control y verificación decalidad.

AgradecimientoSe agradece al Laboratorio Nacional de

Nanotecnología de Costa Rica, principalmente al Dr.José Vega Baudrit y al Sr. Federico Solera Jiménez,por facilitar el uso del microscopio de luz polarizaday asistir en el proceso de medición para la realizaciónde dicho estudio.

Referencias[1]. Aguiar-Moya, J.P., Salazar-Delgado, J., Bonilla-Mora, V.,

Rodríguez-Castro, E.,Leiva-Villacorta, F., Loría-Salazar,

L.G. Morphological Analysis of Asphalt Phases Using AtomicForce Microscopy. Artículo enviado para consideración alla 93va Reunión Anual del Transportation Research Board.2013.

[2]. Allen, R.G. Structural characterization of micromechanicalProperties in asphalt using atomic force microscopy. M.Sc.Thesis. College Station, TX. 2010.

[3]. Claudy, P., Letoffe, J.M.,Rondelez, F.,Germanaud, L., King,G., Planche, J.P. A New Interpretation of Time-DependentPhysical Hardening in asphalt Based on DSC and OpticalThermoanalysis. Asphalt Paving Technology, Vol. 62. 1993.

[4]. Collet, E. Polarized light. Fundamentals and applications.Optical Engineering, Volume 36. CRC Press, LLC. Diciembre,1992.

[5]. Delly, J.G. Essentials of Polarized Light Microscopy, Fifth

Edition. College of Microscopy. 1998.[6]. Dorronsoro-Díaz, C., Dorronsoro-Díaz, B., Dorronsoro-

Fernández, C., García-Navarro, A.Mineralogía óptica.Estudio de los minerales con el microscopio petrográfico.Congreso UNIMAC. Website accesado 07/08/2013. http:// edafologia.ugr.es/optmine/index.htm

[7]. Goldstein, D.H. Polarized Light, Third Edition. CRC Press,LLC. Diciembre, 2010.

[8]. Jäger, A., Lackner, R., Eisenmenger-Sittner, C., Blab, R.Identification of Microstructural Components of Bitumenby Means of Atomic Force Microscopy (AFM). Proc. Appl.Math. Mech., Vol. 4, Rev. 1, pg. 400–401. 2004

[9]. Kapitza, H.G. Microscopy from the very beginning, SecondEdition. Carl Zeiss,Dipl.Bibl. Susanne Lichtenberg.1997.

[10]. Masson, J.F., Leblond, V., and Margeson, J. Bitumen

morphologies by phase-detection atomic force microscopy,Journal of Microscopy., Vol. 221, Issue 1, pg. 17–29. 2006.

[11]. Masson, J.F., Leblond, V., Margeson, J. Low-temperatureBitumen Stiffness and Viscous Paraffinic Nano- and Micro-Domains by Cryogenic AFM and PDM. Journal of Microscopy,Vol. 227, Rev. 3, pp. 191-202. 2007.

[12]. Leiva-Villacorta, F., Villegas-Villegas, R.E., Aguiar-Moya,J.P., Salazar-Delgado, J., Loría-Salazar, L.G. Effect of agingon rheological, chemical and thermodynamic properties ofasphalt components. Artículo enviado para consideración ala 93va Reunión Anual del Transportation Research Board.2013.


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Fecha de Recepción Artículo: SEPTIEMBRE 30 DE 2013

Fecha de Aceptación Artículo: NOVIEMBRE 25 DE 2013

Ing. JULIANA PUELLO MÉNDEZ, Ph.D.Profesora Titular,

Universidad San Buenaventura,Cartagena de Indias,

[email protected]; [email protected]

KAREN JOHANA SILGADO CORREAEstudiante de Ingeniería Química,Universidad de San Buenaventura,

Cartagena de Indias,[email protected]

Ing. MARIO ALVAREZ CIFUENTES, Ph.D.Profesor Titular,

Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,[email protected]

Qco. NATALIA AFANASJEVA, Ph.D.Profesora Titular,

Universidad del Valle, Cali,[email protected]

Evaluación de Modelos Reológicos para elMódulo Complejo de Asfaltos

Evaluation of Rheological Modelsfor Complex Modulus of Asphalts


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Este trabajo fue presentado en el XVII CongresoIberolatinoamericano del Asfalto, CILA 2013, enGuatemala, y ha sido modificado posteriormente,siguiendo el proceso de evaluación.

ResumenEn el presente trabajo se describe la

metodología para el ajuste de las curvas maestrasdel módulo complejo (G*) a 25°C, de tres asfaltosconvencionales con grado de penetración 60-70 (Apiay, Barrancabermeja y Boscán), en suestado inicial, envejecido en RTFOT y envejecidoen PAV, según los modelos reológicos propuestospor Christensen-Anderson, Christensen-Anderson-

Marasteanu, así como los modelos Sigmoidal ySigmoidal Generalizado. Mediante análisis deregresión no lineal se determinaron los parámetrosde cada modelo. La capacidad predictiva de cadamodelo se evaluó con base en el error cuadráticomedio. A partir de este estudio, se observó quepara los asfaltos analizados, el Modelo SigmoidalGeneralizado mostró la mejor capacidad predictiva,seguido por los modelos Christensen-Anderson-Marasteanu y Sigmoidal, los cuales mostraronsimilar capacidad predictiva, y por último elmodelo propuesto por Christensen y Anderson.

Los resultados indican que los modelos evaluadospermiten describir el comportamiento viscoelásticolineal de los asfaltos Apiay, Barrancabermeja yBoscán.

Palabras clave: Asfalto, Viscoelasticidad,Módulo complejo, Modelo reológico.

AbstractThe aim of this paper is to show the

methodology to find the values of parameters fromfour rheological models that have been proposed todescribe the complex modulus vs reduced frequencymaster curves for asphalts. Master curves at25°C were obtained for three neat asphalts withpenetration grade 60-70 (Apiay, Barrancabermeja

and Boscan) in their initial, RTFOT and PAV agedconditions. The rheological models were thoseproposed by Christensen-Anderson, Christensen-Anderson-Marasteanu, and the Sigmoidal (byPellinen and Witczak) and Generalized Sigmoidal

(by Rowe et al.) models. Rheological parametersfor each model were found by non linear regressionanalysis. The predictive capability for each modelwas evaluated by considering the mean squareerror. The results showed that all the studiedmodels describe appropriately the viscoelasticlinear behavior of the three asphalts. However,the best predictive capability was showed bythe Generalized Sigmoidal model, followed byChristensen-Anderson-Marasteanu, Sigmoidal,and Christensen-Anderson.

Keywords: Asphalt, Viscoelasticity,Complex Modulus, Rheological Model.

IntroducciónLos asfaltos son materiales viscoelásticos,

por lo tanto sus propiedades mecánicas puedenser evaluadas de forma apropiada medianteanálisis reológico; de esta manera es posibleobtener la curva maestra de un material asfáltico

determinado, la cual describe qué tan elástico oviscoso es un asfalto, dependiendo de la magnitudy tiempo de aplicación de un esfuerzo, así comode la temperatura (Bahia, 2008). El principiode superposición tiempo-temperatura (Time-temperature superposition principle, TTSP)relaciona la equivalencia entre estas magnitudespara un material viscoelástico. La construcciónde una curva maestra para cualquier material(incluidos los asfaltos) se basa en la obtención decurvas del módulo complejo versus la frecuenciaa varias temperaturas de interés. Se fija entoncesuna temperatura de referencia (T 0) y las demáscurvas se desplazan respecto de la frecuenciareducida, de manera que se superpongan susextremos y se obtenga una curva continua paraun amplio intervalo de frecuencias, la cual esconocida como curva maestra. De acuerdo con lodiscutido por Christensen y Anderson (1992), elcomportamiento viscoelástico lineal de un asfalto


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Evaluación de Modelos Reológicos para el Módulo Complejo de Asfaltos

Evaluation of Rheological Models for Complex Modulus of Asphalts



no modificado manifiesta esencialmente dosregiones: A frecuencias muy altas (lo que equivalea bajas temperaturas), el módulo complejotiende hacia un valor, conocido como el módulovítreo. A bajas frecuencias (que equivalen a altas

temperaturas) el material se comporta como unfluido newtoniano. Según Bonaquist y Christensen(2005), la representación del comportamientoviscoelástico de un material es adecuadacuando no existen rearreglos estructurales demacromoléculas ni transformaciones de fase,y cuando las mediciones se hacen en la regiónviscoelástica lineal. La conveniencia de lasmediciones del comportamiento viscoelásticolineal radica en que es posible relacionar laspropiedades mecánicas con cambios que tienenlugar en el asfalto a nivel molecular, como son los

cambios debido al envejecimiento termooxidativoo fotooxidativo (Puello et al ., 2011). Variosautores han desarrollado modelos reológicospara asfaltos no modificados (Christensen yAnderson, 1992; Marasteanu y Anderson, 1999;Pellinen et al ., 2002; Rowe et al ., 2008), con elfin de relacionar los parámetros reológicos conlas propiedades a nivel molecular. Sin embargo,el interés principal reside en el desarrollo demodelos que permitan describir adecuadamente elcomportamiento de asfaltos modificados (Bahia,2008). En este trabajo se presenta la comparación

de la capacidad de predicción de varios modelospropuestos para el módulo complejo (|G*|) detres asfaltos no modificados en sus estados inicial,envejecido en RTFOT y envejecido en RTFOT+PAV.La metodología usada es la misma que se describeen el trabajo de Yussof et al ., (2010).

Modelos reológicos

Modelo Sigmoidal

La ecuación del modelo Sigmoidal, propuestopor Pellinen y Witczak (2002), es la siguiente:

(1)

Donde |G*| es la magnitud del módulocomplejo, log(ω ) es el logaritmo de la frecuencia

reducida, δ es el valor de la asíntota inferior, α es la diferencia entre los valores de la asíntotasuperior e inferior, y β y γ son los que definen laforma entre asíntotas.

Modelo Sigmoidal Generalizado

Esta generalización del Modelo Sigmoidal fuepresentada por Rowe et al . (2008):

(2)

Donde λ es un parámetro asociado a laasimetría de la curva del módulo complejo. Lascantidades log(ω ), δ , α , β y γ son las mismas quepara el modelo anterior.

Modelo de Christensen y Anderson

El modelo propuesto por Christensen yAnderson (1992) define la siguiente expresiónpara el módulo complejo:

(3)

Donde Gg es el módulo vítreo, el cual sedefine como el valor hacia el cual tienden elmódulo complejo, el módulo de almacenamientoy el módulo de relajación a bajas temperaturasy altas frecuencias (o tiempos cortos de carga).El parámetro ω c es la frecuencia de transición, quese define como la frecuencia a una temperaturadada, para la cual la tangente de pérdidas (tan δ )es 1. En la frecuencia de transición, el módulode almacenamiento y el módulo de pérdidasson iguales. Para la mayoría de los asfaltos,la frecuencia de transición está muy cerca delpunto en el cual la asíntota viscosa intercepta

el módulo vítreo. La frecuencia de transiciónse puede considerar como un parámetro dedureza, indicando la consistencia general de unasfalto dado, a una temperatura seleccionada.A medida que un asfalto envejece, la frecuenciade transición es menor, lo cual indica que serequiere de mayor temperatura para que el asfaltopase de un comportamiento predominantemente

log |G*| = δ +α

[1+λe β + γ log(ω)] 1/λ

|G*| = G g 1 +ωc

ω

Log 2

R

R

Log 2

log |G*| = δ +α

1+e β + γ (log(ω))

Juliana Puello Méndez • Karen Johana Silgado Correa • Natalia Afanasjeva • Mario Alvarez Cifuentes

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elástico a un comportamiento predominantementeviscoso. Por último, el parámetro R es el índicereológico (Christensen y Anderson, 1992); esteparámetro se define como la diferencia entre elmódulo vítreo, Gg y el módulo complejo dinámico

para la frecuencia de transición, ω c . Los estudiosmuestran que a mayor grado de envejecimiento,aumenta el valor del índice reológico R ; a su vez,este parámetro se ha relacionado con la extensióndel espectro de relajación, y por lo tanto, con unadistribución de pesos moleculares más complejadebido al envejecimiento.

Modelo de Christensen-Anderson-Marasteanu

El modelo propuesto por Christensen-Anderson-Marasteanu (Marasteanu y Anderson, 1999)fue desarrollado para mejorar la descripción deasfaltos modificados y no modificados.

(4)

Donde v = log2/R. El parámetro fue incluidoen este modelo para mejorar la convergencia delos datos de |G*| entre las asíntotas superior einferior.

MetodologíaLas mediciones reométricas se hicieron en

un reómetro universal, de corte dinámico ydeformación controlada marca ARES, modeloA33A, del Bituminous Materials Laboratoryen la Universidad de Calgary, en Canadá. Lasmuestras estudiadas fueron tres asfaltos congrado de penetración 60-70: Apiay (PG 64-22),

Barrancabermeja (PG 64-22) y Boscán (PG 70-22), cada uno en estado inicial, envejecido enRTFOT y envejecido en RTFOT+PAV, para untotal de nueve muestras. El grado de desempeño

(PG) que se reporta para cada asfalto fuedeterminado previamente, y los resultados hansido publicados en trabajos anteriores. La base deeste estudio son las curvas maestras del módulocomplejo versus la frecuencia reducida (log|G*|

vs log ω) de cada asfalto (inicial y envejecido). Lacurvas maestras se obtuvieron para cada asfalto a25°C como temperatura de referencia, medianteel desplazamiento de los datos de barrido defrecuencia (|G*| vs ω ) a -5, 5, 15, 25, 35,45, 55, 65 y 75°C; cada barrido se hizo a unadeformación determinada previamente mediantebarridos de deformación a cada temperatura, paragarantizar que las mediciones correspondieranal comportamiento viscoelástico lineal. A partirde las curvas maestras obtenidas para los tresasfaltos, tanto en estado inicial como en estado

envejecido en RTFOT y envejecido en RTFOT+PAV,se determinaron los parámetros para cada uno delos modelos descritos previamente, aplicando elmétodo de mínimos cuadrados, como se describeen Yussof et al ., (2010). Para este fin se utilizóun software comercial que ofrece la función demínimos cuadrados para ajuste de datos.

Resultados

Modelo SigmoidalEste modelo cuenta con cuatro parámetros: α ,

δ , β y γ . Para la determinación de parámetros,losvalores iniciales fueron α = 10, δ = -1, β = -1 yγ = 1. Estos valores se seleccionaron considerandola descripción de Pellinen y Witckzac (2002). LaTabla 1 muestra los valores de los parámetros parael Modelo Sigmoidal, en los tres asfaltos, cadauno en estado inicial, RTFOT y RTFOT+PAV. Losvalores del error cuadrático medio indican queel Modelo Sigmoidal describe adecuadamente elcomportamiento del módulo complejo de los asfaltosestudiados. Los valores de los parámetros γ y δ dela Tabla 1 son comparables con los reportados porYusoff et al ., (2010).

|G*| = G g 1 +ωc

ω

v wv


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Tabla 1.Parámetros del Modelo Sigmoidal para los asfaltos Apiay, Barrancabermeja y Boscán, en sus estados iniciales, RTFOT y PAV.

Parámetros

Asfalto Apiay Asfalto Barrancabermeja Asfalto Boscán

Inicial RTFOT RTFOT+PAV Inicial RTFOT RTFOT+PAV Inicial RTFOT RTFOT+PAV

α 17,06 13,24 19,57 31,71 12,95 12,62 13,17 15,70 16,89

β -0,90 -0,75 -1,50 -1,53 -0,95 -1,12 -0,65 -0,98 -1,16

γ -0,22 -0,24 -0,18 -0,22 -0,30 -0,27 -0,27 -0,24 -0,19

δ -7,05 -3,60 -9,97 -21,53 -3,75 -3,51 -3,58 -5,98 -6,83

ECM* 0,04 0,30 0,09 0,28 0,01 0,01 0,03 0,02 0,13

*ECM = Error cuadrático medio.

En el trabajo de Yusoff, los valores reportados

muestran que existe influencia del grado deenvejecimiento y del tipo de asfalto. En el presenteestudio, los valores encontrados para los asfaltosApiay, Barrancabermeja y Boscán no muestrantendencias definidas con el grado de envejecimiento,y tampoco muestran relación con el tipo de asfalto.Adicionalmente, Yusoff et al . (2010, 2013) reportaronla capacidad predictiva del Modelo SigmoidalModificado, propuesto por García y Thompson(2007), en el que reemplazan el parámetro α por ladiferencia del logaritmo del valor típico del módulovítreo (log 1 GPa = 9, según Bonaquist y Christensen,

2005) menos el valor del parámetro δ . Sin embargo,se observa en la Tabla 1 que esta diferencia no essiempre de 9, lo cual sugiere que el Modelo SigmoidalModificado es una aproximación adecuada para

casos específicos, mientras que el Modelo Sigmoidal

considera variaciones en el valor del módulo vítreo. Elsignificado físico de los parámetros es necesario parapoder relacionar el comportamiento reológico con losarreglos a nivel molecular.

Modelo Sigmoidal Generalizado

Para la determinación de los parámetros delModelo Sigmoidal Generalizado, los valores inicialesfueron: α = 10, δ = 0, β = 1 y γ = 1. Igual quepara la evaluación del Modelo Sigmoidal, estos

valores se seleccionaron considerando la descripciónde Pellinen y Witckzac (2002), así como la hecha porRowe (2008). En la Tabla 2 se muestran los valoresobtenidos para los parámetros.

Tabla 2. Parámetros del Modelo Sigmoidal Generalizado para los asfaltos Apiay,

Barrancabermeja y Boscán, en sus estados iniciales, RTFOT y PAV.

Parámetros


Inicial RTFOTRTFOT+PAV Inicial RTFOT

RTFOT+PAV Inicial RTFOT

RTFOT+PAV

α 21,20 36,59 436,83 33146,00 10,35 10,23 11,93 16,66 17,13

β -1,07 -1,94 -4,55 -8,40 -0,78 -0,95 -0,58 -1,02 -1,17

γ -0,24 -0,13 -0,17 -0,25 -0,27 -0,26 -0,26 -0,24 -0,19

δ -11,33 -26,03 -427,04 -33136,08 -1,06 -1,07 -2,32 -6,95 -7,11

λ 2,18 -0,61 46,10 3845,89 0,16 0,29 0,63 1,22 1,13

ECM* 0,03 0,04 0,06 0,26 0,01 0,01 0,03 0,01 0,13

*ECM = Error cuadrático medio.


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El error cuadrático medio muestra que elmodelo describe adecuadamente la relación entreel módulo complejo y la frecuencia reducida. Enalgunos parámetros (β , δ ) se observa una levedependencia con el grado de envejecimiento. Igual

que para el Modelo Sigmoidal, no se apreciadependencia entre los valores de los parámetros yel tipo de asfalto.

Modelo Christensen-Anderson

En este modelo el valor de Gg se tomó como variabley no como un valor constante de 1GPa, con el fin deobtener un valor de error mínimo en la determinaciónde los parámetros para cada asfalto. En la Tabla 3 semuestran los resultados para el módulo vítreo (Gg ), lafrecuencia de transición (ω c ) y el índice reológico (R ).

Tabla 3.Parámetros del Modelo Christensen-Anderson para los asfaltos Apiay,

Barrancabermeja y Boscán, en sus estados iniciales, RTFOT y PAV.

ParámetrosAsfalto Apiay Asfalto Barrancabermeja Asfalto Boscán

Inicial RTFOT RTFOT+PAV



Gg (Pa) 2,6x109 1,5x109 1,5x109 4,2x108 6,5x108 9,4x108 1x109 1,2x109 1,3x109

Log ωc 3,51 2,66 0,59 4,40 2,76 1,66 3,44 2,95 1,88

R (Pa) 2,1 2,19 2,83 0,69 1,48 2,03 1,67 1,77 1,97

ECM* 0,02 0,37 0,18 3,69 0,12 0,03 0,10 0,16 8,19

*ECM = Error cuadrático medio. Las unidades de ωc son rad/s.

Los resultados muestran que la frecuenciade transición (ω c ) disminuye con el grado deenvejecimiento de los asfaltos. A su vez, la frecuenciade transición depende del tipo de asfalto. El índice

reológico (R

), de acuerdo con lo esperado, aumenta amedida que el asfalto se envejece. Estas tendencias sonacordes con las reportadas por Christensen y Anderson(1992), mientras que en las tendencias reportadas porYusoff et al . (2010, 2013), la frecuencia de transición(ω c ) y el índice reológico (R ) tienen una evolucióncontraria a la esperada. Ahora, en cuanto a losresultados para el módulo vítreo (Gg ), en la literaturase ha observado que éste es aproximadamente 1 GPa,y por lo tanto en varios estudios se ha fijado estevalor como constante, para la determinación de losotros parámetros del modelo Christensen-Anderson.Sin embargo, en la Tabla 3 se observa que el módulo

vítreo (Gg ) no es constante, ni es igual a 1 GPa entodos los casos. Solamente el valor de Gg del asfaltoBoscán en sus tres estados de envejecimiento es elque manifiesta correspondencia con la aproximaciónde Gg como constante. Esto se debe a que el asfaltoBoscán fue estudiado junto con otros asfaltos, comoasfalto de referencia en el desarrollo del programaSHRP y a su vez en el desarrollo del modelo

propuesto por Christensen y Anderson. Las diferenciasen los valores de los parámetros en los asfaltosBarrancabermeja y Apiay se pueden explicar si seconsidera el asfalto Boscán como referencia, como se

describe a continuación: El valor del índice reológicoR indica que el asfalto de Apiay tiene, entre los tresasfaltos estudiados, la distribución más amplia ensus pesos moleculares. El hecho de los valores de Gg del asfalto Apiay sean mayores que 1 GPa indica quelos compuestos presentes en el asfalto Apiay tienenmayor peso molecular que los del asfalto Boscán yBarrancabermeja; finalmente, el asfalto Apiay tienelos menores valores de frecuencia de transición(ω c ), lo cual indica que, debido a la presencia decompuestos de mayor peso molecular, se requierede mayor temperatura para que el asfalto de Apiaypase de tener un comportamiento predominantemente

elástico a predominantemente viscoso. Ahora, elasfalto de Barrancabermeja tiene el menor valorde Gg y de R en sus tres estados. Esto indica queen este asfalto es más uniforme la composición encuanto a pesos moleculares, a la vez que dichos pesosmoleculares son menores. La frecuencia de transicióntiene el mayor valor entre los tres asfaltos estudiados,lo cual equivale a menores temperaturas asociadas a


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la transición del comportamiento predominantementeelástico a predominantemente viscoso. El análisis deestas diferencias muestra la ventaja de las medicionesreológicas, pues éstas permiten explicar de formaracional el comportamiento de asfaltos de diferente

procedencia.

Modelo Christensen-Anderson-Marasteanu

En la Tabla 4 se presentan los valores delos parámetros para el modelo propuesto por

Christensen-Anderson-Marasteanu.

Los valores del error cuadrático medio son, engeneral, menores que los reportados para el modeloChristensen-Anderson, lo cual indica una mejorcapacidad predictiva. La frecuencia de transicióndepende del tipo de asfalto y del grado de envejecimiento.

De acuerdo con lo esperado, la frecuencia de transicióndisminuye con el grado de envejecimiento. En cuantoal módulo vítreo (Gg ), los resultados muestran que elvalor de este parámetro difiere de 1 GPa en el casode los asfaltos Apiay y Barrancabermeja; el análisisde los resultados para el módulo vítreo y la frecuenciade transición difiere de lo mostrado para el modelo deChristensen-Anderson, especialmente en el caso delasfalto de Barrancabermeja. Esta diferencia se puedeatribuir al uso de las variables v y w en el modelo. Losvalores de los parámetros v yw son comparables con losreportados por Yusoff et al. (2010), pero no muestranuna dependencia definida respecto del tipo de asfalto ni

del grado de envejecimiento.

Comparación gráfica de los parámetrosmedidos y estimados

A manera de ilustración, se presenta en las Figuras1, 2, 3 y 4 la comparación entre el módulo complejo

medido y estimado para el asfalto de Apiay, segúnlos cuatro modelos analizados. En cada figura, elmódulo complejo G* está en unidades de Pascales, y lafrecuencia en rad/s. Los marcadores de la convenciónindican el valor medido para el módulo complejo, y la

línea para cada conjunto de marcadores representa lapredicción según el modelo reológico. Se observa quepara los asfaltos estudiados, los modelos ofrecen unabuena capacidad predictiva.

Figura 1.Módulo complejo |G*| medido y estimado – Modelo Sigmoidal -

Asfalto Apiay inicial, RTFOT y RTFOT+PAV

Tabla 4.Parámetros del Modelo Christensen-Anderson-Marasteanu para los asfaltos Apiay,

Barrancabermeja y Boscán, en sus estados inicial, RTFOT y PAV.

Parámetros


Inicial RTFOTRTFOT+PAV Inicial RTFOT

RTFOT+PAV Inicial RTFOT

RTFOT+PAV

G g (Pa) 2,1 x109 1,5 x109 1,5 x109 5,3 x109 1 x109 9,3 x109 1,1 x109 1,1 x109 1,3 x109

Logω c 3,71 3,13 0,68 2,11 2,07 1,30 3,44 3,18 3,22

v 0,15 0,14 0,11 0,12 0,16 0,14 0,18 0,18 0,16w 0,97 0,94 0,99 1,96 1,12 1,05 1,00 0,97 0,79

ECM* 0,04 0,35 0,17 0,26 0,04 0,02 0,09 0,12 0,18

*ECM = Error cuadrático medio. Las unidades de ω c son rad/s.


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Figura 2.Módulo complejo |G*| medido y estimado - Modelo Sigmoidal

Generalizado - Asfalto Apiay inicial, RTFOT y RTFOT+PAV

Figura 3.Módulo complejo |G*| medido y estimado – Modelo Christensen

y Anderson – Asfalto Apiay inicial, RTFOT y RTFOT+PAV

Figura 4.Módulo complejo |G*| medido y estimado – Modelo

Christensen-Anderson-Marasteanu - Asfalto Apiay inicial,

RTFOT y RTFOT+PAV

ConclusionesSe determinaron los parámetros de cuatro

modelos reológicos para el módulo complejo detres asfaltos en tres estados de envejecimiento, yse evaluó la capacidad predictiva de cada modelomediante el error cuadrático medio obtenido conel método de mínimos cuadrados. Se observó quelos cuatro modelos evaluados permiten describirapropiadamente el módulo complejo de los asfaltosApiay, Barrancabermeja y Boscán a 25°C.

Los valores de los parámetros γ yδ obtenidos paralos asfaltos Apiay, Barrancabermeja y Boscán segúnel Modelo Sigmoidal, son similares a los reportados

por Yusoff et al . (2010). Los otros parámetros (α yβ) difieren, debido a que en el presente estudio seconsideró el módulo vítreo (Gg ) como parámetrovariable. Los valores de los parámetros del ModeloSigmoidal y Sigmoidal Generalizado no muestrandependencia con el grado de envejecimiento de losasfaltos estudiados. La no linealidad de los modelosSigmoidal y Sigmoidal Generalizado dificultala racionalización del significado físico de losparámetros. Adicionalmente, la no linealidad delos modelos hace que los valores de los parámetrosdependan de los valores iniciales para el método demínimos cuadrados.

Se observaron diferencias en los resultados de losasfaltos colombianos para el modelo de Christensen-Anderson, al ser comparados con los resultadosdel asfalto Boscán. Estas diferencias pudieronser explicadas con base en el significado físicoatribuido a los parámetros del módulo vítreo, índicereológico y frecuencia de transición. El modelode Christensen-Anderson-Marasteanu mejora lacapacidad predictiva por la inclusión de la variablev, pero a su vez este es un parámetro matemático, locual dificulta la atribución de un significado físico.

AgradecimientosLos autores agradecen al Departamento

Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación


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Colciencias, y al Profesor Ludo Zanzotto, director delCentro de Investigación en Materiales Bituminososde la Escuela de Ingenierías de la Universidad deCalgary en Canadá, por el apoyo brindado parallevar a cabo este y otros estudios.

Referencias[1]. Bahia, H. (2008). Modeling of asphalt binder rheology and

its application to modified binders, En: Modeling of asphaltconcrete, Richard Kim Ed., Mc Graw Hill Professional.

[2]. Bonaquist, R., Christensen, D. (2005). A practicalprocedure for developing dynamic modulus master curvesfor pavement structural design, Transportation Research

Record , Vol. 1929, p. 208-217.[3]. Christensen, D, Anderson, D. (1992). Interpretation of

Dynamic Mechanical Test Data for Paving Grade AsphaltCements, Journal of the Association of Asphalt Paving

Technologists , Vol. 61, p. 67-116.[4]. García, G., Thompson, M. (2007). HMA Dynamic modulus

predictive models: A review, Research Report FHWA-ICT-07-2005. Illinois Centre for Transportation.

[5]. Marasteanu, O., Anderson, D.A. (1999). Improved Modelfor Bitumen Rheological Characterization. Eurobitume

Workshop on Performance Related Properties for Bitumens

Binder , Luxembourg, paper no. 133.

[6]. Pellinen, T.K., Witczak, M.W. (2002). Stress DependentMaster Curve Construction for Dynamic (Complex) Modulus.Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists ,Vol. 71, p. 281–309.

[7]. Pellinen, T.K., Witczak, M.W., Bonaquist, R.F. (2002).Asphalt mix master curve construction using sigmoidal

fitting function with non-linear least squares optimizationtechnique. Proceedings of 15th ASCE Engineering MechanicsConference, June 2-5, Columbia University, New York, p. 83-101.

[8]. Puello, J., Afanasjeva, N., Alvarez, M. (2011). Evolución deparámetros reológicos, químicos y térmicos de los asfaltosdurante el envejecimiento termooxidativo acelerado. XVICongreso Iberolatinoamericano del Asfalto, Río de Janeiro,Brasil, Noviembre 20-25.

[9]. Rowe, G.M., Baugmgardner, G., Sharrock, M.J. (2008). Ageneralized logistic function to describe the master curvestiffnes properties of binder mastics and mixtures. 45thPetersen Asphalt Research Conference, Laramie, Wyoming,July 14-16. Disponible en: http://www.abatech.com/ documents/Master%Curve.pdf.

[10]. Yusoff, N.I.Md., Airey, G.D., Hainin, M.R. (2010).Predictability of complex modulus using rheological models,Asian Journal of Scientific Research , Vol. 3, No. 1, p. 18-30.

[11]. Yusoff, N.I.Md., Jakarni, F.M., Nguyen, V.H., Hainin, M.R.,Airey, G.D. (2013). Modelling the rheological propertiesof bituminous binders using mathematical equations,Construction and Building Materials, Vol. 40, p. 174-188.


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Modelos de Reciclaje enPavimentos Asfálticos

Fecha de Recepción Artículo: OCTUBRE 16 DE 2013

Fecha de Aceptación Artículo: NOVIEMBRE 27 DE 2013

Qco. MARTHA PATRICIA RUIZ OJEDA, M.Sc. Investigadora

CORASFALTOS, [email protected]

Ing. JORGE LUIS CARREÑO GÓMEZProfesional de Laboratorio


Ing. LUIS E. SANABRIA, M.Sc.Director Ejecutivo.


Ing. ALEXEI CHIMAN, Ph.D.Investigador Máster.CORASFALTOS, Piedecuesta.

[email protected]

Models of Recyclingin Asphalt Pavement

AsfaltosyPavimentosEdición No. 27 Julio - Diciembre de 2013 Bucaramanga · Colombia ISSN 0123-8574



ResumenLa conservación de pavimentos es un trabajo

necesario para garantizar las característicasque debe presentar una carretera y asegurar unaconducción cómoda y segura para el usuario. Elfresado y reposición de mezclas asfálticas comoacción de rehabilitación, genera un volumen deresiduos inertes que en muchos países, debido a lasrestricciones de tipo medioambiental y a la faltade espacio, suponen un problema. Por esta razón,mediante este artículo, se presenta una revisión de lastécnicas de reciclado de Pavimentos, que permiten lareutilización del material fresado en la fabricaciónde nuevas mezclas asfálticas, como una alternativa

para la mitigación del impacto ambiental.

Palabras Claves: Pavimento, Reciclado,caliente, frío, planta, en sitio, Mezcla asfáltica.

AbstractThe pavement maintenance is necessary to ensure

performance baseline characteristics that should

make a road and ensure a comfortable and safe forthe user. The milling and replacement of asphaltmixtures as rehabilitation action generates a volumeof inert waste in many countries due to environmentalconstraints such as lack of space, are a problem.Therefore, through this article, we present a reviewof the Pavement recycling techniques, which allowreuse of the milled material in the manufacture of newasphalt mixes, as an alternative for environmentalimpact mitigation.

Key Words: Pavement, Recycled, hot, cold,plant, in situ, Asphalt mix.

IntroducciónLos problemas de deterioro de las carreteras,

son causados principalmente por el tiempo de

vida útil excedida, sobrecargas o por la influenciade los cambios bruscos del medio ambiente. Lassoluciones propuestas normalmente, son realizarla construcción de una nueva vía o reparar lasexistentes, para la ejecución de estas, se requiere

del consumo de materiales nuevos y un alto consumoenergético, debido al calentamiento de los mismos,durante la producción y puesta en obra, lo cualgenera emisión de gases tóxicos al ambiente,y como resultados directos se producen efectospotencialmente negativos en la salud de la población.Esta preocupación y la necesidad de preservación, ycuidado del medio ambiente, ha llevado a los entesgubernamentales del medio ambiente y de carreterasa tomar decisiones, una de ellas es extender el ciclo devida de los materiales empleados en la construcciónvial, como es el caso de los pavimentos reciclados.

El uso de los materiales reciclados para laconstrucción vial se ha incrementado en todo elmundo durante los últimos años, debido a que cadadía más gobiernos adoptan políticas para minimizarel empleo de materiales nuevos, y promover elempleo de materiales reciclados, además de losgrandes avances tecnológicos que en este campo sehan logrado y que facilitan cada vez más su empleo.Por otra parte, el almacenamiento de los residuos escada vez más costoso, debido al espacio necesario ya las limitaciones ambientales que se incrementan

cada día.Parece claro que desde el punto de vista

ambiental, las técnicas de reciclado son sumamenteinteresantes y beneficiosas, y ya han sido adoptadaspor Estados Unidos y varios países de la unióneuropea, sin embargo, en Colombia, el recicladode mezclas asfálticas, no ha sido un procedimientocomúnmente empleado hasta este momento.

AntecedentesEl reciclado de pavimentos asfálticos en

caliente, se desarrolló y comenzó a utilizar desde1915, en los Estados Unidos, pero fue a principiode 1970 que comenzó a tener importancia, debidoa la crisis del petróleo, el aumento del precio delasfalto y, al creciente interés por la conservación

Martha Patricia Ruiz Ojeda • Luis Enrique Sanabria • Jorge Luis Carreño Gómez • Alexei Chiman

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de la energía y del medio ambiente y, a finales deesta época, llegó a Europa (Alemania, Austria,Holanda y Dinamarca) [1].

En 1975, en Estados Unidos, el consumo

de mezcla reciclada pasó de 50000 toneladasa 25 millones, en el año de 1980. En este últimoaño, se inició en Bélgica el reciclado en planta,pero fue entre 1983 y 1985 cuando presentó unmayor desarrollo. Para 1986 ya se contaba con65 centrales preparadas para el reciclado, de lascuales, 5 eran continuas y el resto discontinuas,sin embargo en ese año el precio del asfalto cayó,y se perdió en gran medida el interés por reciclar,pero en 1989 las tasas por concepto de vertido deresiduos aumentaron drásticamente y desde entoncesel reciclado de pavimentos no ha dejado de ser una

práctica habitual en la construcción y rehabilitaciónde carreteras en este país [2, 3, 4].

En la década de los 80, en España comenzarona introducirse de forma tímida con reciclado encaliente sobre la propia carretera pero la experienciano dio los buenos resultados esperados. Al inicio delos años 90, se inicia la aplicación de técnicas dereciclado en frío con emulsión y cemento, y se ponende manifiesto las ventajas de distinta índole quepresenta esta técnica de rehabilitación. Entre 1984y 1989, se reciclaron en frío aproximadamente 672

km de vías de bajo volumen en Oregón [5]. Entre los años de 1978 a 1985, en México se

realizaron los primeros reciclados en caliente insitu, con un total de área construida con mezclaasfáltica reciclada en caliente de 8’650.000 m2, en Chihuahua, Toluca, Paseo Tollocan, Ciudad deMéxico, Morelos, Jalisco, Autopista México-Puebla,Autopista México-Querétaro y el Aeropuerto deChihuahua. Fuera de las autopistas mencionadas yel aeropuerto de Chihuahua, el procedimiento quese siguió fue de reciclar en caliente a 140ºC de 2a 3 cm aplicando emulsión rejuvenecedora (0.8 a

1.2 litros m2) y sobre ésta una capa de Open Gradedo Gap Graded de 3 a 5 cm según las condiciones.En algunas avenidas principales y las autopistas secolocó una capa de concreto asfáltico de 8 cm y enel aeropuerto de Chihuahua de 12 cm de espesor.En la Autopista México-Querétaro se empezó autilizar el reciclado en planta central utilizando

fresadoras para recuperar el material de carpetaincorporando rejuvenecedor a la mezcla asfáltica;con 60% de material nuevo y 40% de recuperado(RAP) y asfalto AC-10 para el material virgen. Porotra parte, la técnica de reciclaje de pavimentos

en frío es utilizada ampliamente en México paratrabajos de rehabilitación estructural, pero lafalta de una normativa completa y de métodosde diseño adecuados, carencias en el control decalidad y la escasez de criterios para la correctaselección del agente estabilizador, han resultadoen comportamientos inconsistentes de las capasrecuperadas [6].

En 1986 ACESA (Autopistas, ConcesionariaEspañola S.A), llevó a cabo un proyecto deinvestigación en colaboración con una empresa

española de energía, en el mercado de hidrocarburos“REPSOL”, para poner a punto un rejuvenecedorque compensara las alteraciones en la composiciónquímica y estructura coloidal del asfalto envejecidocontenido en el RAP. A estos efectos se construyóun tramo de ensayo de aproximadamente 1.5 kmen la autopista A-2 para estudiar el proceso deenvejecimiento del ligante y la degradación de lamezcla sometida a condiciones reales, obteniéndoseresultados satisfactorios. Posteriormente, aunquehubo un nuevo impulso en el reciclado en los años90, se ha referido principalmente al reciclado in situ

en frío, por las ventajas económicas que ofrece, decualquier forma hay indicios de que en los próximosaños se puede ver un importante desarrollo delreciclado en caliente en planta con la aparición dela normativa específica para su fabricación, ademásde contar con experiencias muy recientes de laaplicación de esta técnica en Cataluña y Andalucía[7,8].

En 1990, los canadienses reciclaron 530,000toneladas de RAP y 788,000 fueron acumuladaspara su posterior reutilización, y al año siguiente,solamente en la provincia de Ontario se reutilizaron1.3 millones de toneladas de RAP de los cuatromillones de toneladas obtenidas [9].

En 1991, el Washington State Department ofTransportation, publicó unas recomendaciones parael uso de material reciclado, entre las más relevantestenemos las siguientes: Se permite la utilización de


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A review: Models of Recycling in Asphalt Pavement

Articulo de revisión: Modelos de Reciclaje en Pavimentos Asfálticos



hasta un 20% de RAP en la fabricación de mezclasnuevas sin necesidad de un diseño específico y; sepermite la utilización de hasta un 80% de RAPen la fabricación de mezclas nuevas siempre quese cumplan con los mismos criterios de diseño

empleados para las mezclas convencionales [1].

En 1994, en una encuesta realizada a todas lasagencias de transporte, En España, reporta que porlo menos 32 estados han utilizado RAP, en recicladode pavimentos asfálticos en frío. A pesar de losresultados arrojados en la encuesta, no es posiblesaber si estos estados se encuentran empleandolas técnicas de reciclado en frío en planta, in situo ambas. Con certeza, el reciclado de pavimentosen frío in situ se utiliza con más frecuencia, sobretodo en caminos de bajo volumen donde los costos de

transporte a las plantas son probablemente mayores[10].

En el año de 1997, la Empresa Colombiana dePetróleos (ECP), presentó un trabajo de investigaciónbasado en un método de reciclaje de pavimentoenvejecidos, utilizando emulsión rejuevenecedora,en el Segundo Congreso Mundial de Emulsiones, enBordeaux, Francia; posteriormente, en el año 1999,en el Asphalt Emulsion manufactures Association’s(AEMA), en el International Symposium on asphaltemulsion technology (ISAET), en la ciudad de

Washington, D.C. Luego este trabajo fue publicadoen el año 2000, en la revista de Asphalt ContractorPaving América; los resultados de la investigacióndemostraron que las propiedades mecánicas dela mezcla asfáltica, mejora considerablementeal aplicarse emulsión rejuvenecedora, esto seobservó, gracias al análisis determinado mediantelos módulos dinámicos, de las briquetas de ensayoevaluadas [11,12]. En el año 2000, en EstadosUnidos, desarrollaron un método de preparación deemulsiones químicamente estabilizadas de aceite depino en agua y el método de uso de las emulsionespara el tratamiento de estabilización de suelos, y

para el tratamiento de pavimento asfáltico recicladoy su reutilización como una capa de base estabilizadapara la construcción de carreteras [13].

En el 2002, en España, se aprueba la OrdenCircular 08/2001, en la que se incluyen tresartículos sobre reciclado de pavimentos que son de

aplicación en los Pliegos de Prescripciones TécnicasParticulares para las obras de conservación decarreteras del estado español. El Artículo 20de dicha orden, especifica las condiciones de lasoperaciones que constituyen esta técnica. Indica que

la dosificación de la emulsión bituminosa se realizaen base a las resistencias obtenidas en el ensayo deInmersión-Compresión, recogido en la norma NLT-162/00. Este método, que se utiliza para medir lasusceptibilidad al agua, fue sustituido en el año 2008por el ensayo de Sensibilidad al Agua, especificadoen la UNE-EN 12697-12, sin embargo, aunquepara mezclas bituminosas en caliente no se utilice laNLT-162 para medir la susceptibilidad del agua, enlos reciclados sí se sigue aplicando este método deensayo para definir el porcentaje óptimo de ligante yverificar la fórmula de trabajo durante su ejecución

[14, 15, 16]. En el año 2004, en Estados Unidos, se dieron

a conocer un proceso y maquinaria para reciclajede pavimentos asfálticos en caliente in situ, premezclando el RAP con agregados vírgenes, asfaltonuevo y agentes rejuvenecedores, y colocandola nueva capa con la adición de más agenterejuvenecedor [17, 18]; también, la invención deun material con excelente propiedad adherente parareparar carreteras, fue presentado. Éste material esproducido por calentamiento y mezclado de asfalto

soplado, aceite lubricante o aceite lubricante dedesecho, asfalto semi-soplado, y partículas finas decal hidratada y escoria de acero [19].

En el siguiente año, 2005, una nueva máquinay su respectivo proceso de funcionamiento parareciclaje de mezcla asfáltica en caliente in situ fuedesarrollada, incluyendo al menos una unidad deprecalentamiento, la cual consta de un calentador,rastrillos para escarificación, y una bandeja paradistribución del agregado [18]

En los años 2005 y 2008, un método dereconstrucción de una superficie de un pavimentoasfáltico se propone en los trabajos patentados porGrubba y sus colaboradores. Esta invención incluyela evaluación de pavimento para determinar si es uncandidato adecuado para la recuperación completa;mezclado de emulsión con partículas recuperadasde pavimento asfáltico de la calzada para formar


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una mezcla homogénea, y análisis de una mezclacon emulsión asfáltica por los ensayos de cohesión,susceptibilidad a la humedad, y módulos. Lainvención también incluye el diseño de una capa deprofundidad completa para recuperación basada en

estos datos de prueba [20, 21].

En el 2006, Wayne desarrollo una patente sobreuna máquina de reciclaje de pavimento y el métodode reciclado de pavimentos. El pavimento se reciclain situ usando el conjunto de reciclado mediantetrituración del pavimento existente, la adiciónde asfalto líquido para el pavimento, añadiendoopcionalmente pavimento suplementario, y mezclarel asfalto con el fluido existente y/o pavimentosuplementario [22].

Para los años 2006 y 2007, se diseñaron sistemasy métodos para reciclar pavimentos, en los cuales setuvo en cuenta la recepción y el acondicionamientodel material a reciclar para ser reutilizado. Eltratamiento que debe recibir el material comienzacon un calentamiento en cámara, empleando gasnatural, propano, u otra fuente de calor, éste esenviado a través de una cinta transportadoracaliente al tambor giratorio, el cual contiene unanillo que pre clasifica el material por tamaño de

grano mientras éste llega al final del tambor. Alfinal de la etapa en el tambor, una serie de paletas seutilizan para voltear el material asfáltico calentadoconvirtiéndolo en gránulos y mezclándolo conagentes rejuvenecedores. El tambor puede cambiar

de posición y velocidad de manera tal que se puedamantener el material hasta que esté listo para serreutilizado [23,24].

En el año 2007, En Colombia, el directorde Infraestructura del Instituto Colombiano deProductores de Cemento ICPC, presentó datos delIDU (Instituto de Desarrollo Urbano ) del reciclajede pavimentos, en donde muestra que en Bogotá serealizaron más de 7 proyectos para rehabilitaciónde pavimentos empleando RAP, en la tabla 1 sepueden observar los contratos de mantenimiento y

el volumen instalado [25]. Según la Alcaldía deMedellín (2011), el primer tramo de prueba fueconstruido en el mes de julio de 2011, en PradoCentro (Carrera 47 entre calles 64 y 65) y en elsector de Simón Bolívar (Calle 37 B, entre calles 82y 84), se aplicaron 265 toneladas de mezcla asfálticatipo densa en caliente, de un tamaño máximo de 25milímetros; el tramo cumplió con los requerimientosdel INVÍAS. De igual manera, se analizaron lascaracterísticas del asfalto recuperado [26, 27, 28].

Tabla 1.Contratos de mantenimiento. Fuente: Álvarez, 2012.

UBICACIÓN TÉCNICA UTILIZADA VOLUMENINSTALADO (m3)

Malla Vial Del Distrito,1998Av. BoyacáAv. 68Av. Américas. Tramo IAv. Américas. Tramo IIAutopista Bogotá-Villavicencio

RAP base granular + asfalto espumado

41.00063.24420.00026.57016.5424.300

TOTAL 172.334

En el año 2007, se dio a conocer un método dereciclado en frío in situ de material asfáltico. Estemétodo incluye la toma de muestras representativasde la vía, análisis de las muestras, selección deuna emulsión substancialmente libre de solventebasada en la historia climática, mezclado de la

emulsión y las partículas de pavimento asfálticorecuperado para formar una mezcla de emulsiónasfáltica, evaluación del comportamiento de lamezcla con emulsión asfáltica usando una pruebade desmoronamiento, una prueba de predicción defractura térmica por medio de la evaluación de


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tensión indirecta, una prueba de susceptibilidad ala humedad utilizando saturación de vacío, y unaprueba de estabilidad Marshall en seco. También,incluye el diseño de una capa de pavimento recicladoen frío in situ basada en estos datos de prueba.

Además incluye triturado de una capa de pavimentoasfáltico existente, adición de una emulsión a laspartículas de pavimento asfáltico recuperado,aplicación de la capa de reciclado colocado en fríodiseñada para la vía, y compactación de ésta [29,30, 31].

Para el año 2008 y 2009, se desarrollaron nuevasmaquinarias y procesos de producción de pavimentosreciclados. Se diseñó un sistema vehicular y métodopara reciclado continuo in situ de una capa depavimento. La invención consiste en calentar

una capa de pavimento flexible, reblandecerla,removerla y clasificarla en los diferentes tamañosde partícula, y volverla a mezclar según lagranulometría de la mezcla asfáltica que se deseaconstruir; para finalmente construir la nueva capade mezcla asfáltica reciclada [32]. Otro sistema ymétodo para reciclaje de pavimentos in situ contienerecipientes para almacenamiento con dispositivosde calentamiento y dosificadores tanto para losmateriales a reciclar como los materiales vírgenes;además posee un elemento de compactación [33].Un tercer aparato y método para reciclaje de

mezcla asfáltica en caliente en planta, se desarrollócon la posibilidad de reutilizar un alto porcentaje deproductos de asfalto [34].

En el año 2011, un agente rejuvenecedor conviscosidad de 200 cSt a 60000 cSt a 60°C, quecontiene entre el 10-90% en peso de aceite de palmay el 90-10% en peso de betún, donde los porcentajesse basan en el peso total de la composición, se dioa conocer. Este agente rejuvenecedor es adecuadopara uso en procesos de reciclaje de pavimentos encaliente in situ o en planta [35]. Para el mismo año,

se presentó un sistema de preparación de mezclasasfálticas recicladas en planta [36].

En el año 2012, se presentó un nuevo equipoindustrial para el reciclado de mezclas asfálticasen caliente, caracterizado por contener unabatería portátil de tolvas de dosificación de RAPy materiales pétreos vírgenes montadas en una

estructura de soporte, y un tanque almacenamientode mezcla asfalto-agente rejuvenecedor mejoradocon polímeros que se dosifica por medio de unabomba de engranes de tipo volumétrica a travésde una tubería hacia el cilindro rotatorio, a la

salida comprende un sensor de temperatura quemanda la señal al indicador de temperatura demezcla asfáltica reciclada en el tablero de control.En este mismo año, un método en frío in situ dereciclado de pavimento para reparar carreterasfue desarrollado y presentado por Gorman y suscolaboradores. Las partículas de mezcla asfálticaobtenidas por molienda de la carpeta asfálticaexistente se limitan por cribado a un tamañomáximo aproximadamente de una pulgada. Unaproporción predeterminada de cemento portland,agua, y emulsión asfáltica se añaden para generar

partículas de mezcla asfáltica. El cemento portlandse puede depositar sobre el asfalto existente antes dela molienda. La combinación resultante genera unamezcla reciclada, que luego puede ser descargadasobre la carretera [37]. En este mismo año Bargery sus colaboradores, proponen un método para lapreparación de mezclas de zeolita natural o artificialcon el RAP. Mezclas preparadas como se describeaquí pueden ser útiles, por ejemplo, en mezcla encaliente y en el parcheo de asfalto en frío [38].

Reciclaje dePavimentos Flexibles

El Reciclado de pavimentos asfálticos, es unatécnica en la cual, se extrae la capa asfáltica de unpavimento deteriorado, o bien se obtienen de mezclasnuevas que no han sido utilizadas, por ser un excedenteo por no haber cumplido con las especificaciones deproyecto. Este material es mezclado con agregado

virgen, asfalto nuevo y, algunas veces es mezcladocon agentes rejuvenecedores, para producir mezclasque cumplan con los requerimientos de calidad,resistencia y durabilidad exigidos para el tipo decapa en que serán utilizadas [1].

A partir del año de 1970, se desarrollarondiversas técnicas sobre el reciclado de las


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mezclas asfálticas, en planta o in situ, en fríoo en caliente. Una diferencia entre reciclado depavimentos en caliente y el reciclado en frío, esque la técnica en frío incorpora el asfalto nuevo através de emulsiones asfálticas, esto con el fin de

evitar el consumo energético, por calentamientode la nueva mezcla asfáltica y sus respectivoscomponentes, y las emisiones de gases tóxicos,mientras que, el proceso de reciclado en caliente,consiste básicamente en retirar la capa asfálticadel pavimento envejecido, mediante el fresado odemolición, este material es transportado a unacentral de fabricación, en la que es acopiado,caracterizado y eventualmente procesado, hastacumplir con ciertas condiciones de tamaño,humedad etc.

Reciclaje de Pavimentosen Planta Reciclaje en planta, en Caliente

Está basado en la re-utilización de lasmezclas asfálticas que son retiradas de las capasenvejecidas. El proceso se realiza retirando lasmezclas envejecidas, en forma de bloques extraídoso mediante el fresado. Este es trasladado a la

planta de fabricación de mezcla asfáltica, allí elmaterial es disgregado y mezclado en calientecon agregados y asfalto nuevo, así como agentesrejuvenecedores, obteniéndose una mezclacompuesta en parte por el material reciclado. Éstanormalmente es destinada para capas inferiores ycantos, aunque en ocasiones también para capa derodadura [39]

En caliente el tipo de plantas que se puedenutilizar en el proceso pueden ser continuas odiscontinuas. Las plantas discontinuas y las plantas

continuas de tambor-secador-mezclador, son lasindicadas para preparar mezclas de alta calidadutilizando RAP siempre y cuando se tomen ciertasprecauciones para evitar problemas relacionadoscon su uso [40]. A continuación, se describe deforma general los diferentes tipos de plantas ylos procedimientos que deben emplearse, para lafabricación de mezclas recicladas en caliente:

Plantas continuas

Este tipo de plantas pueden ser de tambor secador-mezclador ó Plantas con secador de contraflujo y unmezclador continuo. Existen básicamente cuatrotipos de plantas [40,41]:

a. Plantas con secador de flujo paralelocon mezclador separado. Las plantas consecador de flujo paralelo, con mezclador inde-pendiente, permiten utilizar del 30 al 35% deRAP sin producir humo.

b. Plantas con Secador de contraflujo yun mezclador continúo. Permiten utilizardel 35 al 50% de RAP. En estas plantas, ni ellíquido virgen, ni el RAP se exponen al vapor o

a las altas temperaturas durante el proceso desecado. Producen mezclas de excelente calidadhasta con un 40% de RAP y cumplen con todaslas normas de emisión de gases. Su desventajaes que requieren un mezclador muy grande dealta potencia y un secador enfriado por aire, enespecial cuando utilizan proporciones altas deRAP.

c. Plantas de mezclador con tambor decontraflujo. Esta cumple todas las nuevasnormas de emisión de gases, pero tienen como

desventaja su corto tiempo de mezcla, el cualno siempre proporciona una mezcla óptima. Encondiciones de proporciones altas de RAP, lacorta sección de fusión y de mezclado del tamborque posee, podría dar lugar a no fundir el RAPsuficientemente, produciendo una mezcla nohomogénea.

d. Plantas con doble tambor o DoubleBarrel. Funciona con un mezclador grandeubicado debajo de la parte inferior del secador,este mezclador de gran tamaño da tiempo

suficiente para que se funda completamenteel RAP después de haberse mezclado conel material virgen sobrecalentado. En estasplantas puede añadirse hasta un 50% de RAPsin contaminar la atmósfera con emisionesdañinas. Al tener una alta eficacia térmica suscostos operativos se reducen sensiblemente. Elcalor del tambor del secador va directamente a


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la sección de mezcla en lugar de escapar a laatmósfera [41, 42].

Plantas discontinuas

Consiste en introducir el RAP frío en la fundadel elevador caliente junto con el agregadonuevo sobrecalentado. Juntos son clasificadosy almacenados en tolvas calientes. Existenbásicamente cinco métodos para la utilización deRAP en una planta asfáltica discontinua, y en todoslos casos es necesario sobrecalentar el agregadonuevo [42].

a. Primer método: Consiste en introducirla mezcla reciclada fría, en la funda delelevador caliente junto con el agregado virgen

sobrecalentado. Juntos son clasificados yalmacenados en tolvas calientes. A medidaque el agua se va evaporando del MBR(Reactor biológico de membrana), se generavapor, el cual es extraído de forma continuapor el sistema recolector existente en la torredosificadora. Este método no causa problemasde emisión. Sin embargo, únicamente debenutilizarse proporciones bajas de Mezcla de 10al 15%, a menos que la tela de la criba de laplataforma inferior exceda de 5 a 6 mm. El usode porcentajes más altos con menos de 5 mm

de tela de cribado produce una composiciónpegajosa que, a menudo, destruye o ciega lacriba.

b. Segundo método: La torre dosificadoradebe tener una quinta tolva caliente. El RAPfrío y preclasificado se puede introducir en lafunda del elevador caliente junto con el áridosobrecalentado y preclasificado. El elevadorentrega el material mezclado directamentea la quinta tolva, desviándolo de las cribas dela torre. Este método da resultados óptimos ypermite utilizar hasta el 40% de RAP, y permitepasar de mezclas con RAP a mezclas vírgenessin vaciar las tolvas calientes porque no sesobrecalientan los materiales existentes en lasmismas.

c. Tercer método: Se entrega el RAP fríopreclasificado directamente a la tolva de pesaje

de la torre dosificadora junto con el áridovirgen sobrecalentado de la tolva caliente.Para aumentar el tiempo de calentado del RAP,puede dejarse caer el RAP intercalado entre losáridos calientes. Normalmente, se produce una

explosión suave cuando se deja caer el materialsin mezclar de la tolva de pesaje a la amasadoraen funcionamiento. La amasadora mezclainstantáneamente el RAP frío con el áridovirgen caliente, y la explosión es el resultadode la evaporación casi instantánea del agua delmaterial fresado.

d. Cuarto método: Consta de un nuevo sistemade control de alimentación. En este sistema, sealimenta el RAP hacia una tercera balanza paraobtener una cantidad determinada del mismo.

Después de pesado, se deja caer el RAP en unatolva con un alimentador, el cual introduce elRAP en la amasadora en un intervalo de 20 a 30segundos, lo que retarda el ciclo de la mezcla,pero permite una alimentación controlada. Porlo tanto, se extiende la generación de vapora un intervalo de 20 a 30 segundos y facilitasu control y eliminación. La tasa máxima dereciclado con este método se sitúa sobre el 20–25%.

e. Quinto método: Incorpora un secador separado

utilizado para recalentar el RAP. Actualmentees utilizado principalmente en Europa, y aunquecomparativamente con los sistemas anteriores esun sistema muy caro, tiene la ventaja de que sepueden utilizar proporciones de RAP del 35 al40%.

Reciclaje en planta, en frío

El proceso de reciclado en frío consiste enrecuperar y reusar el material fresado de unpavimento, sin la adicción de calor. A diferenciadel reciclado en caliente, el reciclado en frío gozade un amplio rango de aplicaciones, parte decapas relativamente delgadas que son elaboradasen el mismo lugar del pavimento fresado (tambiénconocidas “reciclado en frío in situ”), hasta capasgruesas que incluyen mezcla de diferentes materialesrecuperando la profundidad total del pavimento[45].


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La técnica de reciclado en frío puede ser realizada“en planta”, transportando el material bituminosofresado a una central el cual es alimentado a unaunidad de mezclado. Generalmente, el recicladoen planta es más costoso en términos del valor por

m3 de material procesado, debido a los costos quese deben asumir por traslado del material fresado.Sin embargo, resulta atractivo el reciclaje enplanta cuando se requieren capas adicionales depavimento. En planta se facilita el almacenamientode RAP de pavimentos anteriormente fresados, debetún y aditivos rejuvenecedores, y posteriormente,ser empleados en la fabricación de nuevas mezclasbituminosas. Esta técnica se está siendo cada vezmás popular para hacer frente a las reservas deRAP. En el caso en que se pueda trabajar el reciclajeen el lugar, se presentarán ahorros en tiempo y

transporte. Son bien conocidos los graves problemasque presentan las redes viales en todos los países delmundo, por lo que la rehabilitación de ellas superala demanda de nuevas carreteras; por esta razón, elreciclaje in situ ha sido aceptado como el métodopreferido para hacerle frente al enorme retraso en elmantenimiento de una vía [45,46].

Reciclaje de Pavimentos enSitio “IN SITU”

Reciclaje en sitio, en Caliente

La técnica de reciclado en sitio, consiste en laconservación de pavimentos asfalticos degradadosque se reutilizan directamente, con o sin aportaciónde materiales nuevos, mezclándolos in situ yposteriormente extendiendo y compactando la mezclapara constituir una nueva capa de pavimento. Son deaplicación cuando no se trata de corregir problemasde insuficiencia estructural sino problemas en capassuperficiales como son los debidos a envejecimiento

del ligante, pulimento de los áridos, pérdida detextura, etc. Aunque algunas de estas técnicaspermiten dotar al pavimento de una cierta capacidadde refuerzo, el espesor de tratamiento se limita aunos 8 cm como máximo, por lo que su campo deaplicación va más encaminado hacia la renovaciónde las características superficiales del pavimento[1,8].

Se realiza mediante unos equipos especialesprovistos de calefactores que elevan la temperaturade la superficie del pavimento y facilitan ladisgregación del material, siendo el elemento básicodel equipo el escarificador o fresador-calentador.

Generalmente, el calentador consiste en unos panelesde rayos infrarrojos que calientan la superficiea temperaturas que oscilan entre 120ºC y 160ºC.El equipo de escarificado está provisto de dientesde acero con puntas de carburo, aunque a vecesse utilizan fresadoras convencionales. El materialdisgregado se mezcla con un betún blando o un agenterejuvenecedor, pudiendo llevarse a cabo la técnicacon o sin aportación de árido nuevo y realizando laoperación de mezcla con el mismo equipo [7, 22].

La extensión y compactación se realiza mediante

equipos convencionales y debe realizarse lo másrápidamente posible ya que es el punto crítico de todala operación. Existen varias técnicas que permitenreutilizar directamente las capas superficialesrecalentadas. Éstas se resumen en la tabla 2. Latécnica de termo-reperfilado se utiliza para corregirpequeños deterioros en la superficie del pavimento ocomo tratamiento previo de un refuerzo posterior, demanera que se obtenga una adherencia óptima entrelas capas antiguas y las nuevas [7, 47].

Tabla 2.Terminología inglesa y española de los procedimientos dereciclado en caliente in situ. Fuente: ROCA, 2000.

TERMINOLOGÍA INGLESA TERMINOLOGÍAESPAÑOLA

ReformingTermo-reperfilado

Regripping

Repaving Termo-regeneración

RemixingTermo-reciclado

Rejuvenating

a. Reforming. Consiste en devolver el perfila una carretera mediante calentamiento yescarificación, dándole posteriormente la formadeseada y compactando sin extraer ni adicionarningún material.


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b. Regripping. Se trata del reformingacompañado de la incorporación de agregadosmezclados o no, con ligante para modificaralguna de sus características superficiales como,por ejemplo, la mejora de la rugosidad.

c. Repaving. Consiste en devolver el perfil auna carretera por calentamiento, escarificación(sacando eventualmente una parte de losmateriales), nivelación, colocación de unanueva capa delgada de mezcla bituminosa ycompactación. Este método, equivalente altermoregeneración, es aplicado para corregirproblemas de regularidad longitudinal otransversal, pérdida de material superficial,superficies deslizantes o permeables, con lasventajas derivadas de disponer de una nueva

rodadura. d. Remixing. Se trata de la mejora de

las propiedades de la capa superficial deun pavimento mediante calentamiento,escarificación, mezcla con las correccionesnecesarias de la formulación y eventualmente laadición de un agente rejuvenecedor de ligante. Lamezcla total es colocada en la obra y finalmentecompactada.

e. Rejuvenating. Es el mismo procedimiento

que el remixing pero con la única aportaciónde un agente rejuvenecedor. Estos métodos determo-reciclado intentan solventar problemasde envejecimiento del ligante o defectos de lamezcla, aplicándose para espesores de 4 a 8 cm.

En los tres casos (termo-reperfilado, termo-regeneración y termo-reciclado) se utilizan grandesmáquinas integrales que en una sola pasada realizande manera secuencial diferentes operaciones:calentamiento del pavimento, levantamiento de uncierto espesor, formación de un cordón de materiallevantado, separación en su caso del material queno se quiera reutilizar, eventual aportación deáridos nuevos, mezcla homogénea de los materialesnuevos con los antiguos, extensión y compactación.Estos procedimientos son complejos en sí mismosy la maquinaria muy costosa siendo utilizable sóloen autopistas debido a su tamaño. Además, elcalentamiento previo del pavimento produce una

oxidación adicional del ligante, dificultando aúnmás la efectividad del reciclado. Igualmente, debeconsiderarse la problemática e inconvenientesdebidos a las emisiones de humos y riesgos detrabajos con temperaturas elevadas [45,46].

Reciclaje en sitio, en frío

Este es un procedimiento que se basa en elfresado en frío de un cierto grosor del pavimentoenvejecido y el mezclado de este material conun conglomerante hidráulico. El nuevo materialse extiende y se compacta definiendo una sólidabase para posteriores refuerzos. Esta técnicapresenta numerosas ventajas en la rehabilitación decarreteras degradadas que necesitan un aumento desu capacidad portante. El progreso de la técnica,

ha hecho que esta solución haya sido tomada encuenta en lugar de otros métodos clásicos comola reconstrucción o el tratamiento superficial. Elprocedimiento de reciclado se enfoca en el elementomás importante de la máquina recicladora, el rotorfresador-mezclador. Éste se encuentra equipado conun gran número de puntas, especialmente diseñadaspara este proceso. El tambor normalmente rota ypulveriza el material del pavimento existente, de lamanera como se ilustra en la Figura 1 [20].

Figura 1.Proceso de reciclado en frío realizado por la máquina.

Fuente: Wirtgen, 2010.

A medida que la máquina avanza con eltambor rotando, el agua de un tanque acoplado ala recicladora se llena mediante mangueras dentrode la cámara de mezclado de la recicladora. Elflujo de agua es medido con precisión medianteun microprocesador controlado por un sistema debombeo, mientras que el tambor mezcla el agua con


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el material reciclado para alcanzar el contenidonecesario de humedad. De esta forma es posibleconseguir altos niveles de compactación [17, 18].

Los trenes de reciclado pueden ser configurados

de distinta manera, dependiendo de la aplicaciónde reciclado y del tipo de agente estabilizador quesea utilizado. En cada caso la máquina recicladoraejerce la tracción en el tren de reciclado,empujando o tirando el equipo que está conectadoa la misma mediante barras de empuje o lanzas.La tasa de aplicación requerida de cemento y/oemulsión asfáltica (son normalmente repartidos enla superficie del pavimento existente, delante de larecicladora; pueden ser introducidas directamentea la cámara de mezclado de una forma similaro puede ser inyectado dentro de la cámara de

mezclado mediante una barra aspersora) y aguase mide con exactitud antes de mezclarse paraformar una lechada, la cual es bombeada a larecicladora mediante una manguera flexible yposteriormente inyectada dentro de la cámarapulverizadora. Alternativamente, el cementoasfaltico puede ser esparcido sobre el pavimentoexistente delante de la recicladora, sustituyendoel mezclador de lechada por un tanque de agua.El material que sale de la recicladora recibe lacompactación inicial del rodillo pesado vibratoriopara alcanzar una densidad uniforme en todo el

material. Posteriormente, el material se perfilacon una motoniveladora antes de ser finalmentecompactado utilizando un compactador neumáticoy un rodillo vibratorio [22].

Por otra parte, cuando la emulsión o el asfaltoespumado se aplican junto con la lechada decemento se configura un tren de reciclado similaral anterior, formado por un tanque suministradorde asfalto empujado delante del mezclador delechada, como se ilustra en la Figura 2. En loscasos donde el cemento se esparce como polvosobre la superficie del camino delante del trende reciclado, el tanque de asfalto se acopladirectamente a la recicladora y el tanque de aguaes empujado, liderando el tren de reciclado. Enel caso de utilizar una recicladora montada sobreorugas y equipada con placa compactadora, el usode una motoniveladora para perfilar la superficiepuede no ser necesario [47].

Compactador Recicladora Mezcladora de Camión Tanque Sobre

Oruga Lechada de Asfalto

Figura 2. Tren de reciclado. Fuente: Wirtgen, 2010

Para el empleo del reciclaje de pavimentos conemulsión asfáltica, es importante la caracterizaciónde ésta, con ensayos que determinen propiedadescomo viscosidad del asfalto empleado, contenidode betún residual, estabilidad al almacenamiento,contenido de agua, y el contenido residual de

emulsionante [47,48].

Ventajas y Desventajas delReciclaje de Pavimento

Algunas de las ventajas de la técnica de recicladode pavimentos [49,53] son:

• Minimiza el impacto ambiental en la zona deinfluencia de la obra: Se reutilizan los materialesexistentes del pavimento antiguo, sin necesidadde explotar nuevos yacimientos, ni de realizarnuevos vertidos.

• Para la técnica en frio, la reducción de lasemisiones de gases contaminantes a la atmósfera yreducción de consumos energéticos: La reducciónde los transportes en obra y la eliminación delcalentamiento de materiales [50].

• Se mantienen las condiciones geométricas delas infraestructuras existentes: Al tratarse de unreciclado “in situ” de la carretera envejecida y

degradada, se mantienen los gálibos horizontalesy verticales, respetando la geometría inicial dela carretera [51].

• Algunos estudios han puesto de manifiesto lasventajas económicas que presentan los recicladosin situ en frío: se disminuye el volumen necesariode nuevos agregados a utilizar en la obra y el costo


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de su extracción, trituración y clasificación; noes necesario instalar una central de fabricación,ni realizar el transporte; se reduce el tiempo deconstrucción y el de afección al tráfico [52].

En cuanto a las desventajas [53, 54] se puedenseñalar las siguientes:

• No todos los materiales son susceptibles deser reciclados de forma efectiva y económica.Cualquier operación de reciclado, al igual quecualquier otra técnica de conservación, requiereun estudio previo de las secciones, de losmateriales.

• El reciclado no permite solucionar algunos tiposde problemas habituales en los pavimentos, en

particular los asociados a mala calidad de laexplanada o de capas profundas. Tampoco esfácil solucionar problemas de deformacionesplásticas y, cuando es posible, puede ser necesarioel empleo adicional de árido para corregir lagranulometría de la mezcla existente.

• En cuanto al diseño de las mezclas y cálculo deespesores de refuerzo, existe una gran carenciaen los procedimientos de diseño de estosmateriales y en el cálculo del espesor de refuerzonecesario para la rehabilitación de un pavimento

[55, 56, 57].

Conclusiones• El reciclaje de pavimentos es una técnica

ecológica empleada para el mantenimiento vialdebido a que extiende el ciclo de vida de losmateriales empleados en la construcción vial.

• Para el reciclaje de pavimentos se emplean

tanto técnicas en planta como en sitio, ademáshay disponibilidad de tecnologías de reciclaje encaliente y en frío en ambos casos.

• No todos los materiales son susceptibles de

ser reciclados de forma efectiva y económica.Cualquier operación de reciclado requiere unestudio previo de las secciones de los materiales.

• Sobresalen las ventajas económicas del reciclados

in situ en frío: se disminuye el volumen necesariode nuevos agregados a utilizar en la obra y sucosto total; no es necesario instalar una centralde fabricación, ni realizar el transporte; se

reduce el tiempo de construcción y el de afecciónal tráfico.

Referencias[1]. Ibarra, A. (2003). Reciclado de pavimentos asfálticos en

caliente en planta. Tesis doctoral. Capitulos[2]. European Asphalt Pavement Association, EAPA (2011),

“ Asphalt in figures 2010 ”, European Asphalt PavementAssociation, Netherlands, <www.eapa.org>.

[3]. [3] Van Heystraeten, G., Moraux, C. y Glorie, G.(1991), “Le recyclage d’enrobés asphaltiques en centralediscontinue”, Centre de Recherches Routieres CR 32/91

[4]. Van Heystraeten, G. (1993), “Cement Concrete andAsphalt Pavements in Belgium Their Design, Maintenanceand Recycling”, Belgium Road Research Centre, Bruselas.

[5]. Echeverría, J. (2012). Estudio del procedimiento decompactación en laboratorio para mezclas recicladas enfrío con emulsión bituminosa. Tesis doctoral. UniversidadNueva granada. España.

[6]. Karlsson, R., Isacsson, U. (2006), "Material-Related

aspects of asphalt recycling-state-of-the-art” , Journal ofMaterials in Civil Engineering. vol.18 (ASCE) 0899-1561.18:1(81).

[7]. Ruiz, A. (2001), "Reciclado de mezclas bituminosas en

planta en caliente: Proceso, ventajas y limitac iones, empleo y perspectivas ”, Jornadas sobre mezcla bituminosasrecicladas en caliente, Asociación Española de laCarretera, Barcelona, pp. 9-26.

[8]. Alarcón., J. "Estudio del comportamiento de mezclas

bituminosas recicladas en caliente en planta, Reciclado de

pavimentos asfalticos en caliente en planta ” tesis doctoral,Escuela Técnica Superior de Ingenieros de caminos,canales y puertos de Barcelona, Universidad Politécnica deCataluña, Barcelona, España, 2003.

[9]. Emery, J. (1993). "Asphalt Concrete Recycling in Canada ”Transportation Research Record 1427, TransportationResearch Board, National Research Council, WashingtonD.C.

[10]. Bardesi, A. y Echevarría, O. (2001), "Ligantes bituminosos

para mezclas recicladas en caliente ”, Jornadas sobremezcla bituminosas recicladas en caliente, AsociaciónEspañola de la Carretera, Barcelona, pp. 43-58.

[11]. [11] Sanabria, L. Garzon, G. Claver, P. Boris, G. PetchonyiG (1999). Reciclaje de pavimentos envejecidos utilizandoemulsion rejuvenecedora. Revista constructor de caminos.Volumen 5, numero 4. Pagingas 12-17.

[12]. Sanabria, L (2000). Make pavements Young again. Agedpavements get a boost with rejuvenating emulsion recycling.


E d

i c i ó n N o .




0 1 2 3 - 8 5 7 4


36



The asphalt contractor pavin america. May 2000. Pages13-17.

[13]. Doyle; Michael P., Chemically stabilized organic emulsions ,Estados Unidos, 6,077,340, 20 de Junio de 2000.

[14]. Ministerio de Fomento (2002), “Pliego de prescripcionestécnicas generales para obras de conservación de carreteras

PG-4”, Dirección General de Carreteras, Madrid.[15]. CEDEX. (2000). Centro de Estudios y Experimentación de

Obras Públicas. Dirección General de Carreteras, Ministeriode Fomento. Normas NLT de ensayo de carreteras. NormaNLT- 161/00. Resistencia a compresión simple de mezclasbituminosas, Madrid.

[16]. Asociación Española de Normalización y CertificaciónAENOR (2008) Serie de Normas UNE-EN 12697.“Métodos de ensayo para mezclas bituminosas en caliente.Parte 31. Preparación de la muestra mediante compactadorgiratorio”.

[17]. Lloyd, Peter. (2004). Hot-in-place asphalt recyclingmachine and process, Estados Unidos, 6,769,836, 03 deAgosto de 2004.

[18]. Lloyd, Peter. (2005). Hot-in-place asphalt recycling machine

and process, Estados Unidos, 6,939,079, 06 de Septiembrede 2005.

[19]. Tasaki; Isao, Road repairing material , Estados Unidos,6,805,738, 19 de Octubre de 2004.

[20]. Grubba; Bill, Thomas; Todd. Method for reconstructing

a bituminous – surfaced pavement , Estados Unidos, WO2005/066418 A1, 21 de Julio de 2005.

[21]. Grubba; Bill, Thomas; Todd. Method of reconstructing a

bituminous-surfaced pavement , Estados Unidos, 7,455,476,25 de Noviembre de 2008.

[22]. Wayne; Michael Lee, Pavement recycling machine and

method of recycling pavement , Estados Unidos, 7,004,675,28 de Febrero de 2006.

[23]. Packer; David A., Morgan; Todd, Bejarnson; Mark, Arsdale;Robert Van, Systems and methods for recycling asphalt ,Estados Unidos,7,150,420, 19 Diciembre de 2006.

[24]. Packer; David A., Morgan; Todd, Bjarnson; Mark, Arsdale;Robert Van, Systems and methods for recycling asphalt ,Estados Unidos,7,240,866, 10 de Julio de 2007.

[25]. Álvarez, J. (2012). ICPC, Instituto Colombiana deProductores de Cemento. “Uso del reciclaje en frío y delsuelo cemento en la rehabilitación y mantenimiento de víasde primer orden nacional en Colombia”. Disponible: http:// www.digipro.com.gt/iccg/tremti/SESION%208/B.%20%C1lvarez%2 c%20Jorge%2c%20Sesi%F3n%208.pdf,Consultada en Agosto 2012, Colombia.

[26]. Moreno, F., (2010), "Evaluación de procesos de recuperación

en frío de pavimentos en México ” 4a Semana Técnica delAsfalto, Cartagena de Indias, Colombia.

[27]. Limón, R., y Cincire, V. (2010) "El reciclado en caliente de pavimentos en México ”, 4a Semana Técnica del Asfalto,Cartagena de Indias, Colombia.

[28]. Velásquez, A., Alcaldía de Medellín. Disponible: http://www.medellin.gov.co/irj/portal/ciudadanos?NavegacionTarget=navurl://0d722f01a3dd864619ad159254c63b9a, 2011,Colombia.

[29]. Kadrmas; Arlis, Reciclado colocado en frío de material

bituminoso , México, MX PA03011694 A, 06 de Diciembre

de 2004.[30]. Thomas; Todd, Kadrmas; Arlis, Cold in-place recycling of

bituminous material , Estados Unidos, 6,599,057, 29 deJulio de 2003.

[31]. Thomas; Todd, Kadrmas; Arlis, Cold in-place recycling of

bituminous material , Estados Unidos, 7,275,890, 02 de

Octubre de 2007.[32]. Kasahara; Atsushi, Ushio; Shunsuke, Ogata; Kojiro,

Inamitsu; Hiroshi, Goto; Fumio, Abe; Tomoyuki, Irie;Hiroaki, Fujii; Isami, Onoda; Kazuo, Ikeda; Hideo, Nagai;Eisuke, Gomi; Atsuki, Tsunabuchi; Masaki, Method for

continuous on-site recycling of an asphalt mixture layer of

a pavement and a motor-driven vehicle system therefore ,Estados Unidos, 7,448,825, 11 de Noviembre de 2008.

[33]. Hall; David R., Fox; Joe R., Apparatus , system , and method

for in situ pavement recycling , Estados Unidos, 7,473,052,06 de Enero de 2009.

[34]. Swanson; Malcolm, Apparatus and method for a hot mixasphalt plant using a high percentage of recycled asphaltproducts, Estados Unidos, 7,566,162, 28 de Julio de 2009.

[35]. Broere, D. Grady, W. Overstreet, T. Moses, C. Severance,

R.(2011). Rejervenation of reclaimed asphalt. US2010/0041798 A1.

[36]. Collette; Jerry R., Recycled asphalt pavement (RAP)

preparation system , Estados Unidos, 7,758,235, 20 deJulio de 2010.

[37]. Gorman; Albert Mark, Gorman; Paul Anthony, Jones;Dougla, Dearborn; John, Pavement rehabilitation using

cold in-place asphalt pavement recycling , Estados Unidos,8,202,021, 19 de Junio de 2012.

[38]. Barger, S. Sotelo, A. Micco, D. Ribeiro, F.(2012). Mixturesof zeolites and RAP/RAS, US 8192539, 05 de junio de2012.

[39]. Jimenez, F. (2007). Reciclado en planta de mezclasbituminosas. Escuela técnica superior de ingenieros decaminos, canales y puestos de Barcelona.

[40]. ASTEC (1998), “Fresado y Reciclaje de pavimentos ”, RevistaPotencia Vol. 403, Goodman Bussines Press, Madrid, pp.16-30. <www.astecinc.com>.

[41]. Alarcon, J. (2003). Estudio del comportamiento de mezclasbituminosas recicladas en caliente en planta, reciclado depavimentos asfálticos en caliente en planta. Tesis doctoral.Escuela tecnica superior de ingenieros de caminos, canals ypuertos de Barcelonas, Universidad Politecnica de Cataluña,Barcelona, España.

[42]. North Carolina Department of Transportation (2002), "Hot

Mix Asphalt, Quality Management System Manual ”, Section8 Recycling of asphalt pavements, NCDOT, www.doh.dot.state.nc.us.

[43]. Bartolomé, C. (2001), "Estudio y diseño de la mezcla.

Normativa española ”, Jornadas sobre mezcla bituminosasrecicladas en caliente, Asociación Española de la Carretera,Barcelona, pp. 83-94.

[44]. Roberts, J., Kandhal, P., Brown, E., Lee, D., Kennedy, T. (1996),"Hot mix asphalt materials, mixture design, and construction ”2nd ED. National Asphalt Pavement Association, NAPA, USA,ISBN-10: 0914313010.

[45]. Roca, C. (2000), “Caracterització i Anàlisi del comportamentde les mescles bituminoses reciclades en calent mitjançant


37





l’assaig de Tracció Indirecta”, Tesina de Especialidad,ETSECCPB-UPC, Barcelona.

[46]. García, J. (2001), "Equipos y maquinaria para el reciclado

en caliente ”, Jornadas sobre mezcla bituminosas recicladasen caliente, Asociación Española de la Carretera, Barcelona,pp.59-82.

[47]. Wirtgen (2010), "Wirtgen Cold Recycling Technology ”,Germany. ISBN 3-936215-05-7, pp. 71-97.

[48]. Villalobos Dávila, Rodolfo, Equipo industrial para reciclado

de mezclas asfálticas en caliente , México, WO 2012/1087555A2, 16 de Agosto de 2012.

[49]. Collins, Robert J. and Stanley K. Ciesielski. Recycling and Use

of Waste Materials and By-Products in Highway Construction .National Cooperative Highway Research Program, Synthesisof Highway Practice No. 199, Transportation Research Board,Washington, DC, 1994.

[50]. Alkins, A.E., Lane, B., Kazmierowski, T. (2008) “SustainablePavements Environmental, Economic, and Social Benefits ofIn Situ Pavement Recycling”. Journal of the TransportationResearch Board, No. 2084, pp. 100-103. DOI: 10.3141/2084-11.

[51]. Pereira, P., Picado-Santos, L. (2006), " Te chnical-Economical

Evaluation of pavement recycling alternatives ”, Third GulfConference on Roads, Muscat, Sultanate of Oman.

[52]. Morian, D.A., Zhao, Y., Arellano, J., Hall, D.E. (2005),"Asphalt Pavement Rehabilitation Treatment. Analysis of

20 years of performance ”. Transportation Research Record:Journal of the Transportation Research Board. n-1905, pp.36-43.

[53]. Sebaaly, P.E., Bazi, G., Hitti E., Weitzel, D. and Bemanian, S.

(2004), "Performance of cold in-place recycling in Nevada ”,Transportation Research Record: Journal of the TransportationResearch Board, no 1896, pp. 162-169

[54]. Pérez, F., Miro, R., Martínez, C. (2003), “Proyecto

Paramix. Investigación sobre reciclado de pavimentos ”,Carreteras, No.130, pp. 77-85.

[55]. [Kandahl, Prithvi S. and William C. Koehler. "Cold Recycling

of Asphalt-Pavements on Low-Volume Roads.” TransportationResearch Record No. 1106 Washington, DC, 1987.

[56]. Scholz, Todd V., R. Gary Hicks, David F. Rogge, and DaleAllen. “Use of Cold In-Place Recycling on Low-Volume

Roads ” Transportation Research Record No. 1291,Washington, DC, 1991.

[57]. Wood, Leonard E., Thomas D. White, and Thomas B. Nelson."Current Practice of Cold In-Place Recycling of Asphalt

Pavement .” Transportation Research Record No. 1178,Washington, DC, 1988.

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Semana Técnica del AsfaltoSemana Técnica del Asfalto6ª

6ª

6ª

CORASFALTOS



Nanoemulsiones y su Producción

Fecha de Recepción Artículo: NOVIEMBRE 15 DE 2013

Fecha de Aceptación Artículo: DICIEMBRE 03 DE 2013

Ing. LUZ S. QUINTERO, Ph.D (C)Investigadora.


Nanoemulsions and its Production

Ing. LUIS E. SANABRIA, M.Sc.Director Ejecutivo.


Nanoemulsión Emulsión a microescala

AsfaltosyPavimentosEdición No. 27 Julio - Diciembre de 2013 Bucaramanga · Colombia ISSN 0123-8574



ResumenEste artículo presenta una revisión del estado del

arte sobre las nanoemulsiones, su diferenciación conlas emulsiones a microescala y las fases llamadas“microemulsión”, los mecanismos que promueven sudesestabilización, así como las principales técnicasempleadas en su producción. Las nanoemulsiones sonconsiderados sistemas termodinámicamente “meta-estables”, mientras que las fases “microemulsión”son autoensambladas, debido a que son sistemasen equilibrio termodinámico, pero están lejos decorresponder al concepto clásico de una emulsiónya que, aunque tienen los mismos componentes, norequieren esfuerzos de corte para su formación.

Palabras Clave: Nanoemulsión, microe-mulsión, producción, surfactante, microescala,emulsión.

Abstract

This article reviews the state of art of thenanoemulsions, its differences with emulsions at

micro-scale and the phases called “microemulsion”,the mechanisms that can destabilize the emulsion,as well as the primary techniques used for itsproduction. Nanoemulsions are consideredsystems in thermodynamic metastable equilibrium,while “microemulsion” phases are self-assembledsystems in thermodynamic equilibrium, therefore,microemulsions are not emulsions in theclassical sense, due to even when they have thesame components, they don’t need shear for itsformation.

Keywords: Nanoemulsion, microemulsion,production, surfactant, microscale, emulsion.

IntroducciónLas dispersiones de un líquido en otro líquido

inmiscible son de gran importancia para muchasaplicaciones, que varían desde la industriaalimenticia y farmacéutica hasta la industria delpetróleo. Muchas de las características generalesde las dispersiones coloidales son comunes alas emulsiones, tales como los mecanismos deestabilización que contrarrestan la atraccióndebido a fuerzas de dispersión o la tendenciade partículas grandes a sedimentar o “cremar”debido a los efectos de la gravedad (Goodwin,2004).

La naturaleza fluida de las partículas y lainterfase resulta en características especialesque no se observan en las partículas sólidas,aunque algunas de ellas se comparten con lasfases dispersas en espumas. No todo lo que serefiere comúnmente como emulsión es, de hecho,una dispersión líquido-líquido. Por ejemplo,los polímeros en emulsión que son usados enpinturas decorativas, en cuyo caso se tienenmonómeros dispersos como una emulsión antesde su polimerización, pero una vez polimerizadoslas partículas son sólidas aunque su temperatura

de transición vítrea esté muy por debajo de latemperatura ambiente como para fundirse yformar una película. Por lo tanto, las partículaspoliméricas nunca pierden completamente suidentidad individual ni disuelven entre sí (Goodwin,2004).

Podemos definir una emulsión como una

dispersión fina más o menos estabilizada de unlíquido en otro, los cuales son no miscibles entre síy están unidos por un emulsificante (emulsionante oemulgente). Las emulsiones son sistemas formadospor dos fases parcial o totalmente inmiscibles,en donde una forma la llamada fase continua (odispersante) y la otra la fase discreta (o dispersa)(Rodríguez Talavera, 2001). Lo importante delas emulsiones no es la composición química dela muestra (ya sea orgánica o inorgánica), ni suorigen (mineral o biológico), ni su estado físico(una fase o más); es su tamaño la característica

Luz S. Quintero • Luis E. Sanabria

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importante. Consecuentemente, podemos decirque a la ciencia de las emulsiones le interesan lasmoléculas grandes y los sistemas macroscópicossubdivididos muy finamente, ya sea mono- o multi-fásicos (Rodríguez Talavera, 2001).

Recientemente, ha sido posible emplearmétodos de emulsificación extremos para producirdispersiones a nanoescala de gotas de un líquidoen otro líquido inmiscible (Meleson K, 2004;Landfester K, 2000). Estas aproximacionesmicrofluídicas y ultrasónicas de gotas amicroescala rompiéndose en gotas mas pequeñasa nanoescala están proporcionando sistemas enno-equilibrio interesantes y útiles de líquidosnanoestructurados (Mason, 2006). A pesar desu meta-estabilidad (sistema que exhibe, durante

un considerable espacio de tiempo, un estado deequilibrio débilmente estable), las nanoemulsionespueden persistir durante muchos meses oaños debido a la presencia de un surfactanteestabilizador que inhibe la coalescencia de las gotas(Walstra P, 1996). Aunque se podría imaginarinicialmente que no hay diferencias fundamentalesentre las nanoemulsiones y las emulsiones amicroescala, de hecho, las propiedades físicas delas nanoemulsiones pueden ser muy diferentes deaquellas de las emulsiones a microescala.

Las nanoemulsiones son parte de una ampliaclase de dispersiones coloidales multifásicas(Russel, 1989 ). Aunque algunas fases cristalinaslíquidas liotrópicas, también conocidas como “fasesmicelares”, “mesofases” y “microemulsiones”,pueden parecer similares a las nanoemulsionesen composición y estructura a nanoescala, talesfases son realmente muy diferentes. Los cristaleslíquidos liotrópicos son estructuras en equilibriocompuestas de líquidos y surfactante, talescomo películas lamelares, columnas empacadashexagonalmente y fases micelares tipo gusano,que se forman espontáneamente a través delautoensamblaje termodinámico. En cambio, lasnanoemulsiones no se forman espontáneamente;es necesario aplicar un esfuerzo de corte externopara romper las gotas mas grandes en gotas maspequeñas. Comparado con las fases de la emulsióna microescala, es relativamente poco lo que seconoce sobre crear y controlar nanoemulsiones

(Mason, 2006). Esto se debe principalmente aque es necesario un esfuerzo de corte extremo,muy superior al alcanzado por los dispositivosde mezclado ordinarios, que debe aplicarse parasuperar los efectos de la tensión superficial para

romper las gotas en el régimen a nanoescala(Meleson K, 2004).

En el mundo de los nanomateriales, lasnanoemulsiones ofrecen una gran promesacomo dispersiones útiles de gotas a nanoescaladeformables que pueden tener propiedades de flujoque varían desde líquido hasta altamente sólidos ypropiedades ópticas que varían desde opacos hastacasi transparentes.

Más aun, es muy probable que lasnanoemulsiones lleguen a jugar un papel cada

vez mas importante comercialmente, debido aque pueden formularse regularmente utilizandosignificativamente menos surfactante delrequerido para fases de microemulsión liotrópicananoestructurada (Mason, 2006).

Emulsiones

Las emulsiones son dispersiones de una faselíquida en otra fase líquida inmiscible que sefabrican empleando un corte mecánico (Becher,

1965 ; Bibette, 1999). Debido a diferencias en lasinteracciones atractivas entre las moléculas de lasdos fases líquidas, existe una tensión interfacial,s, entre los dos líquidos en toda su superficie decontacto (Myers, 1999). Esta tensión interfacialpuede reducirse significativamente adicionandomoléculas activas superficialmente amfifílicas, osurfactantes, los cuales son altamente soluble en almenos una de las fases líquidas. Los surfactantespreferencialmente se adsorben en las interfaces,debido a que sus estructuras moleculares tienencolas de hidrocarburos no polares que prefierenestar en líquidos no polares, tales como aceites, ygrupos de cabeza cargados o polares que prefierenresidir en líquidos polares, tales como el agua. Laenergía requerida para crear área interfacial, A,entre los dos líquidos en contacto es s A, por lotanto la tensión interfacial siempre actúa paraminimizar el área interfacial entre las dos faseslíquidas y mantener las interfaces lisas.


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La interfase entre dos fases líquidas purasinmiscibles forma una lámina planar, exceptoen los bordes donde el ángulo de contacto de loslíquidos con la pared sólida del recipiente curva elmenisco. La fase líquida superior (hidrocarburo)

tiene una densidad másica que es menor a la dela fase líquida inferior (agua). En la ausenciade surfactantes u otras impurezas, por un largoperiodo de tiempo, el sistema siempre se revertiráa su configuración de mínima energía en elequilibrio termodinámico.

Las emulsiones se clasifican no solo basadasen su composición, sino también en su morfología.Las emulsiones que tienen agua como fase continuay aceite como fase dispersa se llaman emulsiones“directas”, “en base agua” o “O/W”; para las

emulsiones directas, generalmente el surfactantees soluble en la fase acuosa y proporciona masestabilidad de las películas de agua. Al contrario,las emulsiones que tienen aceite como su fasecontinua así se denominan emulsiones “inversas”,“en base aceite” o “W/O”; para las emulsionesinversas, el surfactante es generalmente soluble enla fase oleica y proporciona mas estabilidad a laspelículas de aceite.

Para producir una emulsión de larga vidade gotas que puedan durar varias semanas o

incluso años sin coalescer, es necesario agregarun surfactante, el cual es usualmente solubleen la fase líquida continua pero no altamentesoluble en la fase dispersa. Esta especificaciónde la solubilidad no es una regla sin excepciones,pero es el caso mas frecuente. Existe un sistemapara clasificar la tendencia de los surfactantesa dispersar en líquidos polares o no-polares y sedenomina el “balance hidrófilo-lipófilo”, HLBpor su sigla en inglés (Myers, 1999 ) y existeun esquema numérico HLB para clasificar lossurfactantes en términos de su solubilidad relativaen fases líquidas acuosas y oleicas.

Se han hecho intentos por clasificar a lossurfactantes numéricamente en términos de suestructura química, de manera que la selecciónde emulsificantes sea más directa. Esto se hizoinicialmente por Griffin (Griffin, 1949) parasurfactantes no iónicos y posteriormente se

extendió su concepto por Davies y Rideal (Davies,1963). El número de balance hidrofílico-lipofílico(HLB) se define en términos de los valoresnuméricos asignados a los grupos químicos en elsurfactante, como se indica a continuación:

HLB númerode grupos hidrofílicos númerode gruposl = + ( ) −∑ ∑7 iipofílicos( )

Los números de grupo asignados por Davies yRideal se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1.Números HLB para varios grupos químicos.

Tomado de (Davies, 1963)

Tipo Grupo Químico Número delGrupo

Lipofílico

-CH- 0.475

=CH- 0.475

-CH2- 0.475

CH3- 0.475

Hidrofílico

-SO4Na 38.7

-COOK 21.1

-COONa 19.1

-SO3NA 11.0

=N- 9.4

Ester (sorbitan ring) 6.8

Ester (free) 2.4

-COOH 2.1

-OH (free) 1.9

-O- 1.3

-OH (sorbitan ring) 0.5

Cuando dos surfactantes se mezclan, el HLBde la mezcla puede estimarse del número HLBde cada componente multiplicado por la fracciónmásica del componente. Griffin (Griffin, 1949) usólos números HLB para clasificar los surfactantes


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para usos particulares y su clasificación estádada en la . De acuerdo a esta clasificación, elmonoestearato de glicerol sería una elecciónapropiada para producir una emulsión W/O,mientras que el dodecil sulfato de sodio podría

usarse para producir una emulsión O/W. Laclasificación HLB es una guía inicial útil, pero essolamente un indicativo. Es más confiable el usodel parámetro de solubilidad de Hildebrand, queestá relacionado a las fuerzas de Van der Waalsentre los componentes (Isrealachvili, 1991).

Tabla 2.Clasificación de la aplicación del surfactante mediante elrango HLB del surfactante, de acuerdo a (Griffin, 1949)

Aplicación Rango HLB

Emulsificante W/O 3-6

Agente de humectación 7-9

Emulsificante O/W 8-18+

Detergente 13-16

Solubilizante 15-18

Si dos interfaces aceite-agua de gotasrecubiertas con surfactante se acercan la una a

la otra, se formaría una película delgada de aguaentre las interfaces. Debido a las cargas en elsurfactante, las dos interfaces se repelen entre síy el surfactante estabiliza la película contra laruptura para que las gotas no coalescan. Si lasinterfaces se aproximan para hacer la películamas fina, puede ser posible eventualmenteexceder una presión de separación crítica P

d,

y la película se romperá (Bibette, 1992 ). Paramuchos surfactantes, esta presión de separacióncrítica puede ser muy grande comparado conlas fluctuaciones térmicas y perturbaciones

mecánicas externas, por lo tanto proporcionandoun mecanismo para durabilidad a largo plazo delas interfaces sin sufrir coalescencia.

Para las emulsiones, el surfactante nodisminuye su tensión superficial, s, a cero; masbien ésta permanece en un valor alto, típicamentes ˃ 1 dyn.cm-1. A baja fracción volumétrica de la

fase discontinua, j, una gota aislada es esférica ytiene un radio “a”. La interface curvada ejerceuna presión sobre las moléculas dentro de lagota que se denomina presión Laplace (Myers,1999 ), P

L = 2s/a. Para gotas no esféricas, P

Les

proporcional a la suma del inverso de los dos radiosprincipales de curvatura de la interface. Debido ala dependencia inversa de P

Lcon a, las moléculas

en gotas mas pequeñas experimentan una mayorpresión que aquellas en gotas mas grandes.

Hay dos mecanismos principales que puedendesestabilizar la emulsión y ocasionar que ladistribución de tamaño de la gota cambie:

• El primero es la coalescencia, causada por el

rompimiento de las películas de la fase continua

y la fusión de dos gotas en una sola gota masgrande. La coalescencia de dos gotas comienzacon la aproximación que se produce desde unalarga distancia a una fracción del tamaño de lagota, es decir unos 0.1 µm, hasta que se formauna pequeña película plana entre las gotas. Estaaproximación es esencialmente debida a la acciónde la gravedad en la emulsiones a microescala deacuerdo a la ley de Stokes. La gravedad no afectaa las nanoemulsiones, de esta manera, el procesode sedimentación o cremado es poco probableque ocurra, y esta aproximación es producida por

el movimiento browniano que tiene un nivel deenergía alrededor de 15 kT (Forgiarini, 2006).Debido a que las gotas son muy pequeñas, la fuerzade atracción es relativamente débil y la adsorciónde una película delgada de surfactante puede sersuficiente para asegurar la repulsión estéricacon dos tipos principales: osmótica (la mezcla demoléculas de surfactante adsorbidas más bien queen solución el solvente) y entrópica (compresiónelástica) a largo alcance suficiente para inhibir eladelgazamiento de la película inter-gota evitándosecon esto coalescencia y floculación (Forgiarini,2006). Escoger un surfactante que proporcioneuna repulsión fuerte entre las interfaces de lasgotas, el engrosamiento de las gotas a través de lacoalescencia puede eliminarse efectivamente aún agrandes j, siempre y cuando su Pd no se exceda.

• El segundo mecanismo conducente a la

desestabilización de la emulsión puede suceder si


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moléculas de la fase dispersa tienen relativamentealta solubilidad en la fase continua. La migracióndifusiva de moléculas de fase dispersa individualesque se dirigen desde las gotas mas pequeñas, quetienen una mayor presión de Laplace, hacia gotas

mas grandes, que tienen una menor presión deLaplace, se conoce como “maduración de Ostwald”(Taylor, 2003). Al seleccionar moléculas de lafase dispersa que tengan muy baja solubilidad enla fase continua, puede llegar a disminuirse tantolas velocidades asociadas con este fenómeno queno se detecte cambios en los tamaños de las gotasa través de los años (Durian, 1991 ; Gopal, 2003;Mason, 1996; Forgiarini, 2006). Aceites de altopeso molecular podrían exhibir una reducción en lamaduración de Ostwald, como es el caso de los poli-dimetilsiloxanos. El efecto de la concentración en la

maduración de Ostwald es complejo y depende delnivel de asociación de los surfactantes. Por debajode la CMC, un aumento de la concentración desurfactante produce una disminución de la s y, porlo tanto, gotas más pequeñas y una distribución detamaño monodispersa, lo que trae como resultadouna disminución de la maduración de Ostwald.Por encima de la CMC, s es esencialmenteconstante, pero las micelas pueden jugar un papelde transportadores del aceite de gota a gota de unamanera más rápida que la difusión y la velocidadde maduración de Ostwald puede aumentar

(Taylor, 1998; Capek, 2004; Soma, 1996; Weiss,2000), aunque la interpretación de los resultadossigue siendo objeto de debate (Forgiarini, 2006;Kabalnov, 1994). Otra alternativa para inhibireste proceso es producir la deposición de una capainsoluble en la interfase de las gotas (Meinders,2004), particularmente de sustancias poliméricas(Baskar, 2000; Aoki, 2005; Sadtler VM, 2002).Una alternativa muy empleada para estabilizar lasgotas de una nanoemulsión contra la maduraciónde Ostwald es usar una mezcla de aceites cuyassolubilidades en la fase continua sean muydiferentes. El aceite que migra primero (y sobretodo) desde las gotas más pequeñas a las gotasgrandes es el de mayor solubilidad. Así, las gotasgrandes son ricas en el aceite más soluble, mientrasque las gotas pequeñas se agotan en este aceite yse enriquecen del menos soluble. Esta diferencia deconcentraciones establece un potencial químico denaturaleza osmótica que eventualmente equilibra

el potencial que promueve la maduración (Tadros,2004). Observaciones reportadas por Kabalnov(Kabalnov, 1987), indican que distribucionesiniciales monodispersas del tamaño de gota yproporciones suficientemente alta del aceite

menos soluble conducen a un incremento de lapolidispersidad de la nanoemulsión.

Diferencias entreNanoemulsiones yMicroemulsiones

Contrario a lo que es una nanoemulsiónmetaestable, las “microemulsiones” representan

un sistema complejo en equilibro completamentediferente (Reiss, 1975 ; Miller, 2006 ). La llamada“emulsificación espontánea” a través de la adiciónde un surfactante sin aplicación de esfuerzosde corte están relacionadas usualmente a laformación de fases cristalinas líquidas liotrópicas,en las cuales la tensión superficial se desvaneceefectivamente y se forman las gotas medianteel autoensamblaje molecular termodinámico(Whitesides, 2002). Estas fases liotrópicas,algunas veces llamadas “microemulsiones”,“mesofases” o “micelas aumentadas” no son

emulsiones en su sentido clásico. En la mayoríade las fases microemulsiones, el surfactantees altamente soluble en ambas fases líquidas,y las dos fases líquidas inmiscibles tambiéntienen una solubilidad mutua relativamentealta. Las microemulsiones son fases realestermodinámicamente autoensambladas que puedentener morfologías muy interesantes, tales comoapilamientos planares de lamelas (fases lamelares),tubos empacados hexagonalmente (faseshexagonales) y gotas esféricas (fases micelaresesféricas) (Mason, 2006). Ejemplos de este tipo de

fases son las llamadas formulaciones de solucionessólidas o sistemas de suministro de medicinasautoemulsificantes (SEDDS, por su sigla en inglés)(Gursoy, 2004; Tamilvanan, 2004; Gursoy, 2003;Ichikawa, 2007; CHOUKSEY, 2011). SEDDS esuna mezcla isotrópica de aceite, surfactante y/oco-surfactante que puede usarse en formulacionespara mejorar la absorción de medicinas en el


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tracto gastrointestinal y resolver los problemasde solubilidad. Los SEDDS pueden produciremulsiones finas O/W después de su dilución enfluidos gastrointestinales y proporcionan granárea interfacial para la distribución de la medicina

entre las fases oleica y acuosa, incrementandoasí la velocidad de solubilidad y la magnitud deabsorción (Kumar, 2008; Teixeira, 2001; Dixit,2008; Rao, 2008; Mason, 2006). Diferentesestudios han demostrado que los SEDDS tienenun gran potencial en suministro oral de proteínas(Rao, 2008; Rao, 2008; Bansal, 2008).

Es importante recalcar que las fases micelaresesféricas no son las mismas nanoemulsiones, apesar de que ambas tengan estructuras de gotasesféricas a nanoescala y contengan aceite, agua y

surfactante. Los dos sistemas son muy diferentesdebido a que las nanoemulsiones se forman poragitación mecánica y las fases de microemulsiónse forman por autoensamblaje. Tampoco escorrecto describir a emulsiones a microescalacomo “microemulsiones”, llegando a confundir unsistema emulsionado con una fase termodinámica.En resumen, las “microemulsiones” no sonemulsiones de gotas a microescala formadaspor esfuerzos de corte, sino fases en equilibrioautoensambladas a nanoescala en las cuales latensión superficial no juega un papel significativo.

Preparación deNanoemulsiones

Para hacer una emulsión establereproduciblemente, deben controlarse un grannúmero de factores. Entre ellos está: seleccionaruna composición adecuada, controlar el orden deadición de los componentes y aplicar el esfuerzode corte de manera que rompa efectivamente las

gotas. Hay varios requisitos adicionales paralas nanoemulsiones. Las moléculas de la fasedispersa deben ser esencialmente insolubles en lafase continua, de forma que se evite el fenómenode maduración de Ostwald, a pesar de las altaspresiones de Laplace. La eliminación de lamaduración de Ostwald puede lograrse por otrosmedios (Webste, 2001 ), pero escoger un líquido

insoluble para la fase dispersa es el método masfácil (Mason, 2006).

Por otra parte, es importante cuidar dela elección de componentes, especialmente el

surfactante, para que no resulte en la formaciónde fases “microemulsión” cristalinas líquidasliotrópicas. Se conoce que sistemas quecontienen alcanos de cadena corta, alcoholes,agua y surfactantes forman estas fases (Tlusty,2000 ). Adicionalmente, hay que cuidar que lafase continua tenga un exceso significativo desurfactante. Este exceso permite que la nuevaárea superficial de las gotas a nanoescala searápidamente recubierta durante la emulsificación,inhibiendo así la coalescencia inducida por elcorte. Este exceso generalmente se observa

como micelas de surfactante en la fase continua.Estas micelas se disocian en monómeros querápidamente se adsorben sobre las superficies delas gotas creadas nuevamente. Otro requisito esque debe aplicarse un esfuerzo de corte adicionalpara romper las gotas a microescala en nanogotas.Típicamente el nivel de esfuerzo de corte aplicadodebe alcanzar la presión de Laplace de las gotasque tienen el tamaño deseado, usualmente en elrango de 10 – 100 atm.

Debido a la gran relación superficie a volumen

de la interface de las gotas en las nanoemulsiones,la concentración de surfactante requerido paraestabilizarlas es mayor que para emulsiones amicroescala, aunque es generalmente menor que parafases de microemulsión liotrópicas. La concentraciónrequerida para un cubrimiento superficial completopuede estimarse inicialmente asumiendo unadensidad superficial en equilibrio, r

s, para moléculas

de surfactante en las interfaces de las gotas. Enprincipio, r

spuede depender de la concentración de

monómeros en la fase continua, pero se asume que rs

es constante e independiente de la concentración. Porejemplo, si se asume que la concentración superficialen equilibrio es aproximadamente r

s~ 1 molécula /

(20A2). Si todas las gotas son esféricas, la densidadtotal de moléculas de surfactante por unidad devolumen sobre la interface de la gota es C

i = 3jr

s/a.

Para una nanoemulsión diluida de radio a = 50nm y

j = 0,1 estabilizada por docecil sulfato de sodio,corresponde un C

i≈ 1022 moléculas cm-3

≈ 20 nM


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(nanoMolar) solo para cubrir las superficies.Esta concentración está muy por encima de laconcentración micelar crítica (CMC) de 8 nMpara este surfactante. Debido a que el surfactantedebe estar presente en el seno de la fase continua,

así como en las interfaces, la concentración desurfactante en solución requerida para poblarcompletamente las interfaces de las gotas denanoemulsión varia entre decenas a cientos demM. Debido a que muchos surfactantes formanmicelas a concentraciones tan altas, normalmentesucede que la fase continua de las nanoemulsionescontiene micelas de surfactantes como reserva desurfactante para recubrir la interface de las gotas(Mason, 2006).

A la fecha se han reportado principalmente

tres métodos para el rompimiento y dispersión degotas para producción en grandes cantidades denanoemulsiones basadas en agua:

• Homogenización a alta presión• Dispositivos ultrasónicos de alta frecuencia• Dispositivos microfluídicos.

Homogenización a alta presión

Esta técnica hace uso de un homogenizador depistón a alta presión para producir nanoemulsiones

de tamaño de partícula extremadamente bajo (hasta1nm) (Chouksey, y otros, 2011). En un homogenizadora alta presión la dispersión de dos líquidos (fase oleicay fase acuosa) se logra forzando su mezcla a travésde un pequeño orificio de entrada a muy alta presión(500 a 5000 psi), lo cual somete al producto a unaturbulencia y esfuerzo de corte intensos resultando enpartículas extremadamente finas de emulsión. Loshomogenizadores de este tipo y diseños variados estándisponibles para escala laboratorio y producciónindustrial de nanoemulsiones. Esta técnica tieneuna gran eficiencia, la única desventaja es su altoconsumo energético y aumento en la temperaturade la emulsión durante el procesamiento (Derek;Microfuidics Corp.).

Con base en el estimado de Taylor, para elrompimiento de gotas, se puede predecir lasvelocidades de corte requeridas para formarnanoemulsiones. Por ejemplo, para obtener gotas

en el límite superior de la nanoescala, a = 100nm,se predijo que se requeriría una velocidad de cortede 108 s-1, mientras que para obtener gotas maspequeñas, a = 10nm, sería necesario una velocidad decorte mayor de 109 s-1, velocidades de corte que están

generalmente por fuera del rango de la mayoría de losdispositivos de mezclado mas comunes, incluyendomezcladores de alta velocidad (Mason, 2006).

Dispositivos ultrasónicos de altafrecuencia

Un método para producir nanoemulsiones es através de la agitación ultrasónica de una emulsiónde gotas a microescala. La emulsión preparadainicialmente debe haberse hecho mediantemétodos de mezclado no sofisticados para ajustar

la composición de la emulsión (concentración yfracción volumétrica de la fase dispersa). En estemétodo, una superficie sólida en vibración agita laemulsión premezclada a frecuencias ultrasónicas,típicamente 20 kHz o mayores, y alta potencia,produciendo un corte extremo y cavitación que rompelas gotas. Debido a que el campo de sonido emitidoes típicamente no homogéneo, en la mayoría de losesquemas ultrasónicos es necesario recircular laemulsión a través de la región de alta potencia, demanera que todas las gotas experimenten la máximavelocidad de corte. Con este método puede obtenerse

distribuciones de tamaño de gota aproximadamenteuniforme a concentraciones diluidas si la emulsión serecircula muchas veces a través de la región de altocorte.

Dispositivos microfluídicos

Un segundo método para obtener una altaproducción de nanoemulsiones uniformes involucrael uso de dispositivos microfluídicos de alta presiónpara romper las gotas en emulsiones concentradas(Meleson K, 2004). En este caso, corrientes de flujorápido de una emulsión premezclada son forzadasa través de microcanales de acero inoxidablerígido, el cual ha sido fabricado usando litografíay micromaquinado, para crear un flujo extensionalextremadamente fuerte. Los tamaños de gota enla emulsión premezclada son típicamente menoresde 10µm, y las dimensiones de los canales estántípicamente cercanas a 100µm. Mientras tanto, aire


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a alta presión (alrededor de 100 psi) se amplificamecánicamente mediante un pistón, el cual opera enmodo de pulsos, para producir presiones del líquidoque puedan alcanzar hasta 30.000 psi (alrededor de2000 atm). De esta forma pueden producirse unas

velocidades de corte promedio delorden de 107 a 108 s-1 y a picos de velocidades de corte alrededor de 108 a109 s-1. Estas velocidades pico son lo suficientementegrandes para crear nanoemulsiones basadas enagua. Debido a las no homogeneidades espacialesy temporales del flujo microfluídico pulsado,generalmente es necesario recircular la emulsión através de la región de alto corte o pasarla a través deldispositivo varias veces; el número de pasos se definecomo N.

La ventaja de este método es que la combinación

de picos de velocidades de corte extremadamentealtos, produce alto volumen de gotas nanométricasrelativamente altas de la fase dispersa (<0,6) ydistribuciones de tamaño de gota razonablementeuniformes. Su relativamente baja polidispersidadse compara a la que puede producirse por métodosultrasónicos que incluyen recirculación. En estatécnica, los picos de velocidades de corte son tan altosque es posible calentar la emulsión significativamentepor encima de la temperatura ambiente solamente porla disipación viscosa. El calentamiento del agua pordisipación de la energía cortante no es fácil de lograr,

especialmente dada la alta capacidad calorífica delagua, esto deja entrever el gran esfuerzo cortanterequerido usualmente para crear nanoemulsionesbasadas en agua. En los casos en que no se desee estecalentamiento, la nanoemulsión que sale de la regiónde corte extremo puede enfriarse empleando unintercambiador de calor, sin que esto llegue a afectarla distribución de tamaño o estabilidad. Inclusive, lavelocidad volumétrica de producción de nanoemulsiónpuede ser muy alta, alcanzando velocidades de varioslitros por hora (Mason, 2006).

ConclusionesLas nanoemulsiones son sistemas termodinámi-

camente metaestables que, debido a su fino tamañode partícula no sufren los mismos fenómenos desesta-bilizantes que afectan a las emulsiones a microesca-

la. Para su producción es necesario dispositivos queapliquen estrés elongacional extremadamente alto,los cuales requieren un alto gasto de energía que setraduce en su sobrecalentamiento. Así mismo, ellasrequieren dosis muy superiores de surfactante, debi-

do al área superficial mucho mayor expuesta entrelas dos fases inmiscibles, sin embargo, la concentra-ción de surfactante en estos casos es muy inferior a larequerida en la formación de las fases denominadas“microemulsiones”. Debido al tamaño de gota extre-madamente pequeño, las nanoemulsiones exhiben va-rias características especificas: (1) son relativamentefáciles de estabilizar contra la coalescencia utilizan-do surfactantes poliméricos que produzcan repulsiónestérica (2) sus gotas no se separan por efecto de lagravedad, (3) son sensibles al proceso de maduraciónde Ostwald, es decir, a la transferencia de masa desde

las gotas más pequeñas a las más grandes, lo cual sepuede evitar líquidos inmiscibles con muy baja solubi-lidad. Por otra parte, se observa la necesidad de de-sarrollo de técnicas de producción de nanoemulsionesde alto rendimiento para ampliar su uso comercial,más allá de sus aplicaciones en la industria farma-céutica y cosmética.

Referencias[1]. Aoki T., Eric, A., Decker, EA., McClements, DJ. Influence

of environmental stresses on stability of O/W emulsionscontaining droplets stabilized by multilayered membranesproduced by a layer-by layer electrostatic deposition technique[Publicación periódica] // Food Hydrocolloids. - 2005. - Vol.19. - págs. 209–220.

[2]. Bansal T., Mustafa, G., Khan, ZI., Ahmad, FJ., Khar, RK.,Talegaonkar, S. Solid selfnanoemulsifying delivery systems asa platform technology for formulation of poorly soluble drugs[Publicación periódica] // Crit Rev Ther Drug Carrier Syst. -2008. - Vol. 25. - págs. 63-116.

[3]. Baskar G., Landfester, K., y Antonietti, M. Comb-likepolymers with octadecyl side chain and carboxyl functionalsites: scope for efficient use in miniemulsion polymerization[Publicación periódica] // Macromolecules. - 2000. - Vol.33. - pág. 9228.

[4]. Becher P. Emulsions: Theory and Practice [Libro]. - NewYork : Reinhold, 1965 .

[5]. Bibette J., Leal-Calderon, F., y Poulin, P. Emulsions: Basicprinciples [Publicación periódica] // Rep. Prog. Phys.. -1999. - Vol. 62 . - pág. 969.

[6]. Bibette J., Morse, D C., Witten, T A. y Weitz, D A . Stabilitycriteria for emulsions [Publicación periódica] // Phys. Rev.Lett.. - 1992 . - Vol. 69 . - pág. 2439.

[7]. Capek I. Degradation of kinetically-stable o/w emulsions


49





[Publicación periódica] // Adv Colloid Interface Sci . -2004. - Vol. 107. - págs. 125-155.

[8]. Chouksey R., Pandey, H., Jain, A. K., Soni, H., Saraogi, G.K. Preparation and evaluation of the self emulsirying drugdelivery system [Publicación periódica] // Int J Pharm PharmSci,. - 2011. - 3 : Vol. 3. - págs. 147-152.

[9]. Chouksey RK. Pandey, H K., Maithil, A y Jain AK.Nanoemulsion: A Review [Publicación periódica] // InventiRapid: Pharm Tech. - 2011. - 1 : Vol. 2. - págs. 1-23. - ISSN0976-3783.

[10]. Davies J. T. y Rideal, E.K. Interfacial Phenomena [Libro]. -London : Academic Press, 1963.

[11]. Derek T. O’Hagan Vaccine Adjuvants [Libro]. - [s.l.] :Humana Press.. - pág. p. 214.

[12]. Dixit N., Kohli, K., Baboota, S. Nanoemulsion system for thetransdermal delivery of a poorly soluble cardiovascular drug[Publicación periódica] // J. Pharm. Sci Tech.. - 2008. - Vol.62. - págs. 46-55.

[13]. Durian D J., Weitz, D A. y Pine, D J Multiple light-scatteringprobes of foamstructure and dynamics [Publicaciónperiódica] // Science. - 1991 . - Vol. 252. - pág. 686.

[14]. Forgiarini A., Marquez, L. y Salaguer, J.L. Nanoemulsiones[Informe]. - Mérida-Venezuela : Universidad de los Andes,2006.

[15]. Goodwin J. W. Emulsions and Microemulsions [Seccióndel libro] // Colloids and Interfaces with Surfactants andPolymers – An Introduction. - [s.l.] : John Wiley & Sons, Ltd,2004. - ISBN: 0-470-84142-7.

[16]. Gopal A D. y Durian, D J . Relaxing in foam [Publicaciónperiódica] // Phys. Rev. Lett. . - 2003. - Vol. 91. - pág.188303.

[17]. Griffin W.C. [Publicación periódica] // J. Soc. Cosmet.Chem.. - 1949. - Vol. 1. - pág. 311 .

[18]. Gursoy N., Garrigue, JS., Razafindratsita, A., Lambert, G. yBenita, S. Excipient effects on in vitro cytotoxicity of a novelpaclitaxel self-emulsifying drug delivery system [Publicaciónperiódica] // J. Pharm. Sci.. - 2003. - Vol. 92. - págs. 2420-2427.

[19]. Gursoy RN., Benita, S., Self-emulsifying drug deliverysystems (SEDDS) for Improved Oral delivery of lipophilicdrugs [Publicación periódica] // Biomedicine andPharmacotherapy. - 2004. - Vol. 58. - págs. 173-182.

[20]. Ichikawa H., Watanabe, T., Tokumitsu, H., Fukumori, Y.Formulation considerations of gadolinium lipid nanoemulsionfor intravenous delivery to tumors in neutron-capture therapy[Publicación periódica] // Curr. Drug Deliv.. - 2007. - Vol.4. - págs. 131-40.

[21]. Isrealachvili J. Intermolecular and Surface Forces [Libro]. -London : Academic Press, 1991.

[22]. Kabalnov A. S., Pertzov, A. V., Shchukin, E. D. Ostwald

Ripening in Emulsions. 1. Direct Observations of OstwaldRipening in Emulsions [Publicación periódica] // J ColloidInterface Sci. - 1987. - Vol. 118. - págs. 590-597.

[23]. Kabalnov AS., Can micelles mediate a mass transfer betweenoil droplets? [Publicación periódica] // Langmuir . - 1994. -Vol. 10. - págs. 680-684.

[24]. Kumar M., Misra, A., Babbar, AK., Mishra, AK., Mishra, P.,Pathak, K. Intranasal nanoemulsion based brain targetingdrug delivery system of r isperidone [Publicación periódica] //

Int. J. Pharm.. - 2008. - Vol. 358. - págs. 285-91.[25]. Landfester K Tiarks F, Hentze H and Antonietti M Polyaddition

in miniemulsions: a new route to polymer dispersions[Publicación periódica] // Macromol. Chem. Phys.. - 2000. -Vol. 201. - pág. 1.

[26]. Mason T G., Krall, A H., Gang, H., Bibette, J. y Weitz, D A.

Encyclopedia of Emulsion Technology [Libro]. - New York :ed P Becher, 1996. - Vol. 4.

[27]. Mason TG, Wilking J N, Meleson K, Chang C B, y GravesS M Nanoemulsions: formation, structure, and physicalproperties [Publicación periódica] // J. Phys.: Condens.Matter. - 2006. - Vol. 18. - págs. R635–R666.

[28]. Mason TG. Nanoemulsions: formation, structure, andphysical properties [Publicación periódica] // J. Phys.:Condens. Matter. - 2006. - Vol. 18. - págs. R-635.

[29]. Meinders MBJ., van Vliet, T. The role of interfacialrheological properties on Ostwald ripening in emulsions[Publicación periódica] // Adv Colloid Interface Sci.. -2004. - Vols. 108-109. - págs. 119-126.

[30]. Meleson K Graves S y Mason T G Formation of concentratednanoemulsions by extreme shear [Publicación periódica] //

Soft Matter. - 2004. - Vol. 2. - pág. 109.[31]. Microfuidics Corp. http://www.microfluidicscorp.com. [En

línea].[32]. Miller C A. Emulsions and Emulsion Stability [Libro] / ed.

Sjoblom ed. J. - Boca Raton : Taylor and Francis, 2006. - pág. p 107.

[33]. Myers D . Surfaces, Interfaces, and Colloids [Libro]. - NewYork : Wiley, 1999 .

[34]. Rao SV., Agarwal, P., Shaom, J. Self-nanoemulsifying drugdelivery systems (SNEDDS) for oral delivery of proteindrugs II. In vitro transport study [Publicación periódica] //Int J Pharm.. - 2008. - Vol. 362. - págs. 5-10.

[35]. Rao SV., Shao, J., Self-nanoemulsifying drug deliverysystems (SNEDDS) for oral delivery of protein drugsformulation development [Publicación periódica] // Int. J.Pharm.. - 2008. - Vol. 362. - págs. 2-9.

[36]. Rao SV., Yajurvedi, K., Shao, J. Selfnanoemulsifying drugdelivery system (SNEDDS) for oral delivery of proteindrugs III. In vivo oral absorption study [Publicaciónperiódica] // Int J Pharm. - 2008. - Vol. 362. - págs. 16-9.

[37]. Reiss H . Entropy-induced dispersion of bulk liquids[Publicación periódica] // J. Colloid Interface Sci.. - 1975. - Vol. 53. - pág. 61.

[38]. Rodríguez Talavera R., Castaño Meneses, V.M., MartínezMadrid, M. Emulsiones asfálticas [Informe]. - Sanfandila,Qro. : Instituto Mexicano del Transporte, 2001. - ISSN0188-7144.

[39]. Russel W B, Saville, D A., y Schowalter, W R ColloidalDispersions [Libro]. - Cambridge : Cambridge University

Press, 1989 .[40]. Sadtler VM Imbert P, Dellacherie E. Ostwald Ripening ofOil-in-Water Emulsions Stabilized by Phenoxy-SubstitutedDextrans [Publicación periódica] // J Colloid InterfaceSci. - 2002. - Vol. 254. - págs. 355–361.

[41]. Soma J., Papadopoulos, KD. Ostwald ripening in sodiumdodecyl sulfate-stabilized decane-in-water emulsions[Publicación periódica] // J Colloid Interface Sci. - 1996. -Vol. 181. - págs. 225-231.


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50



[42]. Tadros T., Izquierdo, P., Esquena, J., Solans, C. Formationand stability of nano-emulsions [Publicación periódica] //Adv Colloid Interface Sci . - 2004. - Vols. 108-109. - págs.303–318.

[43]. Tamilvanan S. y Benita, S The potential of lipid emulsion forocular delivery of lipophilic drugs [Publicación periódica] //

Eur. J. Pharm. Biopharm.. - 2004. - Vol. 58. - págs. 357-368.

[44]. Taylor P. Ostwald ripening in emulsions [Publicaciónperiódica] // Adv Colloid Interface Sci. - 1998. - Vol. 75. -págs. 107-163.

[45]. Taylor P. Ostwald ripening in emulsions: Estimation ofsolution thermodynamics of the disperse phase [Publicaciónperiódica] // Adv. Colloid Interface Sci. . - 2003. - Vol. 106. - pág. 261.

[46]. Teixeira H., Dubernet, C., Rosilio, V., Scherman, D., Benita,S. Factors influencing the oligonucleotides release from O/Wsubmicron cationic emulsions [Publicación periódica] // J.Cont. Rel.. - 2001. - Vol. 70. - págs. 243-55.

[47]. Tlusty T. y Safran, S A. Microemulsion networks: Theonset of bicontinuity [Publicación periódica] // J. Phys.:Condens. Matter. - 2000 . - Vol. 12. - pág. A253.

[48]. Walstra P Encyclopedia of Emulsion Technology [Libro]. -New York : ed P Becher, 1996. - Vol. vol 4.

[49]. Webste r A J. y Cates, M E . Osmotic stabilization

of concentrated emulsions and foams [Publicaciónperiódica] // Langmuir. - 2001 . - Vol. 17. - pág. 595.

[50]. Weiss J., Canceliere, C., McClements, DJ. Mass transportphenomena in oil-in-water emulsions containing surfactantmicelles: Ostwald ripening. [Publicación periódica] //Langmuir . - 2000. - Vol. 16. - págs. 6833-6838.

[51]. Whitesides G M. y Grzybowski, B . Self-assembly at allscales [Publicación periódica] // Science . - 2002 . - Vol.295. - pág. 2418.


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Análisis de los Principales Problemasen Materia de Seguridad Vial y

Posibles Alternativas de Solución

Fecha de Recepción Artículo: NOVIEMBRE 12 DE 2013

Fecha de Aceptación Artículo: DICIEMBRE 04 DE 2013

Ing. FREDY WSBALDO BARÓNProfesional de Laboratorio.


Qco. MARTHA PATRICIA RUIZ OJEDA, M.Sc.Investigadora


Analysis of Major Problems in RoadSafety and Alternative Solutions

ING. LUIS E. SANABRIA, M.Sc.Director Ejecutivo.



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ResumenDe acuerdo a los alarmantes índices globales

de accidentalidad del Banco mundial (2009), queindican que cada año mueren 1,17 millones depersonas y más de 10 millones de personas resultanheridas en accidentes de tránsito en el mundo,constituyéndose en la novena causa de mortandady, se prevé que un plazo de 20 años será la terceracausa de muerte en el mundo; donde el 70% de estasmuertes ocurren en países en desarrollo. Por loanterior, resulta prioritario para el país, adelantarun programa integral de investigación para laaplicación de nuevas y modernas tecnologías quemitiguen este factor.

Mediante este artículo de reflexión, se realiza unanálisis de los principales problemas en materia deseguridad vial y las posibles alternativas de soluciónde manera prioritaria.

Palabras Claves: Seguridad vial,señalización, accidentalidad, vías inteligentes.

AbstractAccording to the alarming global rate of

accidents reported by the World Bank (2009),which indicate that every year 1.17 million peopledie and more than 10 million people are injured intraffic accidents in the world, which today is theninth leading cause of death, and it is expected thatwithin 20 years will be the third leading cause ofdeath in the world; the 70% of these deaths occurin developing countries. Therefore, it is a priorityfor the country to execute a comprehensive programof research for the application of new and modern

technologies that mitigate this factor.

Through this reflection paper, it is made ananalysis of the main problems in road safety and thepossible solutions prioritized.

Key Words: Road safety, signposting,accident rate, smart roads.

IntroducciónCon el objetivo de garantizar la calidad de vida

de los colombianos, la seguridad vial es un aspecto degran importancia para la integridad de la comunidad.El 22% de las muertes en Colombia es ocasionadopor accidentes de tránsito [1]. Además de la vida, laintegridad física de pasajeros, conductores y usuariosestán en riesgo cada vez que ocurre un accidente detránsito, los cuales dejan gran número de heridos. Deacuerdo al diario el Colombiano en su informe de fechade octubre 06 de 2013, indica, que los accidentes detránsito son la segunda causa de muerte en el país,hecho que deja aproximadamente 6 mil muertos alaño y más de 40 mil heridos de gravedad, es decir

que cada 85 minutos muere un colombiano por estacausa. No obstante, según las estadísticas, en el paísaumentó en un 6% el número de casos, con relación alaño pasado, lo que representa 342 muertes.

Los accidentes de tránsito, lo cual es consideradocomo un problema de salud pública por la OrganizaciónMundial de la Salud, pueden ser propiciados pordiferentes factores, que van desde los relacionadas conerrores humanos tales como conducir con exceso develocidad, bajo los efectos del alcohol o en automotoresen malas condiciones; también pueden ser propiciados

por el mal estado de la infraestructura vial (incluidauna señalización deficiente) y las condicionesclimáticas. En este orden de ideas, se sugiere lainvestigación de nuevas tecnologías que permitandisminuir los riesgos de accidentalidad vial desde elpunto de vista de infraestructura vial y señalización.Esto se enmarca en la implementación del conceptode Vías Inteligentes que apuntan al incremento de laseguridad vial en Colombia.

Estadísticas deaccidentalidadDe acuerdo a las estadísticas facilitadas por

el fondo de prevención vial, se puede establecerlas cifras de víctimas de accidentes de tránsito en


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Análisis de los Principales Problemas en Materia de Seguridad Vial y Posibles Alternativas de Solución

Analysis of Major Problems in Road Safety and Alternative Solutions



Colombia, así como un comparativo de estos datosnacionales con el entorno internacional.

Descripción del EntornoNacional

Con cifras establecidas hasta 2010 [1],se determinó el número de accidentes graves,así como su distribución en zonas urbanas y encarretera y, la presencia de víctimas mortales enestos. Se puede establecer que en zonas urbanaslos accidentes son más frecuentes debido a ladiferencia en la densidad poblacional y del parqueautomotor. Con respecto a las víctimas de estosaccidentes de tránsito, se calculó 44.487 víctimas,cuya distribución muestra una concordanciacon la de los accidentes de tránsito: en zonaurbana (37.604) y en carreteras (6.883). De lasvíctimas, se puede evidenciar que los accidentes

en carretera producen más víctimas mortales encomparación con los ocurridos en zona urbana;esto se puede explicar bajo el supuesto que losaccidentes en carretera son de mayor gravedad,debido a factores como la falta de señalización,

mal estado de las vías, exceso de velocidad, asícomo la influencia de la geografía montañosaColombiana. Estos factores son más evidentes encarretera que en zonas urbanas.

En la tabla 1. Se muestra una caracterizaciónmás detallada de las víctimas en carretera,y en la Tabla 2 se pueden observar los datoscorrespondientes a víctimas en zona urbana. Apartir de esta información, se puede observar quelos usuarios de motocicletas son las victimas másfrecuentes; entendible, debido a la vulnerabilidad

y alta peligrosidad a la que están expuestos losusuarios de motocicletas. El transporte particularrepresenta una cuantía significativa de víctimas,así como los peatones y los usurarios de transportede pasajeros.

Tabla 1.Caracterización de las víctimas de accidentes de tránsito en carreteras 2010.

Medio de transporte Muertos (1993) Heridos(4890)

Transporte de pasajeros 8% 17%

Transporte en motos 39% 33%

Transporte particular 16% 18%

Transporte de carga 4% 3%

Peatones 16% 12%

Bicicletas 5% 5%

Otros 12% 12%

Fuente: Fondo de prevención de vial [1]

Comparando las víctimas de accidentes de tránsito en zonas urbanas con los de carreteras, se puedeafirmar que se mantiene el mayor porcentaje correspondiente a motociclistas, se ve un drástico aumento enel porcentaje de victimas peatones, lo cual se explica por la mayor exposición de los peatones a los accidentesde tránsito en zonas urbanas.

Fredy Wsbaldo Baron • Luis Enrique Sanabria • Martha Patricia Ruiz Ojeda

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Tabla 2.Caracterización de las víctimas de accidentes de tránsito en zona urbano 2010.

Medio de transporte Muertos (3373) Heridos(34231)

Transporte de pasajeros 2% 8%

Transporte en motos 39% 44%

Transporte particular 5% 6%

Transporte de carga 1% <1%

Peatones 39% 26%

Bicicletas 6% 6%

Otros 12% 10%

Fuente: Fondo de prevención de vial [1]

En la Figura 1, se puede observar el histórico de los datos del total de heridos y muertos en accidentes detránsito, tomando como base 100 en el año 2003. Estos datos muestran una aparente estabilización de losdatos, lo cual es positivo teniendo en cuenta que el parque automotor aumenta cada año.

Figura 1.Histórico de víctimas mortales y heridos en accidentes de tránsito 2010.

Fuente: Fondo de Prevención Vial [1].

Según reporte de la Organización Mundial dela Salud (OMS) [2], Colombia y otros países deAmérica Latina se ubican entre los países quehan adoptado mejores políticas de prevenciónvial [3,4]; aunque han logrado disminuir lascifras de víctimas por millón de habitantes, estas

siguen siendo altas y deben intensificarse lasmedidas para la disminución de la accidentalidadvial, incluyendo todos los factores de riesgo, quepueden ser causados por errores humanos, por malestado de la infraestructura vial y por condicionesmeteorológicas.


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Breve descripción del entornointernacional

A nivel internacional, se puede identificar que másdel 90% de las víctimas mortales de accidentes detránsito ocurren en países de bajo y mediano ingreso,destacando que dichos países solo proporcionan un48% del parque automotor mundial [5], dejandoentrever que las causas de estos accidentes puedenestar relacionadas con la falta de educación vial, lafalta de políticas de prevención así como un precarioestado de las vías. La OMS establece que para el2030 los accidentes de tránsito, que según la OMSson considerados un problema de salud pública, seconvertirían en la quinta causa de muertes en el

mundo [5], superando al VIH y muchos tipos decáncer. La OMS también resalta el impacto quelos accidentes de tránsito están teniendo sobre lapoblación; estableció que una de las tres causas másimportantes de muerte de población entre los 5 y 44años son los traumatismos causados por accidentesde tránsito, generando un grave impacto sobre lapoblación laboral de países que presentan ingresosbajos y medianos [5].

Por último, la OMS hace un análisis de lasprincipales causas de accidentalidad vial, pero solo

se tomaron en cuenta las causas de negligenciapor parte de conductores, usuarios y peatones. Lascausas analizadas fueron los límites de velocidad,el uso de casco en motocicletas, el consumo debebidas alcohólicas, así como el uso de cinturonesde seguridad y de sistemas de retención para niños.Con respecto a la infraestructura vial, la OMSresalta la importancia y la responsabilidad estatal,pero no muestra estadísticas de su influencia en losproblemas de accidentalidad vial.

Problemas deSeguridad Vial

Las razones más comunes de accidentalidad vialse pueden clasificar en tres:(a) Todas aquellas que

corresponden a errores humanos, las cuales puedenir desde conducir bajo efectos del alcohol o drogas,hasta la falta de mantenimiento de los automotores[6]; (b) Los ocasionados por el mal estado de lasvías y falta de señalización, cuya responsabilidad

recae sobre las entidades estatales competentesy, por último, (c) las causadas por los fenómenosmeteorológicos [6].

Errores Humanos

El exceso de velocidad es una de las causas quemás contribuye a la accidentalidad vial en Colombiay en el mundo causando el 40% de las muertes enincidentes de tránsito [7]. Según la OMS, el aumentoen la velocidad incrementa drásticamente el riesgode que los accidentes sean fatales [5], por ejemplo,si un automotor corre a 30 km/h, la probabilidad deque el accidente sea fatal es del 15%, comparadocon un 80% cuando se viaja a 60 km/h[7].

Con respecto a accidentes causados por conduciren estado de alcoholemia, se reporta que en Bogotá,para el 2010, el 10% de los accidentes fueroncausados por conductores en estado de embriaguez[1,8]. Los cual representa un déficit en laconcientización de la comunidad y la baja eficienciade los programas de prevención vial.

Infraestructura Vial

De los accidentes de tránsito ocurridos en losúltimos 10 años en Colombia, cerca del 30% hansido causados por el mal estado de las vías, así comopor falta de señalización [9]. Aunque es una políticaestatal la gestión de seguridad vial, en cuanto aprevención y educación [10], es preocupante quegran porcentaje de los accidentes de tránsito seancausados por factores directos de infraestructuravial, sabiendo que, es de plena responsabilidad delos entes gubernamentales, y no se les ha prestadola suficiente atención al tema, causando día a díamás muertes y lesiones severas a la población civil.Además de lo preocupante de las cifras de muertes yheridos, se debe resaltar el costo que por esta causa segenera al estado. Los gastos de indemnizaciones por


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muerte y heridos representa aproximadamente el 3%de PIB Colombiano[11], solo entre 2010 y 2012, elestado colombiano tuvo que pagar 16.000 millonesde pesos por demandas de accidentes causados porla mala infraestructura vial y deficiente señalización

por parte de INVIAS[9].

Condiciones Climáticas

Sabiendo que la estabilidad del automotor enla carretera es absolutamente necesaria para laseguridad vial, se evidencia la lluvia como unacausa de accidentalidad importante. Cuandoel pavimento esta mojado, se puede generar elefecto ‘aquaplaning’ ocasionado por la pérdida de“agarre” entre la llanta y el asfalto, disminuyendo laestabilidad de los carros en movimiento, facilitandola pérdida de control y la falta de reacción antecualquier incidente [12]. Esta característica delos pavimentos, sumado a la falta de precaución departe de los conductores, hace necesario la búsquedade alternativas para evitar este tipo de accidentes,desde la mejora de las características del pavimento,hasta la concientización de la comunidad.

Posibilidades de

Mejora

Tendencias Internacionales

En términos de seguridad vial, diferentesmetodologías se han establecido a nivel internacionalcon el fin de disminuir la accidentalidad ygarantizar el bienestar de las personas, tanto

peatones comoconductores y usuarios de losmedios de transporte. A manera de ejemplo,Suecia implementa una política de ‘Visión Cero’ que concibe una adecuación del entorno para queasegure la integridad de peatones, conductoresy usuarios del transporte, incluyendo adecuaciónde la infraestructura y sectorización de las vías;esto basándose en la no naturalidad del transporte

mecánico y la tendencia del ser humano a cometererrores [5]. Bajo el concepto de Vías Inteligentes,países como Holanda y Corea de Sur han unido elconcepto de seguridad vial con el de vías sostenibles,implementando tecnologías que mejoran la

señalización de las vías en línea con un ahorro deenergía de alumbrado [13, 14].

Mejoramiento de pavimentos

Teniendo en cuenta las cifras de accidentalidadvial causada por el mal estado de las vías, se haceevidente y necesario realizar un esfuerzo por partede los entes gubernamentales para el mejoramientode las carreteras. Una de las mejoras necesarias esla durabilidad de los pavimentos, teniendo en cuentael mal estado de los mismos, lo cual ha ocasionado

cantidad de víctimas fatales, que pueden ser evitadassi se cuenta con vías adecuadas y en buen estado.Por otro lado, la implementación de pavimentosdrenantes, que faciliten la evacuación del aguadepositada sobre estos y que mejoren las condicionesde conducción durante días lluviosos (evitandoel aquaplaning) [15]. Esta tecnología ya tieneaplicación en diferentes países, tales como Italia,España, Estados Unidos, entre otros [16].

Señalización

De las víctimas producidas por mal estado de lasvías, es considerable el porcentaje causado por la malao deficiente señalización vial y teniendo en cuentaque es responsabilidad de los entes gubernamentalesla correcta comunicación de las normas de tránsitoy peligros potenciales mediante señalización vialvertical y horizontal [17]. Adicionalmente, se sumala dificultad que, bajo ciertas condiciones (bajo lluvia,de noche), se presenta a la identificación de estasseñales. En este orden de ideas, se evidencia que laimplementación de técnicas innovadoras y de mayorefectividad puede llegar a reducir los accidentesviales. A manera de ejemplo, se puede citar la

iniciativa holandesa ‘SMART HIGHWAY’, queutiliza técnicas no convencionales de señalización,tales como alumbrado público en función de sensoresde movimiento que encienden la luz solo cuandoun automóvil se acerca; parches termo-sensiblesque iluminan símbolos especiales indicando elcongelamiento de la vía (temperaturas bajo cero),condición que aumenta drásticamente la peligrosidad


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de la vía; señalización lumínica de los bordes de la víaque se recargan con las corrientes de aire que generael movimiento de los automotores; señalizaciónhorizontal con tintes fosforescentes que absorbenenergía lumínica durante el día y la emiten durante

la noche, aumentando la visibilidad de estas señalesy disminuyendo la necesidad de alumbrando públicoen carreteras[17, 18]. Dichas estrategias, además defacilitar la correcta identificación de las señales detránsito y mejorar la prevención de accidentes, estáenfocado en la sostenibilidad energética del sistemade señalización vial [18]. Esta propuesta, cuyaimplementación está planeada a modo de prueba paraeste año (2013), incluye un importante componente deinvestigación sobre señalización, diseño, condicionesde vías y sus necesidades y aún más importante,investigación sobre los materiales y mecanismos que

pueden hacer esto viable.

ConclusionesSe identificó la situación de seguridad vial en

Colombia, teniendo cifras preocupantes sobre lacantidad de víctimas ocasionadas por accidentes detránsito. Tema que es notificado como problema de saludpública según la Organización Mundial de la Salud.Así mismo se presentaron la influencia de las causasmás comunes de accidentalidad vial, resaltando lanecesidad de concientización de la comunidad asícomo la responsabilidad del estado por las víctimasgeneradas por el mal estado de las vías y la falta deseñalización.

Se mostraron las tendencias que a nivelinternacional se están presentando para la mejora dela infraestructura vial y los sistemas de señalizaciónhorizontal y vertical, así como la necesidad deimplementar técnicas novedosas a nivel nacional.

Referencias[1]. Fondo de prevención vial. Anuario Estadístico de

Accidentalidad Vial. Colombia. 2010.[2]. Caracol Noticias. OMS reconoce esfuerzos de Colombia en

seguridad vial. [En línea] 14 de 03 de 2013. [Citado el: 05de 06 de 2013.] www.caracol.com.co/noticias/economia/oms-

reconoce-esfuerzos-de-colombia-en-seguridad-vial/20130314/ nota/1858775.aspx.

[3]. Gómez-Pineda, Óscar David.Régimen Jurídico Del Tránsito

Terrestre En Colombia. S.L.: Corporación Fondo De PrevenciónVial, 2012.

[4]. Fondo de Prevención Vial. www.fpv.org.co. Gestión

Coorporativa Para La Seguridad Vial.[5]. Organización Mundial de la Salud. Informe sobre la Situación

Mundial de la Seguridad Vial. [6]. Personal Injury Attorneys & Car Accident Lawyers. Top 25

Causes of Car Accidents. [En línea] [Citado el: 12 de 06 de2013.] http://seriousaccidents.com/legal-advice/top-causes-of-car-accidents/.

[7]. [7]. Fondo de Prevención Vial. Velocidad. [En línea] [Citadoel: 06 de 06 de 2013.] www.fpv.org.co/proteccion/velocidad/9.

[8]. El Espectador. La estrategia contra los accidentes por alcohol.[En línea] 07 de 04 de 2011. [Citado el: 11 de 06 de 2013.]http://www.elespectador.com/noticias/bogota/articulo-255400-estrategia-contra-los-accidentes-alcohol.

[9]. Caracol Noticias. Estado pagó más de 16.000 millones pormuertos y heridos en accidentes de tránsito. [En línea] 09 de03 de 2013. [Citado el: 04 de 06 de 2013.] www.caracol.com.co/noticias/actualidad/estado-pago-mas-de-16000-millones-por-muertos-y-heridos-en-accidentes-de-transito/20130309/ nota/1856320.aspx.

[10]. Ministerio de Tranporte. Plan Nacional De Seguridad Vial

Colombia 2011-2016. [11]. El Pais Colombia. Preocupación por accidentalidad causada

por deterioro de vías en Colombia. [En línea] 19 de 10 de2012. [Citado el: 05 de 06 de 2013.] www.elpais.com.co/ elpais/colombia/noticias/preocupacion-por-accidentalidad-causas-por-deterioro-vias.

[12]. transporte.comohacerpara.com/. Cómo conducir con lluvia.[En línea] [Citado el: 11 de 06 de 2013.] http://transporte.comohacerpara.com/n1287/como-conducir-con-lluvia.html.

[13]. Green Future Magazine. The Netherlands pilots smart roadsfor smart cars. [En línea] 04 de 03 de 2013. [Citado el: 07de 06 de 2013.] www.forumforthefuture.org/greenfutures/ articles/netherlands-pilots-smart-roads-smart-cars.

[14]. Popular Science. How intelligent roads—not just cars—will change transportation. [En línea] 04 de 01 de 2013.[Citado el: 06 de 06 de 2013.] www.popsci.com/technology/ article/2013-04/street-smarts 1.

[15]. Haffner, Ted, y otros, y otros.Porous Asphalt on CU-StructuralSoil™. [En línea] [Citado el: 13 de 06 de 2013.] http://www.hort.cornell.edu/uhi/outreach/pdfs/cu_porous_asphalt.pdf.

[16]. BP Bitumen España. Asfaltos Drenantes. [En línea] [Citadoel: 11 de 06 de 2013.] www.bp.com/genericarticle.do?categoryId=3050247&contentId=3050347.

[17]. Ministerio de Transporte.Manual De Señalización:

Dispositivos para la regulación del tránsito en calles,carreteras y ciclorrutas de Colombia. [En línea] 2004.[Citado el: 12 de 06 de 2013.] https://www.mintransporte.gov.co/documentos.php?id=29.

[18]. Studio Roosegaarde - Heijmans.Smart Highway. [En línea][Citado el: 05 de 06 de 2013.] http://www.studioroosegaarde.net/project/smart-highway/.


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Carta al Editor

La localización geográfica de Santander ha convertido al departamento en un punto de interés para los inversionistasnacionales e internacionales. De ahí, que actualmente se adelanten obras para la consolidación de las zonas francas en

sectores económicamente favorables en la región.

Además, la riqueza ambiental comunera ha demostrado también que el turismo es un sector que aporta al presupuestodepartamental y con el cual puede esta zona posicionarse a nivel nacional e internacional. Sin embargo, para queesto ocurra, debe mejorarse la malla vial hacia los sectores rurales, que es en donde se encuentran los mayores tesorosturísticos, esfuerzos que coadyuvarían al desarrollo del sector agrario.

En buena hora, el gobierno, a través del Instituto Nacional de Vías, ha firmado 445 convenios con diferentes alcaldesdepartamentales para el mejoramiento de las vías, bajo la consideración que esta sería una estrategia para aumentar lacompetitividad del campesino colombiano. Santander, lógicamente se encuentra entre los departamentos beneficiadospor las obras que se adelantarán para labores de afirmado, construcción de terraplenes, obras de drenaje y construcciónde placa-huellas, entre otras.

Señor editor, es relevante que desde la academia y en colaboración con el estado y la empresa se formulen proyectos yse ejecuten obras que verdaderamente beneficien a las poblaciones ubicadas a lo largo de los distintos corredores viales yque se establezca una veeduría para que particularmente sean ejecutados los proyectos que mejoren las vías terciarias,ya que normalmente se plantean y se implementan soluciones para las vías primarias y secundarias con especial esmero,relegando un poco a estos vasos comunicantes tan importantes para la competitividad. Podríamos entonces, mediante la triada universidad-empresa-estado, proponer proyectos en estas zonas propendiendopor los mejores criterios de diseño vial y por las mejores alternativas para protección de la capa de afirmado y que semasifique la aplicación en campo de algunas de las alternativas que a escala laboratorio han dado resultado, por ejemplo,con asfaltos modificados o con adoquines ecológicos; también existen alternativas ya experimentadas en campo comoes la metodología para la Estabilización Química de Suelos desarrollada por CORASFALTOS, la cual cuenta con unahistoria o recorrido desde el año 2000 hasta la fecha, con pruebas en campo en 36.7 km de tramos experimentales, endiferentes zonas y regiones de nuestro país, la cual permite ahorros de más del 40% en el proceso constructivo frente ala tecnología tradicional.

En el caso de asfaltos modificados, ya existen empresas que están trabajando y estudiando esta técnica, siendo opcionesviables el uso de caucho, materiales poliméricos, ceniza, icopor, entre otros. Inclusive en la actualidad, hay empresas queestán aplicando asfaltos modificados con nanomateriales demostrando con ello expectativas de vida de servicio bastantealentadoras. Otra opción viable, además de la mezcla asfáltica, es el uso de adoquines ecológicos para pavimentación enciertas vías. Esta alternativa puede representar una fuente de ingreso para los habitantes de la zona en donde se empleen,por cuanto la comunidad puede encargarse de las labores de mantenimiento de las vías, luego de cursos de capacitaciónque se ofrezcan desde los centros educativos y de investigación sobre elaboración de adoquines utilizando materiales delentorno.

Si verdaderamente queremos unir, debemos pensar en estas comunidades para aportar a la disminución de la brechasocial y económica existente en nuestra región. Considero, señor editor, que un legado que podríamos darle al mundo,justamente es el mejoramiento de la red vial con propuestas innovadoras aplicables en los sectores más alejados y

replicables a nivel de las ciudades.

Señor Editor, debemos trabajar definitivamente, en el fortalecimiento de un PROGRAMA DE MEJORAMIENTO DEVIAS TERCIARIAS como requisito para la competitividad económica y social de Santander.

María Fernanda Serrano Guzmán, Ph.D.Directora General de InvestigacionesLíder de grupo de Investigación DeCoRUNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANASECCIONAL BUCARAMANGA

AsfaltosyPavimentos

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Edición No. 27 Julio - Diciembre de 2013 Bucaramanga · Colombia ISSN 0123-8574



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1. Todos los artículos deben contener en orden: título, título en inglés, autor

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2. La extensión máxima aceptable por artículo es de diez (10) páginas tamañocarta, a doble espacio, en letra Times New Roman, tamaño 12, en las que seincluyen las tablas, Figuras y referencias bibliográficas. En caso de requerirun mayor número de páginas, se debe realizar dicha solicitud antes de la fechalímite de presentación del trabajo. El comité Editorial, dará respuesta a losautores durante los cinco (5) días hábiles siguientes a la recepción de la solicitud.

3. Los artículos deberán ser enviados al editor en formato digital (Office-Word 2007y pdf), vía e-mail a [email protected], con copia a [email protected].

4. El artículo a presentar, deberá ser clasificado por el(los) autor(es), de acuerdo ala tipología establecida por COLCIENCIAS, así:Artículo de Investigación Científica y Tecnológica: Documento que presenta,de manera detallada, los resultados originales de proyectos terminados deinvestigación. La estructura generalmente utilizada contiene cuatro apartesimportantes: introducción, metodología, resultados y conclusiones.

Artículo de Reflexión: Documento que presenta resultados de investigaciónterminada desde una perspectiva analítica, interpretativa o crítica del autor,sobre un tema específico, recurriendo a fuentes originales.Artículo de Revisión: Documento resultado de una investigación terminada dondese analizan, sistematizan e integran los resultados de investigaciones publicadaso no publicadas, sobre un campo en ciencia o tecnología, con el fin de dar cuentade los avances y las tendencias de desarrollo. Se caracteriza por presentar unacuidadosa revisión bibliográfica de por lo menos 50 referencias.

GUÍA PARA PRESENTACIÓNDEL ARTÍCULO

Resumen: Deberá contener el tema centraldel texto, objetivos, procedimientos básicos,hallazgos y conclusiones principales; en elcual de manera concisa se haga referencia

al tema central del texto y al desarrollo delartículo; idealmente con un máximo de 300palabras.Abstract: Hace referencia al resumenanterior, presentado en Ingles.Palabras clave (Keywords): Son palabraso grupos de palabras que ayudan a ubicar eltema principal para el índice de la revista,así como ser la esencia de la investigación.Introducción: Básicamente deberáresponder a la pregunta del por qué se harealizado el estudio o el por qué del tema, asícomo qué tan útil son éstos. En sí, precisalos aspectos que llevaron a desarrollar lainvestigación y los objetivos que se trazaronal inicio del proceso.Abreviaturas y Símbolos: se debenexplicar en su primera aparición y se siguenusando en lo sucesivo.Figuras y Tablas: El término “Figura” sedebe utilizar para los diagramas, las fotosy los gráficos (éstos pueden enviarse a coloro blanco y negro). Los títulos, las notas yfuentes relacionadas con las Figuras debencentralizarse en la parte inferior de la misma.Los títulos o notas relacionadas con tablasdeben centralizarse en su parte superior. LasFiguras y/o Tablas deberán llevar numeracióncontinua, comenzando en Figura. 1 y en Tabla1. Se debe garantizar la calidad de la figuray/o tabla; por ello, las tablas deben editarseen archivo Word y las figuras deberán tenercomo mínimo resolución 300 dpi. De igualforma, las tablas y figuras deberán sersuministradas en formato jpg.Ecuaciones: Deberán separarse del restodel texto y el tamaño de la fuente sercompatible con el texto. Las ecuacionesdeben numerarse con números arábigos,con la indicación del número alineado a laderecha entre paréntesis.Metodología: Busca mostrar las fases delproyecto y/o investigación, enunciando losmateriales y métodos utilizados, así comolos hallazgos (resultados) obtenidos deltrabajo. También, el análisis, interpretacióny comparación de la información o datosencontrados con otros estudios (o reportede casos), buscando debatir, discutiry relacionar dichos resultados con lasconclusiones. En este punto, se podránhacer uso de figuras, tablas y/o diagramascon el fin de alimentar y dinamizar aún másel trabajo.

Conclusiones: Busca ofrecer unavisión de las implicaciones del trabajo,las limitaciones y las posibles líneas decontinuidad. Siempre tienen que estarrespaldadas por resultados obtenidosen el trabajo y tienen que satisfacer las“promesas” hechas en la introducción.Referencias Bibliográficas: Se debenubicar al final del texto, enumeradas segúnel orden de aparición.Agradecimientos: En caso que exista estasección, deberá colocarse antes de la listade referencias bibliográficas.

Indicaciones a los Autores

ESPECIFICACIONES GENERALES

1. Los trabajos son sometidos a evaluación por el Comité Editorial y Árbitrosespecializados en el campo cubierto por la revista. Los artículos no puedencontener publicidad de productos, esto será objeto de descalificación.

2. El Comité Editorial de la Revista hace una primera evaluación del trabajorecibido, donde se verifica su estructura y contenido técnico. En esta fase, si elartículo cumple con los requisitos técnicos, pasaría a ser evaluado por los paresacadémicos (árbitros), o en su defecto rechazado.

3. Los trabajos son enviados a los árbitros expertos, junto con el formato deevaluación establecido por la revista, quienes a su juicio recomendarán losartículos a publicar. Si el trabajo requiere de modificaciones y/o correcciones,será enviado a su(s) autor(es) con las indicaciones dadas por el Comité Editorialy/o pares académicos. El plazo máximo para realizar dichas modificaciones sihubiere lugar, será de tres (3) días calendario.

4. Un árbitro evaluará máximo dos (2) artículos de diferente autor. Un artículo almismo tiempo podrá ser evaluado por dos árbitros.

5. Una vez finalizado el tiempo máximo de corrección, los autores deben enviar lanueva versión, para continuar con el proceso como artículo ACEPTADO o en sudefecto RECHAZADO.

6. Si el artículo es ACEPTADO quedará listo para su publicación.7. Si el artículo es RECHAZADO por los árbitros y/o Comité Editorial, éste será

enviado al(los) autor(es) junto con una comunicación en la que se le(s) mostrarálos resultados del proceso de evaluación que sustentan la decisión.

8. Los integrantes del Comité Editorial y Grupo de Árbitros, no evaluarán suspropios artículos.

9. El grupo de árbitros es un Comité respetado, valioso y distinguido de la revistaAsfaltos y Pavimentos.


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8 Diseño Racional de Pavimentos

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