Utilización de CaCl2 para el control y la estabilización del polvo de las carreteras
Por Suren Mishra, Doctor | Doctor, TETRA Technologies, Inc. | 21 de enero de 2021
Introducción
En todo el mundo, la mayoría de las mercancías, materiales y alimentos se trasladan desde los puntos de origen a los de destino por carreteras convencionales, ya que los trenes tienen una capacidad y un alcance limitados. Estados Unidos tiene unos seis millones de kilómetros de carreteras pavimentadas, autopistas, autovías de peaje y calles urbanas y suburbanas, así como innumerables carreteras rurales, muchas de ellas sin pavimentar o sin asfaltar. De hecho, aproximadamente el 35% de las carreteras de EE.UU. no están asfaltadas y el tráfico que circula por ellas puede levantar enormes cantidades de polvo. Y estén pavimentadas o no, las carreteras envejecidas requieren un mantenimiento regular e incluso reparaciones importantes.
Control del polvo y estabilización de carreteras sin pavimentar
La proliferación de polvo es uno de los principales problemas de las carreteras sin asfaltar, ya que impide ver con claridad la calzada y el tráfico, daña la vegetación de los márgenes y los cultivos cercanos y supone un peligro para la salud. El remedio, sin embargo, es sencillo y asequible: El cloruro cálcico líquido TETRA ROADMASTER™. El CaCl2 se ha utilizado durante décadas como medio seguro y de bajo coste para controlar y estabilizar el polvo en carreteras sin pavimentar y otras superficies, como aparcamientos de grava y patios de almacenamiento. Las propiedades higroscópicas y delicuescentes del CaCl2 mantienen húmeda la superficie tratada en una amplia gama de temperaturas y humedades, y la humedad inhibe la creación de polvo.
TABLA 1 - Temperaturas mínimas y humedades relativas correspondientes a las que el CaCl2 absorbe la humedad de la atmósfera.
Como muestra la Tabla 1, incluso cuando las temperaturas de la superficie de la carretera alcanzan o superan los 37,7°C (100°F) con una humedad relativa del 20% -algo habitual en los estados del cinturón solar de EE.UU. y otras regiones subtropicales y tropicales- el CaCl2 sigue siendo capaz de absorber la humedad de la atmósfera. Del mismo modo, a temperaturas más bajas y humedades relativas más altas, el CaCl2 sigue absorbiendo y reteniendo la humedad atmosférica, suprimiendo así el polvo.
La cantidad de ROADMASTER CaCl2 requerida para una aplicación determinada de control de polvo y estabilización dependerá de la distribución granulométrica del árido de la carretera a tratar, así como de las condiciones ambientales de la carretera y de la región. Una aplicación típica implica una solución acuosa de aproximadamente 35% CaCl2 aplicada a la superficie preparada a unos 0,35 galones por yarda cuadrada, con un mantenimiento periódico de la carretera de unos 0,20 galones por yarda cuadrada dependiendo de la cantidad de tráfico. Los altos niveles de tráfico y los climas duros pueden requerir la reaplicación completa de CaCl2 líquido anual o estacionalmente.
Construcción y sustitución del firme
Las carreteras de nueva construcción y las que requieren una sustitución total también pueden beneficiarse de las propiedades de TETRA ROADMASTER CaCl2. La densidad adecuada y, por tanto, la estabilidad del árido subyacente de una carretera dependen en gran medida del mantenimiento de un rango óptimo de humedad. Un agregado con niveles de humedad fuera del rango óptimo - ya sea demasiado seco debido a la evaporación o demasiado húmedo debido a fuertes precipitaciones y retención de humedad - pierde estabilidad, especialmente bajo la tensión del tráfico.
Sin embargo, el tratamiento del árido de la base de la carretera con TETRA ROADMASTER CaCl2 ayudará a mantener los niveles de humedad dentro del rango óptimo. Las propiedades del producto, concretamente su higroscopicidad y su capacidad para reducir la presión de vapor del agua, inhiben la evaporación y, por tanto, ayudan a mantener la estabilidad y longevidad de la base de la carretera tratada. Además, con un porcentaje adecuado de partículas finas y ultrafinas, el CaCl2 facilita una mejor compactación del árido, y una compactación más densa actúa como barrera frente a la sobresaturación por precipitaciones.
Como muestra la Tabla 2, el CaCl2 también cuesta menos que otros materiales utilizados para estabilizar los áridos de la base de las carreteras, casi la mitad en comparación con la mezcla de cenizas volantes y cal (o cemento), ampliamente utilizada.
TABLA 2 - Comparación de costes de materiales comúnmente utilizados como bases de áridos para la estabilización de calzadas.
Rehabilitación de carreteras
TETRA ROADMASTER CaCl2 también es ideal para su uso en la recuperación en profundidad (o reciclado), una técnica de rehabilitación de carreteras cada vez más utilizada. El FDR es un proceso mediante el cual la base de la carretera existente se pulveriza, humedece y compacta para restablecer la estabilidad subyacente de una nueva superficie de aglomerado, asfalto u hormigón. El proceso es rentable y ahorra tiempo, ya que elimina la necesidad de transportar el material viejo para su eliminación y traer y dispersar nuevos áridos para la base de la carretera.
El uso de CaCl2 en proyectos de FDR se está convirtiendo en una práctica común en EE.UU. como alternativa de bajo coste a las múltiples aplicaciones de agua o al uso de aditivos como lignosulfonatos, resinas de petróleo y emulsiones asfálticas, que aumentan el coste y la duración de la reparación. El uso de agua, por ejemplo, a menudo implica aplicaciones repetidas para superar la evaporación, pero que pueden arrastrar partículas finas esenciales para la estabilidad, comprometiendo así la resistencia a la carga de la carretera. El uso de resinas o emulsiones pegajosas magnifica enormemente el trabajo, ya que se adhieren a las plataformas de los camiones y a los equipos de construcción y complican la dispersión, especialmente cuando las temperaturas ambiente son elevadas.
Generalmente, las aplicaciones de FDR implican el tratamiento de los 15 cm superiores del árido con unos 2,4 galones por yarda cuadrada de CaCl2 líquido antes de la pulverización. A continuación, se aplica un tratamiento más ligero una vez que la carretera se ha nivelado para darle su forma final antes de la compactación.
Descubrimientos científicos sobre el CaCl21
Las investigaciones realizadas bajo los auspicios de la Universidad A&M de Texas han demostrado que el CaCl2 mejora la unión cohesiva de materiales granulares como el suelo, las cenizas volantes, el cemento y la cal, añadiendo así estabilidad y evitando la generación de polvo. Las propiedades que permiten esa cohesión son la higroscopicidad y delicuescencia del producto químico en una amplia gama de temperaturas y humedades, así como su capacidad para aumentar la tensión superficial de los fluidos en los huecos entre partículas. Esta última acción mejora la unión cohesiva entre las partículas, dando lugar a un material más fuerte y estable para los firmes de las carreteras. Entre los principales hallazgos científicos se encuentran:
- El CaCl2 combinado con niveles suficientes de partículas finas y ultrafinas aumenta la densidad y la resistencia de los suelos compactados y otros materiales particulados.
- El CaCl2 aumenta la tensión superficial de la humedad retenida en una matriz de partículas, incrementando así la unión cohesiva entre las partículas para obtener un sustrato más resistente y estable.
- Los firmes con partículas finas y ultrafinas adecuadas tratadas con CaCl2 pueden alcanzar una resistencia a la carga de hasta 233 toneladas por yarda cuadrada, lo que supera las especificaciones para carreteras secundarias en Estados Unidos.
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Nota final 1VéaseD. Saylak, C.K. Estakhri, S. Mishra, D. Sinn (2003), "Base Stabilization and Dust Control Using Calcium Chloride and Fly Ash". 2003 International Ash Utilization Symposium, Center for Applied Energy Research, Universidad de Kentucky, Ponencia nº 19.
