Reciclado en sitio con cemento
Ing. Jorge Solano Jiménez Director técnico del ICCYC
I.Introducción
El uso del cemento en el mejoramiento de suelos es una técnica muy antigua, que data de los albores de la humanidad, con el uso de conglomerantes puzolánicos naturales para la estabilización de suelos cohesivos. Ejemplo de ello son las Pirámides Shaanxi en China, hace más de 5.000 años.
La utilización de estas técnicas en el mejoramiento de obras existentes se da a partir de la segunda mitad del siglo pasado. Después de la Segunda Guerra Mundial apareció la necesidad de reparar las carreteras secundarias afectadas por la misma.
En Gran Bretaña se empleó una técnica llamada “Retreat Process” (o proceso de re- tratado) que consistía en escrificar la calzada y agregar en caso necesario, una pequeña cantidad de agregado virgen y mezclar en sitio el material escarificado con el agregado; utilizando un arado de discos. Luego, se agregaba una emulsión asfáltica diluida y se mezclaba nuevamente con los discos del arado. Se compactaba en forma inicial muy ligeramente y al día siguiente, cuando “salía” el agua de la emulsión se terminaba la compactación. Se trataba de un procedimiento simple que empezó a dar buenos resultados.
Sin embargo, la técnica no se generalizó, principalmente porque los equipos con los que se contaba no podían garantizar una mezcla adecuada con el cementante, ni tampoco podía alcanzarse una compactación en espesores superiores a 15 cm. No es hasta la década de los ochenta cuando el reciclado en sitio con cemento para el reacondicionamiento de calles, caminos y carreteras, se desarrolló intensamente. Debido primordialmente a la aparición de nuevos equipos de mayor potencia, mayor y mejor eficiencia en el mezclado y mayor profundidad de trabajo; así como también al mejor conocimiento de las características mecánicas de los materiales tratados con cemento y el comportamiento de los pavimentos
“semirígidos”. Adicionalmente, ha influido el agotamiento de las fuentes de materiales de calidad, existentes; así como la necesidad creciente del control medio ambiental.
Hoy en día, la técnica de reciclado en sitio con cemento es empleada en gran número de países en todo el mundo y se aplica ya en carreteras con un importante volumen de vehículos pesados (800 a 1000 vehículos pesados por día en el carril de diseño). También, los espesores de reciclado se han aumentado a 28 y 30 cm., con capas de ruedo asfálticas o de concreto.
II. Reciclado: una opción en la rehabilitación de caminos
La rehabilitación de una calle, camino o carretera, presume pavimentos agrietados o fisurados- prácticamente fatigados- ya sea por el volumen de tráfico pesado soportado o por problemas en las capas del pavimento, como drenaje y plasticidad generada.
El reciclado de pavimentos en cemento permite el aprovechamiento de estas capas deterioradas; logrando como producto final un pavimento- formado por la capa de base estabilizada con cemento, producto del reciclaje y por una superficie de ruedo sobre ella- mucho más duradero, de alta capacidad de soporte y propiedades físico mecánicas (para un adecuado nivel de servicio), con mucho menos susceptibilidad al agua y mayor resistencia a la erosión.
Adicionalmente, se le reconocen ventajas económicas y medio ambientales. En el aspecto económico sobresale el no tener que aportar agregados (excepto en cantidades muy reducidas), lo que representa ahorro en extracción, procesamiento, transporte y costo del agregado en sí.
Desde el punto de vista ambiental, el aprovechamiento de los materiales en sitio permite un ahorro en las fuentes de explotación, una menor cantidad de vertederos o botaderos, para desechar los materiales contaminados; menos camiones pesados en los caminos y carreteras, con todo lo que ello significa, como emanación de gases, deterioros acelerados, accidentes, etc.; menor consumo de energía, al ser una técnica en frío.
Todo lo anterior ha promovido en forma amplia el uso de la técnica de reciclado con cemento en muchas partes del mundo.
III. Los materiales reciclados con cemento
Las características de las mezclas obtenidas en un proceso de reciclado con cemento se mueven en un rango muy amplio de valores, que van desde su semejanza a un suelo –cemento hasta a una grava– cemento o inclusive, a un concreto compactado con rodillo.
Las causas de estos comportamientos parecen lógicas, si examinamos el procedimiento constructivo:
- Presencia de agregados de regular calidad y /o contaminados.
- Presencia de una superficie bituminosa en mal estado, como capa de rodamiento.
- La eficacia del proceso de disgregación y mezclado.
- La edad del material.
En cualquier caso, la resistencia mecánica de los materiales reciclados con cemento se incrementan notablemente en función del contenido de cementante, y al final, se obtienen capas estructurales que se caracterizan por tener una elevada rigidez, muy superior a los materiales de partida, con muy buena capacidad de soporte y con una disminución importante tanto de las deflexiones como de las tensiones transmitidas de la subrasante y otras capas del pavimento.
IV. Estudios previos
Antes de realizar un trabajo de reciclado en sitio con cemento, es necesario llevar a cabo una serie de estudios con el propósito primordial de:
- Verificar la factibilidad del reciclado.
- Determinar las características del material existente y obtener la fórmula de trabajo.
- Definir las propiedades finales del material reciclado.
Siempre y cuando no se presenten problemas serios con la subrasante, en su gran mayoría, los materiales de los pavimentos existentes pueden ser sometidos a reciclado en sitio con cemento. Sin embargo, la presencia de ciertas sustancias como materia orgánica, sulfuros, sulfatos o cloruros pueden interferir en el fraguado del cemento y deben evitarse, sustituirse o neutralizarse.
Igualmente, los materiales de granulometría discontinua o con elementos de gran tamaño, pueden requerir aportes de un corrector granulométrico o el ajuste en la operación de los equipos pulverizadores, para obtener una adecuada disgregación del pavimento existente.
Una vez establecida la factibilidad del reciclado, se procede a la evaluación de los materiales en sitio. El reciclado en sitio aprovecha el pavimento existente como fuente de agregados. De ahí la necesidad de conocer previamente las características físicomecánicas de los materiales existentes.
Para ello se debe realizar un reconocimiento exhaustivo de la carretera a intervenir, que considere al menos lo siguiente:
- Información de la historia de la carretera.
- Evaluación visual del pavimento y estado de los drenajes.
- Valoración estructural del pavimento.
- Medida, muestreo y caracterización de las capas del pavimento y la subrasante.
- Tráfico esperado en el proyecto, después de rehabilitado.
Todo lo anterior permitirá, entre otras cosas, dividir en tramos homogéneos en cuanto a características y necesidades de refuerzo, y tal vez lo más importante, establecer el dimensionamiento del reciclado y la fórmula de trabajo.
En cuando al dimensionamiento, se pueden utilizar métodos desarrollados que realizan un cálculo teórico mediante un sistema de multicapa (asignando valores al módulo resilente y al coeficiente de Poisson, tanto a la capa reciclada, a las capas que queden, como a la capa de rodamiento y a la subrasante). También se puede utilizar la metodología AASHTO, asignando un coeficiente de equivalencia para la capa reciclada. O bien recurrir a un catálogo de pavimentos, como los que se utilizan en gran cantidad de países europeos.
En cuando al establecimiento de la fórmula de trabajo o diseño de mezcla, consiste en establecer una relación entre las propiedades físicomecánicas de interés, generalmente, la resistencia a la compresión inconfinada o la durabilidad y el contenido de cemento.
Es frecuente que se especifique una resistencia a la compresión inconfinada a los siete días, evaluada sobre una probeta cilíndrica moldeada en el molde y con la energía de compactación del próctor modificado. Cuando se utilizan cementos con cantidades significativas de adiciones activas, la resistencia puede evaluarse a los 28, 60 o 90 días, o aplicar una disminución en el requisito a los siete días. Es muy importante mencionar aquí, que por la heterogeneidad propia de los materiales a reciclar, es difícil determinar en laboratorio la fórmula de trabajo. Es preciso, por tanto, determinar una composición media de la mezcla, determinar del estudio las variaciones en las características resultantes de las desviaciones de los materiales en sitio con respecto a dicha composición media y utilizar un factor de seguridad que las tome en cuenta. Se vuelven relevantes, entonces, las propiedades del producto final y no tanto, las del material in situ.
V. Ejecución de las obras
Los equipos que se utilizan en el reciclado en sitio son variados. Algunos utilizan diferentes rotores, según la operación que realizan, como escarificado y mezclado, otros con un rotor que realizan ambas operaciones. Algunos con dispositivos para distribuir el cemento e inyectar el agua dentro de la cámara de mezclado, otros con una plancha vibratoria para distribuir y pre-compactar el material.
Lo importante es conocer bien el equipo disponible y planificar la ejecución de las obras de acuerdo a ello. Mención particular merece la dosificación del cementante. Normalmente, se utilizan equipos de extendido. La extensión manual del cemento, formando previamente una cuadrícula de sacos, con la separación requerida, únicamente es admisible en obras muy pequeñas y de tráfico reducido. Se utilizan a menudo, dosificadoras de cemento en polvo regulados por la velocidad de avance, inmediatamente antes del paso del equipo disgregador y mezclador. Algunas recicladoras tienen incorporado un depósito y un dispositivo para el almacenamiento y distribución del cemento.
La innovación más interesante a este respecto, es la utilización de un equipo provisto de un depósito de cemento, otro de agua y un mezclador de agua – cemento, para incorporar la lechada resultante directamente dentro de la campana del rotor. La dosificación del cemento y del agua es así muy precisa. Esta manera de incorporar el cemento es cada vez más utilizada, al punto de que en algunos países es la única permitida. Ha dado muy buen resultado en prácticamente todos los países en que se ha utilizado. No en vano se dice que el desarrollo de este equipo y de recicladoras más pesadas y potentes, ha hecho del reciclado un procedimiento cada vez más utilizado en la recuperación de caminos.
La compactación mediante rodillo vibratorio es fundamental para obtener la resistencia necesaria y un buen comportamiento del pavimento reciclado. Es recomendable conseguir entre el 96 y el 100% del próctor modificado como densidad meta. Es recomendable además, la formación de juntas en fresco a distancias pre- fijadas, para evitar el agrietamiento al azar de las capas tratadas con cemento.
Destaca aquí el método CRAFT (creación automática de fisuras transversales), que consisten en crear la junta después de la primera pasada del compactador sin vibración. Aplicar un riego de emulsión asfáltica a la ranura recién creada y continuar con la compactación. Se logra así una superficie reciclada perfectamente cerrada, pero con una discontinuidad interna que permite la localización prevista de la fisura.
Finalmente, se procede al curado de la capa reciclada, mediante la aplicación de un riego de asfalto emulsionado que se protege con una capa de material de secado.
VI. Control de calidad
Como en cualquier tipo de obra, el control de calidad es imprescindible para garantizar la obtención de un resultado satisfactorio. En el caso de reciclado en sitio con cemento, se desarrolla tanto durante la ejecución de las obras, como al producto final. Durante la ejecución de las obras se controla principalmente la homogeneidad de la mezcla (agregado, cemento y agua), el espesor del reciclado y la compactación.
Del producto final interesa su espesor y alineamiento final, la resistencia mecánica y el acabado superficial.
En todos los casos se establecen lotes de dimensión máxima o el trabajo de un día, a los que se aplican los criterios de aceptación o rechazo.
VII. Costos del reciclado en sitio
Los costos de reciclado de un pavimento en sitio con cemento, dependen fundamentalmente de tres factores, a saber: el volumen de material a reciclar, las características del pavimento y el contenido del cemento.
Esto hace que el costo del reciclado pueda variar de forma considerable de una obra a otra. Sin embargo, puede estimarse que, basados en una superficie de 50.000m² con 20 cm de espesor y 3% de cemento por peso, en una vía de dos carriles, el metro cuadrado puede estar entre los $4 y $5.
Bibliografía
Memorias del "I Simposio Internacional sobre Estabilización de Explanadas y Reciclado in Situ de Firmes con Cemento".
Salamanca, España. 1° al 4 de octubre del 2001.
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