Wirtgen
2
daEdición Noviembre de 2004
Wirtgen
Wirtgen GmbH
Hohner Strasse 2 · 53578 Windhagen · Alemania
Tel.:
+49 (0) 26 45 / 131-0
Fax:
+49 (0) 26 45 / 131-242
ISBN 3-936215-08-1
2
daEdición 2004
2
daRevisión 2001
Primera Edición 1998
Copyright © 1998, 2001, 2004 por Wirtgen GmbH.
Todos los derechos reservados.
Prohibida su reproducción, transmisión o almacenamiento total
o parcial por cualquier medio sin permiso de Wirtgen GmbH
Agradecimientos
Esta Segunda Edición del Manual de Reciclado en Frío Wirtgen fue realizada por un equipo de especialistas de amplia experiencia en distintas áreas de la rehabilitación de pavimentos, y especialmente en aquellas relacionadas con la reutilización de los materiales existentes en los pavimentos viales.
Este equipo incluye a ingenieros de Loudon International, quienes han asesorado a Wirtgen y sus respectivos clientes por más de 10 años en la aplicación de tecnologías de reciclado. Como una forma de reconocer los rápidos avances que ha tenido la ingeniería de pavimentos, y su liderazgo indiscutido en esta área, el profesor Kim Jenkins de la Universidad de Stellenbosch fue invitado a unirse al equipo de especialistas. Sus contribuciones a todo el manual son valiosas y especialmente relevantes en aquellos capítulos en que se expone la rehabilitación, diseño y uso de agentes estabilizadores. Además, los ingenieros de Wirtgen GmbH contribuyeron en corregir errores de la Edición previa y en asegurar que esta nueva versión solucionaría los problemas y dudas manifestados por sus clientes.
Wirtgen GmbH agradece a todos aquellos que han contribuido a la elaboración de este Manual e invita a los lectores a retroalimentar y comentar el mismo, sin importar la naturaleza de los comentarios, los cuales pueden ser enviados directamente a: [email protected]
Introducción
Introducción
13
Capítulo 1
Pavimentos de Carreteras
17
1.1
General
17
1.2 Componentes del Pavimento
18
1.2.1
Superficie
18
1.2.2
Estructura de pavimento
19
1.2.3
Explanada
20
1.3
Principales Factores que Afectan la Estructura de Pavimento
20
1.3.1
Condiciones ambientales
20
1.3.2
Cargas de tráfico
21
1.4 Factores que Causan el Deterioro del Pavimento
21
1.4.1
Factores ambientales
22
1.4.2
Efectos del tráfico
22
1.4.3
Consecuencias del agrietamiento
23
1.5
Mantenimiento y Rehabilitación Estructural de Pavimentos
24
1.6
Opciones de Rehabilitación
25
1.6.1
Rehabilitación superficial
26
1.6.2
Rehabilitación estructural
26
Capítulo 2
Reciclado en Frío
29
2.1
General
29
2.2
El Proceso de Reciclado en Frío
29
2.2.1
Reciclado en planta
29
2.2.2
Reciclado in-situ
30
2.3
Aplicaciones del Reciclado en Frío
31
2.3.1
Reciclado del 100% de RAP
33
2.3.2
Estabilización con RAP/base granular
33
2.3.3
Pulverización
34
2.3.4
Reprocesamiento
34
2.3.5
Modificación de propiedades mecánicas
34
2.4
Tipos de Máquinas Recicladoras Wirtgen
35
2.4.1
Recicladora in-situ
35
2.4.2
Unidad de mezclado en planta
39
2.4.3
Equipo auxiliar
40
2.5
Beneficios del Reciclado en Frío
40
2.6
Aplicabilidad del Proceso de Reciclado en Frío
41
Capítulo 3
Rehabilitación de Pavimentos
43
3.1
Introducción
43
3.3
Adquisición de Datos y Procesamiento de la Información Disponible
46
3.3.1
Información del pavimento existente (información histórica)
46
3.3.2
Diseño de tráfico
46
3.4
Investigaciones Preliminares
47
3.4.1
Determinación de secciones homogéneas
47
3.4.2
Evaluación visual
50
3.4.3
Reevaluación de las secciones homogéneas
51
3.5
Investigación Detallada
51
3.5.1
Excavación de calicatas
51
3.5.2
Extracción de testigos
52
3.5.3
Ensayos de laboratorio
52
3.5.4
Cono de penetración dinámica (CPD)
53
3.5.5
Análisis de las medidas de deflexión
54
3.5.6
Medidas de la profundidad del ahuellamiento
54
3.5.7
Síntesis de todos los datos disponibles
54
3.6
Opciones Preliminares de Diseño de Rehabilitación de Pavimentos
55
3.6.1
Aproximaciones del diseño de pavimentos
56
3.6.2
Método de guías de diseño
57
3.6.3
Método del número estructural
57
3.6.4
Método basado en deflexiones
57
3.6.5
Método de diseño mecanicista
58
3.6.6
Resumen de las aproximaciones de diseño de pavimentos
58
3.7
Diseño de Mezclas en Laboratorio para Materiales Reciclados
59
3.8
Finalización del Diseño de Pavimentos
60
3.9
Análisis Económico
61
Capítulo 4
Agentes Estabilizadores
63
4.1
Tipos de Agentes Estabilizadores
63
4.1.1
Generalidades
63
4.1.2
Agentes estabilizadores cementados
64
4.1.3
Agentes estabilizadores asfálticos
64
4.2
Estabiliación con Cemento
66
4.2.1
Generalidades
66
4.2.2
Factores que afectan la resistencia
66
4.2.3
Agrietamiento de capas tratadas con cemento
67
4.2.4
Aplastamiento (crushing) superficial
68
4.2.5
Durabilidad
69
4.2.6
Trabajando con cemento
70
4.2.7
Tránsito temprano
73
4.2.8
Propiedades típicas de materiales tratados con cemento
73
4.3
Estabilización con Asfalto
75
4.4
Estabilización con Emulsión Asfáltica
76
4.4.1
General
76
4.4.4
Concepto de contenido total de fluido
79
4.4.5
Propiedades típicas de materiales estabilizados con emulsión asfáltica
80
4.5
Estabilización con Asfalto Espumado
81
4.5.1
General
81
4.5.2
Características del asfalto espumado
83
4.5.3
Material adecuado para tratamiento con asfalto espumado
86
4.5.4
Trabajando con asfalto espumado
88
4.5.5
Propiedades típicas de materiales estabilizados con asfalto espumado
90
4.6
Resumen: Comparación de Agentes Estabilizadores Cementantes
versus Bituminosos
95
Capítulo 5
Soluciones de Reciclado
97
5.1
Cuadro Guía con Posibles Estructuras de Pavimento Reciclado
97
5.2
Sustitución de Mezcla Asfáltica en Caliente Convencional por RAP
Estabilizado con Asfalto Espumado
99
5.3
Reciclado en Dos Etapas para Alcanzar Mayor Resistencia
99
5.4
Reciclado In-situ en Dos Etapas
101
Capítulo 6
Consideraciones Constructivas
103
6.1
Generalidades
103
6.2
Planificando el Reciclado
104
6.2.1
Selección del equipo
104
6.2.2
Objetivo de producción
106
6.2.3
Material en el pavimento existente
106
6.2.4
Geometría del pavimento existente
106
6.2.5
Acomodamiento de tráfico
110
6.2.6
Logística
110
6.2.7
Requerimientos de producto final
112
6.2.8
Requerimientos pre-reciclado
112
6.2.9
Requerimientos específicos antes de la apertura al tráfico
112
6.2.10 Plano de producción diario
113
6.3
Trabajo Preliminar Previo al Reciclado
114
6.3.1
Remoción de las obstrucciones
114
6.3.2
Pre-conformación del camino existente antes de reciclar
115
6.3.3
Importación de nuevo material
116
6.3.4
Fresado previo al reciclado
116
6.3.5
Pre-pulverizado
117
6.4
La operación del Reciclado
118
6.4.1
Configuración del tren de reciclado
118
6.4.2
Comienzo de la operación
118
6.4.3
Reciclado
119
6.4.4
Juntas transversales
122
6.4.5
Colocación del material reciclado
122
6.5.1
Densidades requeridas
123
6.5.2
Factores que influyen en la densidad de terreno
125
6.5.3
Logro de la densidad máxima de terreno
127
6.6
Terminando la Nueva Capa Reciclada
129
6.7
Control de Calidad
129
6.7.1
Chequeos y ensayos de control de procesos
130
6.7.2
Chequeos y ensayos de aceptación
131
Lista de Referencias
133
Apéndices
137
Apéndice 1: Rehabilitación de Pavimentos y Ejemplos de Diseño
139
A1.1
Rehabilitación de caminos de tráfico pesado
141
A1.2
Mejorar el estándar de un camino de grava
157
A1.3
Sustituir el RAP estabilzado con asfalto espumado
por una base asfáltica en caliente
167
Apéndice 2: Procedimiento de Diseño de Mezclas para Materiales Estabilizados
175
A2.1
Muestreo y preparación
177
A2.2
Procedimiento de diseño de mezclas para materiales
estabilizados con cemento
179
A2.3
Procedimiento de diseño de mezclas para materiales
estabilizados con asfalto
181
A2.4
Procedimientos de ensayos de resistencia
190
A2.5
Determinación de las propiedades de corte de los
materiales estabilizados con asfalto
192
A2.6
Equipos de laboratorio requeridos
194
Apéndice 3: Procedimientos de Diseño Estructural de Pavimentos para Capas
Estabilizadas con Asfalto Espumado
197
A3.1
Métodos de diseño de pavimentos
199
A3.2
Diseño de pavimentos utilizando números estructurales
200
A3.3
Diseño de pavimentos usando métodos mecanicistas
205
A3.4
Diseño de pavimentos usando el método de límite
de razón de tensiones
210
Apéndice 4: Determinación de la Capacidad Estructural a partir de Información
de Tráfico
215
A4.1
Terminología asociada al tránsito
217
A4.2
Clasificación de carga de tránsito
217
A4.3
Estimaciones de cargas de tránsito
218
A4.4
Determinación del tránsito de diseño
222
A4.5
Enfoque práctico para la determinación del tránsito de diseño
223
Apéndice 5: Recomendaciones para la Preparación de Especificaciones
Técnicas para Proyectos de Reciclado
225
A5.1
Alcance
227
A5.2
Materiales
228
A5.4
Construcción
234
A5.5
Protección y mantenimiento
241
A5.6
Tolerancias de construcción
241
A5.7
Inspecciones de rutina y ensayos
242
A5.8
Medición y pago
245
Apéndice 6: Principios del Análisis Económico
251
A6.1
Introducción
251
A6.2
Comparación de costo en un tiempo base
252
A6.3
Técnicas de evaluación económica
255
A6.4
Período de análisis y valor terminal y residual del transporte
257
Apéndice 7: Análisis de Costos
257
A7.1
Precios unitarios básicos
259
A7.2
Rehabilitación de caminos de alto volumen de tráfico
260
A7.3
Mejoramiento de un camino de grava existente
263
A7.4
Sustitución de HMA por RAP estabilizado con
Introducción
El Manual de Reciclado en Frío Wirtgen fue publicado en inglés por primera vez en 1998. Desde este año ha sido traducido a varios idiomas y han sido distribuidas más de 5,000 copias alrededor del mundo. Numerosos reportes, artículos tecnológicos expuestos en congresos, y otras publicaciones técnicas han utilizado al manual Wirtgen como referencia en forma directa o sus bibliografías. Con estos antecedentes, es posible afirmar que el Manual de Reciclado en Frío Wirtgen ha llegado a ser el documento de referencia de esta tecnología.
La importancia que ha adquirido este Manual, hace que los contenidos del mismo tengan que evolucionar al mismo ritmo que la tecnología de reciclado en frío, tanto en el área de Ingeniería Mecánica como de Ingeniería Civil. Este desarrollo tecnológico se lleva a cabo en las instalaciones de Wirtgen en Alemania, donde ingenieros especialistas de alto nivel trabajan y transfieren la información y experiencia adquirida en terreno para mejorar el desempeño y capacidad de la maquinaria existente, y también para formular o diseñar nuevos modelos de maquinaria. También trabajan Ingenieros especialistas en diseño de pavi-mentos, quienes perfeccionan la tecnología aplicable al reciclado, específicamente en el área de la esta-bilización de agregados de alta calidad que pueden recuperarse de las capas superiores del pavimento existente.
En forma paralela a este desarrollo tecnológico, el deterioro de la infraestructura vial a nivel mundial ha seguido su incremento, y muchos países enfrentan una paulatina reducción en los estándares de su infraestructura vial. Incluso, el aumento de las operaciones de mantenimiento, y los esfuerzos de rehabilitar la infraestructura para mantenerla en los rangos de nivel de servicio aceptables, generan demandas enormes en los presupuestos de un país o estado. La situación es exacerbada por el patrón global de crecimiento en los volúmenes de tráfico. Este crecimiento está compuesto por un incremento en las cargas por eje y por el aumento de la presión de los neumáticos, factores que contribuyen al deterioro del pavimento. La enorme problemática podría ser evitada con un significativo incremento en los presupuestos asignados a los caminos o carreteras, en conjunto con una innovación tecnológica en el área de la ingeniería de pavi-mentos.
Debido a que existen escasos presupuestos a nivel de países o estados que aumenten en términos reales, el interés se ha focalizado en conseguir mejores resultados con menores recursos. El reciclado claramente cae dentro la categoría de conseguir más por menos. De hecho, las estadísticas muestran que el número de kilómetros-pista de pavimento deteriorado que es rehabilitado mediante la técnica de reciclado profundo se incrementa año a año. Este fenómeno es el reflejo de la reducción de costos en términos de costo/efectividad del proceso de reciclado.
Para actualizar todos los cambios y desarrollos que han acontecido desde la primera vez que se publicó el Manual de Reciclado en Frío Wirtgen, los autores concluyeron se requería de una revisión completa del mismo. La mayor parte del material expuesto en esta versión ha sido reescrita o es completamente nuevo. Un capítulo adicional ha sido añadido al Manual. Además, para hacer más amigable el uso del mismo, cada capítulo ha sido reestructurado y más figuras han sido incluidas.
De igual forma que el manual anterior, esta versión se publica como un manual de aplicación que se centra específicamente en el reciclado en frío in-situ de pavimentos flexibles. No incluye reciclado en planta, remezclado en caliente de asfalto, ni tampoco considera rehabilitación de pavimentos de concreto. El primer capítulo es una introducción a los pavimentos de caminos, y se centra en el objetivo de los mismos y cómo se van deteriorando. Esta introducción presenta las opciones de rehabilitación, e introduce el concepto de reciclado en frío el cual es tratado en el Capítulo 2. En este capítulo también se muestra la maquinaria utilizada en el proceso.
El Capítulo 3 aborda los aspectos de diseño para la rehabilitación de pavimentos, centrándose en el reci-clado. Son tratados en profundidad los tópicos de investigación de pavimentos, análisis de materiales y diseño de pavimentos. En el Capítulo 4 se presentan los agentes estabilizadores, uno de los elementos más importantes en el proceso de reciclado.
El Capítulo 5, “Soluciones de Reciclado”, presenta una serie de estructuras de pavimentos que pueden ser utilizadas para la rehabilitación mediante reciclado en frío, incluyendo las estabilizaciones tanto con cemento o asfalto. Finalmente, el Capítulo 6, “Consideraciones Constructivas”, expone los aspectos prác-ticos del proceso de reciclado.
Una lista de Bibliografía relevante se incluye después del Capítulo 6.
Los Apéndices son una fuente adicional de información. Ejemplos de los procedimientos para la rehabi-litación de pavimentos se incluyen como indicaciones en el Apéndice 1. Los procedimientos estándares de diseño de mezclas estabilizadas son expuestos en el Apéndice 2, así como un listado con el equipo de laboratorio utilizado para realizar el diseño de mezclas.
En el Apéndice 3, los procedimientos para el diseño de pavimentos con asfalto espumado son comple-tamente nuevos. Fueron incluidos con el objetivo de apoyar al ingeniero o profesional de la construcción con esta tecnología relativamente nueva, que en general ha recibido un escaso aporte de la literatura técnica.
La metodología utilizada para determinar el criterio de diseño de pavimentos a partir de los datos de tráfico se expone en el Apéndice 4, seguido del Apéndice 5, el cual incorpora recomendaciones para estructurar especificaciones técnicas acordes a un proyecto de reciclado en frío. El Apéndice 6 entrega información útil para realizar un análisis económico de un proyecto de reciclado, mientras que el Apéndice 7 presenta precios unitarios aproximados para la determinación de los costes ilustrados en los ejemplos del Apéndice 1. Toda la información contenida en estos apéndices es relevante para la tecnología del reciclado en frío, pero incluirla en los capítulos haría que el manual fuese muy difícil de utilizar.
Capítulo 1: Pavimentos de Carreteras
1.1
General
La superficie o capa de rodadura es la única parte visible de un camino. Bajo esta superficie, existe una estructura constituida por varias capas de distintos materiales, que en ciertos casos puede alcanzar pro-fundidades mayores a 1,0 metro. La estructura de pavimento bajo la superficie es la sección de la carretera que realiza el trabajo de soportar las cargas de tránsito. El peso de los vehículos aplicada en la superficie se transfiere o disipa a la “subrasante” (material natural bajo el pavimento) a través de la estructura de pavimento. La subrasante generalmente es una capa débil en términos de capacidad de soporte. Las fuertes cargas de tráfico aplicadas en la superficie del pavimento se van distribuyendo sobre un área más grande en las capas inferiores hasta llegar a la susbrasante, como se ilustra en la Figura 1.1.
Cada una de las capas que conforman la estructura de pavimento varía en su composición y espesor (generalmente entre 125 mm a 200 mm). Las capas de la superficie son construidas utilizando materiales de alta resistencia (por ejemplo, una mezcla asfáltica en caliente) con el objetivo de resistir las altas tensiones producidas por las cargas de tráfico. A medida que la carga se distribuye sobre un área mayor en las capas inferiores, el nivel de tensiones se reduce. Por lo tanto, las capas inferiores pueden estar cons-tituidas por materiales de calidad inferior (por ejemplo, materiales granulares). Como consecuencia, los materiales de las capas inferiores son más económicos que los materiales de las capas superiores (en la Sección 1.2 se discutirán los distintos componentes del pavimento).
Los pavimentos de carreteras se clasifican básicamente en dos tipos:
– Pavimentos rígidos, con una capa gruesa de concreto de alta resistencia sobre una base granular estabilizada.
– Pavimentos flexibles, construidos de materiales naturales con las capas superiores con algún tipo de ligante (usualmente asfalto y / o levemente cementadas).
En términos generales, sólo los pavimentos flexibles pueden ser reciclados in-situ. Los pavimentos rígidos construidos de un hormigón de alta resistencia habitualmente son demolidos al final de su vida útil. Por lo tanto, este manual se centra sólo en pavimentos flexibles compuestos por una superficie asfáltica.
Superficie Estructura de Pavimento Subrasante Carga de Rueda Area de Contacto
Load
Transferencia de Carga Fig. 1.1 Transferencia de carga através de la estructura del pavimento
Una vez que ha finalizado la construcción de una carretera, ésta se somete a las fuerzas destructivas o solicitaciones del medioambiente y tráfico. Ambos factores actúan en forma continua, reduciendo la calidad de rodadura y la integridad estructural del pavimento. Estas solicitaciones se discutirán en la Sección 1.3, además de los mecanismos de deterioro de pavimentos y las acciones que deben tomarse para retardar este proceso (mantenimiento), y las medidas para restaurar la serviciabilidad una vez que el deterioro ha alcanzado un nivel de servicio inaceptable (rehabilitación estructural).
1.2
Componentes del Pavimento
Como se mencionó anteriormente, los pavimentos tienen tres componentes principales: la superficie, la estructura de pavimento y la subrasante. Cada uno de estos tiene un objetivo distinto y se definen a con-tinuación.
1.2.1
Superficie
La superficie es la interface del pavimento con las solicitaciones de tráfico y medioambiente. Su función es proteger la estructura de pavimento de ambos efectos destructivos, entregando durabilidad e imper-meabilidad a la estructura.
1.2.1.1 Protección al tráfico
El tráfico afecta la superficie en dos formas:
– Tensiones generadas en la superficie por las cargas de rueda. Estas suelen ser predominantes en el plano o dirección vertical. Sin embargo, la componente horizontal llega a ser considerable en los bordes, gradientes de cuestas y en intersecciones o cruces donde los vehículos frenan. Las características de resistencia del material utilizado en la superficie debe ser capaz de resistir todas estas tensiones sin romperse o deformarse.
– Acción abrasiva de los neumáticos. Esta acción es especialmente significativa en los bordes y tiende a deteriorar y desgastar la superficie, generando el pulido de la misma y produciendo una reducción en la fricción de la superficie (resistencia al patinaje). Las superficies desgastadas se vuelven resbala-dizas cuando están húmedas y pueden ser peligrosas para los usuarios de la carretera.
1.2.1.2 Protección del medio ambiente
El medio ambiente afecta la superficie mediante dos fenómenos: los efectos térmicos y la radiación ultravioleta. Una superficie de pavimento debería presentar las siguientes propiedades para resistir las acciones del medio ambiente:
– Elasticidad, para permitir la expansión y contracción repetitiva de los materiales, producidas por los cambios de temperatura.
– Durabilidad, para absorber el bombardeo de radiación ultravioleta del sol, evitando un envejecimiento prematuro.
Además de la resistencia al deslizamiento, la superficie asfáltica provee flexibilidad, durabilidad e impermeabilidad en la parte superior de la estructura. Las mezclas asfálticas en caliente (con un porcentaje aproximado de asfalto de un 5% por unidad de peso) generalmente se utilizan como capa superficial para carreteras de tráfico pesado, mientras que los tratamientos superficiales (de menor costo) son aplicados donde el volumen de tráfico es menor.
1.2.2
Estructura de pavimento
La estructura de pavimento transfiere la carga de tránsito desde la superficie hasta la subrasante. Como se ilustra en la Figura 1.1, la carga aplicada por una rueda se reduce dentro de la estructura a medida que ésta se reparte en una superficie mayor. El pavimento generalmente está compuesto por varias capas de material, con distintas propiedades de resistencia. Cada capa tiene el objetivo de distribuir la carga que recibe desde la parte superior, a un área mayor en la parte inferior. Las capas ubicadas en la parte superior de la estructura están sujetas a tensiones mayores que aquellas en la parte inferior, y por lo tanto requieren de un material más resistente. La Figura 1.2 muestra los tipos de materiales que comúnmente se utilizan para construir pavimentos flexibles. La respuesta de un material (tensiones, deformaciones), a la carga de
tránsito depende en gran medida de las propiedades elásticas del material y de la carga misma (magnitud, presión, etc). El área de la ingeniería (Diseño Estructural de Pavimentos) que estudia en profundidad la respuesta de los materiales de pavimentos se encuentra más allá del alcance de este manual de reciclado. Sin embargo, los puntos más importantes son:
– Los materiales granulares (gravas, material de machaqueo), transfieren las cargas a través de las par-tículas o esqueleto de la estructura. La fricción interna de las parpar-tículas mantiene la integridad estructural bajo condiciones normales. Sin embargo, si los materiales granulares son sometidos a cargas repetitivas de tránsito en conjunto con un incremento en el contenido de humedad, se produce un proceso de densificación gradual en el material (las partículas que lo conforman comienzan a juntarse). Este fenó-meno puede ocurrir en cualquier capa granular de la estructura, generando una deformación de la capa superficial del pavimento. Esta deformación se manifiesta habitualmente como un extenso ahuellamiento bajo la huella de los neumáticos.
– Los materiales ligados (con asfalto), actúan en forma similar a una losa. La aplicación de una carga ver-tical a la superficie de una losa genera tensiones de compresión horizontales en la mitad superior de la misma, y tensiones horizontales de tracción en la mitad inferior. Las tensiones horizontales máximas se producen en el extremo superior e inferior. La deformación unitaria producto de estas tensiones, y particularmente la deformación unitaria repetitiva de tracción en la parte inferior de la capa, lleva al material a una falla del tipo fatiga. Las grietas producidas por la fatiga se forman en la parte inferior de la capa y luego se propagan verticalmente a medida que las repeticiones de tráfico aumentan. La deformación producida en el material granular, y el agrietamiento de fatiga del material ligado están relacionados al número de repeticiones de carga. Esto permite determinar la vida funcional del pavimento en términos del número de veces que puede ser cargado hasta que “falle”. Esto se discutirá en profundidad en el Capítulo 3. Fig. 1.2 Estructuración típica de pavimen-tos flexibles Base Superficie Subbase Subrasante
Asfalto o sello asfáltico
Mezcla asfáltica/granular estabilizado con asfalto o cemento/granular
Granular estabilizado con asfalto o cemento/granular
Granular estabilizado con
cemento/granular/material in-situ
1.2.3
Explanada
La subrasante o material natural que soporta la estructura de pavimento puede estar compuesto por mate-rial in-situ (si se trata de una condición de corte) o matemate-rial importado a la obra (si se trata de una condición de relleno). Las características de resistencia del material de subrasante determinan las características de la estructura de pavimento requerida para disipar las fuerzas aplicadas en la superficie. Estas fuerzas deben ser reducidas hasta alcanzar una magnitud tal que pueda ser tolerada por la subrasante, evitando la defor-mación permanente de la misma. Los métodos de diseño de pavimentos generalmente utilizan la resistencia y rigidez de la subrasante como parámetros de entrada. La determinación de estos parámetros tiene por objetivo el proveer a la estructura de la resistencia necesaria para proteger la subrasante. Este método o paroximación al diseño de pavimentos fue adoptado por primera vez en la década de los 50, con el método de diseño empírico denominado Razón de Soporte California (California Bearing Ratio o CBR), el cual ha perdurado hasta el siglo 21. En general, las estructuras de pavimento de gran espesor son construidas para proteger una capacidad de soporte deficiente de la subrasante. El espesor requerido usualmente es alcanzado mediante la construcción de capas seleccionadas de explanada o “capping” (por capas).
1.3
Principales Factores que Afectan la Estructura de Pavimento
En el mundo, los caminos se construyen bajo cualquier condición ambiental: desde climas desérticos con altas temperaturas a regiones altamente lluviosas tipo tundra glacial. Sin importar la condición ambiental, todos los proyectos de caminos se diseñan con el mismo objetivo de resistir las cargas de tráfico, utilizando el principio mecanicista de transferencia de carga (generada en la superficie) hacia las capas inferiores de la estructura, de tal forma que la subrasante pueda resistir el tránsito sin sufrir deformaciones. Las condiciones ambientales, y las cargas de tráfico proyectadas, son los dos principios fundamentales que definen los requerimientos estructurales en cualquier tipo de pavimento.
1.3.1
Condiciones ambientales
Las condiciones ambientales afectan a los caminos básicamente en 2 formas:
1.3.1.1 La superficie
Además del tráfico, las superficies de los caminos están expuestas al sol, viento, lluvia, nieve, y otros ele-mentos naturales. La importancia de estos fenómenos naturales son las consecuencias que producen en las propiedades de ingeniería de la superficie del camino. Estos efectos se manifiestan principalmente en: – Efectos térmicos que causan los cambios de volumen, producto de la expansión y contracción de ma-teriales por cambios de temperatura. El rango de temperatura diaria que experimenta la superficie del camino es importante. En áreas desérticas, la superficie de un camino de pavimento flexible (negro) puede experimentar un rango de temperaturas de 50 ºC entre las primeras horas de la mañana y el mediodía. Por otro lado, las superficies de caminos que se ubican dentro del Círculo Ártico permanecen enterradas bajo la nieve en el invierno, manteniendo una temperatura relativamente constante.
– Efectos de congelamiento, que producen el fenómeno llamado hinchamiento. Ciclos repetitivos de hielo y deshielo causan un mayor daño a las superficies de los caminos.
– Efectos de la radiación producen sobre la superficie de los pavimentos lo comúnmente denominado como “insolación”. La radiación ultravioleta aplicada sobre la superficie del pavimento produce la oxidación del asfalto, volviéndolo frágil. Este proceso se conoce como “envejecimiento”.
1.3.1.2 La estructura de pavimento
El agua es el principal enemigo de las estructuras de caminos. La saturación con agua hace que los materiales se vuelvan deformables y proporciona una lubricación entre las partículas, al mismo tiempo que las cargas de tráfico son aplicadas. La capacidad de soporte del material en condición seca es siempre mayor que en estado húmedo, y mientras más cohesivo (o arcilloso) sea el material, mayor es la suscep-tibilidad a la humedad. Además, si el agua presente en la estructura alcanza su punto de congelamiento, se produce una expansión en volumen de la misma, lo que genera daño considerable. Por lo tanto, la importancia de prevenir el ingreso del agua a la estructura de pavimento, especialmente en los materiales
1.3.2
Cargas de tráfico
El objetivo final de los caminos es permitir el tráfico vehicular. El volumen y tipo de tráfico esperado en un camino determinan los requerimientos geométricos y estructurales de pavimentos. Los ingenieros de transporte trabajan con estadísticas de tráficos proyectados (en términos de: números de vehículos, com-posición vehicular, y tamaño de los mismos) con el fin de determinar los requerimientos geométricos (alineación, número de pistas, etc). Los ingenieros de pavimentos necesitan las estadísticas de tráfico proyectado (en términos de: número de vehículos, composición vehicular, y cargas por eje) para determinar los requerimientos estructurales del camino. Por lo tanto, la estimación acertada del tráfico proyectado, tanto en volumen como en tipo de vehículos, es de gran importancia.
Desde el punto de vista del diseño de pavimentos, las características más importantes del tráfico son aquellas que permiten definir la magnitud y frecuencia de las cargas de superficie que el camino puede anticipar durante la vida estimada del pavimento. La carga que es aplicada sobre la superficie del pavimento por la rueda se define por 3 factores:
– La fuerza (en Kilo Newtons, KN) que realmente lleva la rueda. Esta fuerza actúa en conjunto con la – Presión de inflado (en Kilo Pascales, kPa) que determina la “impronta” de la rueda sobre la superficie.
Esta impronta define el área de contacto entre el neumático y la superficie. Este es un factor que además depende de la carga, y
– La velocidad de viaje. Esta velocidad define el tiempo en que la superficie del pavimento es cargada y descargada.
Las presiones de inflado de los automóviles de pasajeros típicamente se encuentra en el rango de 180 a 250 kPa, y llevan una carga menor a 3,6 kN por neumático, o 7 kN en un eje. Esta carga es insignificante si se compara con un camión utilizado para el transporte de cargas pesadas, cuyo rango puede variar entre 80 a 130 kN por eje (dependiendo de los límites legales y control de pesos) con presiones de inflado entre 500 a 900 kPa. Claramente la carga de estos vehículos pesados tendrá un efecto mucho más grande en los requerimientos de resistencia de un pavimento. Esto se discute en el Capítulo 3 (Rehabilitación de Pavimentos) y se cubre con detalle en el Apéndice 4 (Determinación de la Capacidad Estructural a partir de la información de Tráfico).
1.4
Factores que Causan el Deterioro del Pavimento
Los pavimentos se deterioran por un gran número de factores, pero los dos más importantes son los efectos medio ambientales y las cargas de tráfico. El deterioro del pavimento es normalmente medido indirectamente por la calidad de rodado, pero las características visibles como el ahuellamiento y agrietamiento superficial también son relevantes. La Figura 1.3 muestra como estas 3 características relacionan el paso del tiempo y el efecto acumulativo de las cargas de tráfico. El deterioro gradual de los pavimentos es causado por una combinación de los factores ambientales y de tráfico discutido en los puntos siguientes.
Fig. 1.3 Indicadores de deterioro de pavimentos
Calidad de Rodado
Ahuellamiento
Grietas
1.4.1
Factores ambientales
Los factores medio ambientales son responsables de la mayor parte del inicio del agrietamiento superficial. El principal factor que contribuye a este fenómeno es la radiación ultravioleta solar, que causa un endu-recimiento lento pero continuo del asfalto. Con el enduendu-recimiento, la capa asfáltica reduce su elasticidad, lo que produce el agrietamiento cuando la superficie se contrae al disminuir su temperatura. Una vez que la integridad de la superficie se pierde debido al agrietamiento, el pavimento tiende a deteriorarse a una tasa mayor producto del ingreso del agua a las capas subyacentes (ver siguiente punto).
1.4.2
Efectos del tráfico
La carga de tráfico es la responsable de la aparición del ahuellamiento y de la aparición de grietas dentro de la estructura de pavimento. Todo vehículo que utilice un camino va a producir una pequeña deformación momentánea en la estructura de pavimento. Sin embargo, la deformación producida por un vehículo liviano (automóvil) es insignificante, mientras que los vehículos pesados producen grandes deformaciones. El paso de una gran cantidad de vehículos tiene un efecto acumulativo que gradualmente lleva a una deformación permanente y/o agrietamiento de fatiga en el pavimento. Es importante destacar que los ejes sobrecar-gados de los camiones pesados producen un efecto extremadamente nocivo en la estructura de pavi-mento, acelerando el deterioro.
Este deterioro es causado básicamente por dos mecanismos dentro de la estructura de pavimento: – Deformación permanente causada por densificación, donde las tensiones de cargas repetitivas hacen
que las partículas dentro de las capas del pavimento se aglomeren más, produciendo una reducción en los vacíos de los materiales. En el material granular, tal pérdida de vacíos produce un aumento en la capacidad de soporte (materiales más densos son más resistentes), pero en las capas asfálticas el efecto es nocivo. Una reducción en el contenido de vacíos en el asfalto no sólo causa ahuellamiento bajo la huella de los neumáticos, sino que también éste comienza a actuar como una especie de fluido. Este fluido crea una especie de medio hidráulico, el cual genera presiones de poro producidas por las cargas de tráfico. El fenómeno hidráulico causa el desplazamiento lateral de la mezcla asfáltica a lo largo de los ejes de las huellas.
– Agrietamiento de fatiga en materiales ligados. Este se inicia en la parte inferior de la capa, donde la deformación unitaria de tracción producida por las cargas de rueda alcanza su máxima magnitud. A partir de este punto de la capa, las grietas se propagan hacia la superficie. La deformación permanente que sufre el material bajo la superficie hacen que esta condición sea aún más crítica, al producirse un incremento de las deformaciones unitarias de tracción por cargas de rueda.
1.4.3
Consecuencias del agrietamiento
Una vez que el agrietamiento llega a la superficie, el agua puede ingresar libremente dentro de la estructura. Como se describió previamente, los efectos de la pérdida de capacidad de soporte producida por el agua, llevan a la reducción de la resistencia de la estructura. Esta disminución de la resistencia causa una tasa de deterioro mayor bajo las cargas de tráfico repetitivas.
Además, el agua en un material saturado puede llegar a ser un elemento destructivo cuando el pavimento está sometido a cargas pesadas. De forma similar que un fluido hidráulico, el agua transmite las cargas verticales de los vehículos en presiones, que rápidamente erosionan la estructura de material granular y produce la segregación del árido en el asfalto. Bajo estas condiciones, la fracción fina del material de pavimento se puede mover dentro de la estructura. Frecuentemente, la fracción fina suele ser expulsada fuera del pavimento a través de las grietas (fenómeno conocido como “bombeo”), lo cual produce vacíos dentro del pavimento. Por lo tanto, después de producido el agrietamiento, se observará la rápida formación de baches y un deterioro progresivo aún mayor.
Cuando las temperaturas descienden bajo los 4 ºC, el agua libre dentro del pavimento se expande a medida que esta se congela, produciendo presiones hidráulicas incluso sin la presencia de cargas de tráfico. El hinchamiento producido por los ciclos de hielo / deshielo es el peor escenario para el pavimento agrietado, generando un deterioro acelerado.
Bajo condiciones desérticas secas, las grietas superficiales producen una problemática distinta. Durante la noche, las temperaturas generalmente son bajas (incluso bajo el punto de congelamiento) y la superficie se contrae, haciendo que las grietas aumenten su ancho y actúen como un refugio para la arena arrastrada por el viento. Cuando la temperatura aumenta durante el día, la expansión de la misma comienza a ser restringida por la arena atrapada en la grieta, generando grandes fuerzas horizontales que producen fallas localizadas (spalling) en el borde de la grieta. Estas fuerzas pueden producir el levantamiento de la superficie de la estructura del pavimento en la zona cercana a las grietas, produciendo una calidad de rodado para los vehículos de muy baja calidad.
Una causa que va más allá del agrietamiento normal de la superficie, y que se produce principalmente en superficies asfálticas delgadas, son las grietas por ausencia de tráfico. El efecto de amasado generado por el tráfico mantiene el asfalto trabajando a la compresión y tracción en forma continua. La oxidación y el posterior envejecimiento del cemento asfáltico producen grietas térmicas en la superficie. Someter repetidamente al asfalto a cargas de tráfico, genera tensiones y deformaciones unitarias en la superficie, suficientes como para cerrar las grietas térmicas mientras se van formando. De este modo se evita la propagación de las mismas retardando el deterioro del pavimento.
1.5
Mantenimiento y Rehabilitación Estructural de Pavimentos
Las acciones para el mantenimiento de pavimentos son generalmente focalizadas en mantener el agua fuera y lejos de la estructura. Esto implica mantener la superficie en una condición de impermeabilidad, y además asegurarse que las medidas de drenaje son efectivas, de tal forma que el agua no quede atrapada en el borde del camino.
El agua normalmente ingresa por la parte superior de la estructura del pavimento a través de las grietas superficiales, y en ocasiones también ayudada por el estancamiento del agua en la superficie. Por lo tanto, las grietas deberían estar selladas en la medida que estas aparecen, y los bordes del camino deben mantenerse en buen estado de tal forma que el agua se pueda evacuar fácilmente. Los efectos del enve-jecimiento pueden ser tratados en forma efectiva si son manejados a tiempo, con la aplicación de un “Riego Neblina” (Fog Seal) con emulsión diluida. Las condiciones más severas de tráfico requieren para el mantenimiento una aplicación con Tratamiento Superficial (Riego en gravilla) en el caso de volúmenes de tráfico bajos, o un recapado asfáltico convencional para tráficos mayores.
Todas estas medidas apuntan a mantener la flexibilidad y durabilidad de la superficie, y sólo atacan el deterioro producido por el medio ambiente. La deformación y grietas de fatiga causadas por las cargas de tráfico no pueden ser tratadas en forma efectiva con acciones de mantenimiento superficial y requieren alguna forma de rehabilitación.
Normalmente, el deterioro del pavimento es un proceso lento. Los indicadores expuestos en la Sección 1.4 (y presentados en la Figura 1.3) pueden ser utilizados para determinar la tasa de deterioro. Las autoridades encargadas de las redes viales generalmente utilizan un sistema de base de datos, conocido como Sistema de Administración de Pavimentos (Pavement Management System, PMS), para controlar en forma continua la calidad de rodado de los pavimentos que componen la red vial. De ese modo ponen énfasis en los que presentan la peor calidad y requieren de un mantenimiento. La Figura 1.5 presenta el gráfico de un PMS típico, el cual muestra la efectividad del mantenimiento oportuno y de las medidas de rehabilitación.
Esta figura destaca la importancia de tomar las acciones a tiempo para mantener la calidad de rodado tan alta como sea posible. La tasa de deterioro se estima mediante la calidad de rodado. Entre peor sea la calidad de rodado, mayor será la tasa de deterioro. A medida que la calidad de rodado se reduce, las acciones de mejoramiento del pavimento deberán ser mayores, así como el costo de tales medidas.
Fig. 1.5 Administración de pavimentos para el mantenimiento y rehabilitación a través del monitoreo de la calidad de rodado
Consecuencias de no recapar Recapado Umbral de la calidad de rodado Rehabilitación estructural Período de diseño estructural Calidad de rodado inicial Tiempo/Tránsito Calidad de Rodado
La decisión de cuál medida tomar en un pavimento deteriorado (mejorar el pavimento o sólo mantener la calidad de rodado) generalmente está limitada por los recursos disponibles. En ocasiones, las medidas de corto plazo pueden presentar una relación costo – efectividad altamente atractiva. La rehabilitación de pavimentos a veces es postergada, hasta que se combina con un mejoramiento de estándar para mejorar el diseño geométrico del camino e incluir pistas adicionales. Cada decisión de rehabilitación necesita ser tomada separadamente dentro del contexto de la red vial. Sin embargo, el no tomar ninguna acción de mantenimiento y permitir que el pavimento sufra un deterioro mayor es en términos generales la peor decisión, debido a que la tasa de deterioro es exponencial en el tiempo.
1.6
Opciones de Rehabilitación
Normalmente existen varias opciones para la rehabilitación de un camino deteriorado, y en algunas opor-tunidades es difícil determinar cuál es la mejor. Sin embargo, si se cuenta con la respuesta para dos preguntas importantes desde el inicio del proyecto, será mucho más fácil seleccionar la técnica correcta. La alternativa correcta va a ser la que produce la mejor relación costo – efectividad durante la vida de servicio del pavimento.
Las dos preguntas son:
– ¿Cuál es el problema del pavimento existente? Una rápida inspección visual más algunos ensayos básicos (por ejemplo, medidas de deflexión) normalmente serán suficientes para ser capaz de entender los mecanismos de deterioro. La importancia de éstos es determinar si el deterioro se produce sólo en la superficie del pavimento (capas superiores) o si existe un problema estructural.
– ¿Qué quiere realmente la autoridad vial? ¿Se espera una vida de diseño de 15 años o sólo existe un capital reducido previsto para detener la tasa de deterioro actual, y mantener el pavimento en similares condiciones durante los próximos 5 años?
Las respuestas a estas dos preguntas reducirán las opciones de rehabilitación a sólo aquellas que tienen una buena relación costo – beneficio. Si se separara la naturaleza del problema en dos categorías (superficie y estructura) de la duración del proyecto (corto plazo o largo plazo), la selección de la mejor opción es más sencilla.
Otro punto importante que afecta la decisión es la aplicación de los métodos de rehabilitación. Acomo-daciones de tráfico, condiciones de clima, y disponibilidad de recursos pueden tener una influencia significativa en cómo es ejecutado el proyecto, y se pueden descartar algunas soluciones.
Todo este ejercicio de análisis tiene un solo propósito: la determinación de la solución con mejor razón costo – efectividad al problema del proyecto, considerando un contexto global.
1.6.1
Rehabilitación superficial
Las medidas de rehabilitación superficial están dirigidas a los problemas que relacionados al asfalto y sellos superficiales, generalmente dentro de los 50 a 100 milímetros superficiales del pavimento. Estos problemas se relacionan normalmente al envejecimiento del asfalto y al agrietamiento que se inicia en la superficie debido a las fuerzas térmicas.
Los métodos comúnmente utilizados para tratar estos tipos de problemas son:
– Recapado asfáltico. Construcción de recapado delgado (40 – 50 mm) de mezcla asfáltica en caliente sobre la superficie existente. Esta es la solución más simple al problema superficial, debido a que el tiempo requerido para completar el trabajo es breve y el impacto al usuario del camino es mínimo. Asfaltos modificados son utilizados en ciertas oportunidades para mejorar el comportamiento del asfalto, con el objetivo de extender la vida útil del recapado. Sin embargo, recapados sucesivos (uno encima del otro) aumentan las cotas de la superficie, lo que puede causar problemas en el sistema de drenaje.
– Fresar y reemplazar. Este método remueve la capa deteriorada por agrietamiento del asfalto y luego la reemplaza, generalmente con un asfalto modificado. El proceso es relativamente rápido debido a los altos rendimientos de la maquinaria de fresado moderna. El problema se elimina con la nueva capa de asfalto y las cotas del pavimento se conservan.
– Reciclar una capa delgada de material asfáltico del pavimento existente (asumiendo que existe un espesor de asfalto suficiente). Este reciclado es realizado en el mismo lugar de la obra, como una aplicación en caliente (remezclado). Además, las propiedades del asfalto que es reciclado pueden ser modificadas con la adición de nuevos materiales y/o nuevos cementos asfálticos.
1.6.2
Rehabilitación estructural
La rehabilitación para eliminar los problemas dentro de la estructura de pavimento se entiende como una solución de largo plazo. Debe tomarse en cuenta que la estructura de pavimento está deteriorada, y también los materiales que la componen. Además, mejorar el estándar de un pavimento existente por el reforzamiento de la estructura (por ejemplo, un camino no pavimentado de grava a estándares pavimen-tados) puede ser considerado como una forma de rehabilitación.
La densificación (o consolidación) de los materiales granulares es, de hecho, una forma de mejorar la calidad del material. Entre mayor sea la densidad natural del material, mejores serán sus características de resistencia. Sin embargo, las consecuencias de la densificación causan problemas en las capas subyacentes, especialmente en las capas construidas con material ligante.
Como una regla general, la rehabilitación estructural debería apuntar a conseguir el máximo beneficio a partir del valor residual del pavimento existente. Esto implica que el material que se ha densificado no debería ser perturbado. El continuo efecto de amasado del tráfico toma varios años en alcanzar esta alta densificación, y los beneficios que tal densidad ofrece debería ser aprovechada.
Varias opciones típicas para rehabilitación estructural incluyen:
– Reconstrucción total: A menudo esta es la opción preferida cuando la rehabilitación se combina con un mejoramiento de estándares que implican cambios significativos al trazado del camino. Esencial-mente, la reconstrucción implica botar el material existente y construir de nuevo. En los proyectos donde los volúmenes de tráfico son altos, frecuentemente es preferible construir desvíos para evitar el problema del tráfico.
– Construcción de capas adicionales (tanto de material granular como de material asfáltico) sobre la superficie existente. Recapados asfálticos de gran espesor a veces son la solución más sencilla a un problema estructural donde el volumen de tráfico es alto. Sin embargo, como se describió anteriormente, un incremento en las cotas de superficie habitualmente produce problemas de drenaje y de acceso. – Reciclado profundo hasta donde se encuentra el problema del pavimento, mediante el cual se crea una
nueva capa homogénea y gruesa que puede ser reforzada con la adición de agentes estabilizadores. Capas adicionales pueden ser colocadas en la superficie de la capa reciclada. Los agentes estabiliza-dores son generalmente añadidos al material reciclado, especialmente donde el material del pavimento existente es marginal y requiere aumentar su resistencia. El objetivo del reciclado es recuperar la mayor cantidad de material del pavimento existente. Además de recuperar el material en las capas superiores del pavimento existente, la estructura de pavimento que se encuentra a mayor profundidad del nivel de reciclado permanece inalterada.
– Combinar 2 métodos de reciclado: reciclado in-situ con reciclado en planta. Esta opción permite tratar pavimentos a una profundidad considerable. El procedimiento consiste en que una parte del material superficial sea removido temporalmente a un acopio. Luego, el material subyacente es reciclado / estabilizado in-situ. El material que se encontraba en acopio se trata en planta y posteriormente es colocado sobre el material reciclado / estabilizado in-situ. Así, la estructura rehabilitada presentará una capacidad estructural adicional sin aumentar significativamente las cotas finales de superficie. En forma alternativa, el material de acopio puede ser esparcido como una capa sobre la capa tratada in-situ, y posteriormente ser estabilizada en el mismo lugar.
El objetivo de considerar todas estas opciones de rehabilitación de pavimentos es determinar la solución con la mejor razón costo / efectividad. Este manual tiene por objetivo proveer toda la información disponible para incluir al reciclado como una de estas opciones de rehabilitación de pavimentos.
Capítulo 2: Reciclado en Frío
2.1
General
Este capítulo describe los distintos tipos de procesos y equipos para realizar el proceso de reciclado. Espe-cíficamente, describe la gama de productos Wirtgen. También se exponen los beneficios que se obtienen al aplicar este proceso, y los principales factores que afectan la viabilidad del reciclado en frío en un proyecto específico.
2.2
El Proceso de Reciclado en Frío
El reciclado en frío puede ser realizado en planta o in-situ. En planta, el reciclado se logra mediante el trans-porte del material recuperado de un pavimento existente a un depósito central, donde el material se trabaja con una unidad de procesamiento (como un mezclador continuo). In-situ, el reciclado se logra utilizando una máquina recicladora móvil.
En general, el proceso en planta es la opción más cara en términos de costo por metro cúbico de material. Esto se debe principalmente a los costos de transporte, que no existen en el reciclado in situ. Sin embargo, ambos métodos de reciclado tienen su nicho en la industria de la construcción y la decisión sobre cuál debe ser aplicado está definido básicamente por:
– Tipo de construcción. El proceso en planta habitualmente es considerado donde el material reciclado se puede utilizar en la construcción de un nuevo pavimento asfáltico, y en el refuerzo de un pavimento existente.
– El material in-situ del pavimento existente que va a ser reciclado. Cuando el material de la capa superior de un pavimento existente va a ser reciclado, la variabilidad y/o condición del material en ocasiones requiere un proceso de selección o pre-tratamiento (por ejemplo, reducir el tamaño de una capa asfáltica gruesa).
En la actualidad, el tratamiento in-situ de los materiales de pavimentos es de uso generalizado, debido a la llegada de potentes máquinas recicladoras que pueden rehabilitar pavimentos a una fracción del costo de los métodos de reconstrucción convencionales. Además, considerando la situación de los pavimentos a nivel mundial, la rehabilitación de pavimentos existentes excede ampliamente la demanda por caminos nuevos. Como consecuencia de esto, el reciclado in-situ ha sido adoptado en muchos países como el mé-todo recomendado para abordar el enorme trabajo pendiente en términos de rehabilitación de pavimentos.
2.2.1
Reciclado en planta
El tratamiento en planta permanece siempre como una opción que debería ser considerada cuando el reciclado tiene aplicación, particularmente en aquellos proyectos que requieren una mezcla de materiales vírgenes a ser tratados, y también cuando son tratados con asfalto espumado y luego almacenados en acopios para su uso posterior.
Los principales beneficios del reciclado en planta versus el reciclado in situ son:
– Control de los materiales de entrada. Mientras que el reciclado in-situ permite un control limitado del material recuperado del pavimento existente, el reciclado en planta permite producir un producto final específico al mezclar distintos tipos de agregados. Los materiales de entrada pueden ser almacenados en acopios y ser sometidos a ensayos antes de producir la mezcla, y también es posible cambiar la proporción de los mismos en la mezcla.
– Calidad de mezclado. Es posible realizar modificaciones en la operación de mezclado contínuo para variar el tiempo en que el material es retenido dentro de la cámara de mezclado, cambiando la calidad de la mezcla.
– Posibilidades de acopiar el material. Particularmente en los materiales tratados con asfalto espumado, el producto producido puede ser almacenado y ser utilizado cuando sea requerido, y de ese modo evitar la dependencia de la producción de la mezcla y la colocación de la misma.
2.2.2
Reciclado In-situ
Las máquinas de reciclado han evolucionado a través de los años, desde las primeras máquinas modifi-cadas para fresar y estabilizar suelos, hasta las recicladoras especializadas utilizadas hoy en día. Estas recicladoras son especialmente diseñadas para lograr la capacidad de reciclar capas de pavimento de gran espesor en una sola pasada. Las recicladoras modernas tienden a ser máquinas grandes y potentes, las cuales pueden estar montadas sobre orugas o sobre neumáticos de flotación. La amplia gama de máquinas Wirtgen y sus diversas aplicaciones de reciclado se describen en las Sección 2.4.
El elemento más importante de una máquina recicladora es el rotor fresador-mezclador equipado con un gran número de puntas, especialmente diseñadas para este proceso. El tambor normalmente rota y pulveriza el material del pavimento existente, como se ilustra en la Figura 2.1.
A medida que la máquina avanza con el tambor rotando, el agua de un tanque acoplado a la recicladora se llena mediante mangueras dentro de la cámara de mezclado de la recicladora. El flujo de agua es medido con precisión mediante un micro procesador controlado por un sistema de bombeo, mientras que el tambor mezcla el agua con el material reciclado para alcanzar el contenido necesario de humedad. De esta forma es posible conseguir altos niveles de compactación. Agentes estabilizadores líquidos, como lechada cemento / agua o emulsión asfáltica, tanto en forma separada como combinadas, pueden ser introducidas directamente a la cámara de mezclado de una forma similar. Además, el asfalto espumado puede ser inyectado dentro de la cámara de mezclado mediante una barra aspersora especialmente diseñada.
Agentes estabilizadores poderosos, como la cal hidratada, son normalmente repartidos en la superficie del pavimento existente, delante de la recicladora. La recicladora pasa trabajando sobre el estabilizador en polvo, mezclando a éste con el material recuperado, para luego inyectarle agua, todo en una sola pasada.
Fig. 2.1 El proceso de reciclado
Inyección de agua o aditicvos líquidos Asfalto deteriorado Material granular Reciclado profundo Tambor fresador Dirección de operación
Los trenes de reciclado pueden ser configurados de distinta manera, dependiendo de la aplicación de re-ciclado y del tipo de agente estabilizador que sea utilizado. En cada caso la máquina rere-cicladora ejerce la tracción en el tren de reciclado, empujando o tirando el equipo que está conectado a la misma mediante barras de empuje o lanzas. Configuraciones típicas de trenes de reciclado se ilustran en las Figuras 2.2 y 2.3. El tren de reciclado presentado en la Figura 2.2 se utiliza cuando el material es estabilizado con lechada de cemento. La tasa de aplicación requerida de cemento y agua se mide con exactitud antes de mez-clarse para formar una lechada, la cual es bombeada a la recicladora mediante una manguera flexible y posteriormente inyectada dentro de la cámara pulverizadora. Alternativamente, el cemento puede ser esparcido sobre el pavimento existente delante de la recicladora, sustituyendo el mezclador de lechada por un tanque de agua.
El material que sale de la recicladora recibe la compactación inicial del rodillo pesado vibratorio para alcanzar una densidad uniforme en todo el material. Posteriormente el material se perfila con una motoni-veladora antes de ser finalmente compactado utilizando un compactador neumático y un rodillo vibratorio. Cuando la emulsión o el asfalto espumado se aplican junto con la lechada de cemento se configura un tren de reciclado similar al anterior, formado por un tanque suministrador de asfalto empujado delante del mezclador de lechada, como se ilustra en la Figura 2.3. En los casos donde el cemento se esparce como polvo sobre la superficie del camino delante del tren de reciclado, el tanque de asfalto se acopla directa-mente a la recicladora y el tanque de agua es empujado, liderando el tren de reciclado. En el caso de utilizar una recicladora montada sobre orugas y equipada con placa compactadora como se muestra en la Figura 2.3, el uso de una motoniveladora para perfilar la superficie puede no ser necesario. Las carac-terísticas de los modelos de recicladoras Wirtgen se detallan más adelante en la Sección 2.4.
2.3
Aplicaciones de reciclado en frío
El reciclado en frío es un proceso con múltiples aspectos que puede satisfacer muchas necesidades en el mantenimiento y rehabilitación en la infraestructura vial. Dependiendo en si el material es tratado o no con un agente ligante, se pueden identificar dos categorías de reciclado en frío. Luego, como un segundo grupo de clasificación, cada categoría (con o sin agente ligante) pude ser a su vez categorizada por el tipo de tratamiento que el material recibe. Este sistema de clasificación primaria y secundaria es ilustrado en la Figura 2.4. Nótese que la abreviación “RAP” utilizada en la Figura 2.4 y en otras partes de este manual se refiere a “Recyled Asphalt Pavement” (Pavimento Asfáltico Recuperado), un término comúnmente uti-lizado en todo el mundo para el material asfáltico fresado.
Fig. 2.2 Típico tren reciclador con mezclador de lechada
Motoniveladora Compactador Recicladora
WR 2500 S
Mezcladora Lechada de Cemento WM 1000
Fig. 2.3 Típico tren reciclador con mezclador de lechada y camión de asfalto
Compactador Reciclador 2200 CR montado sobre oruga
Mezclador de lechada WM 1000
Camión tanque de asfalto
Las distintas categorías se presentan en la Figura 2.4; 100% de reciclado con RAP, estabilización de material granular y/o RAP, modificación mecánica, recompactación y pulverización son discutidos a continuación. Fig. 2.4 Categorías de reciclado Si No
Reciclado en Frío
Adición de agua de compactación
Adición de
agentes químicos
emulsión de asfalto, asfalto
espumado y filler
activo
Adición de agua de compactación
Corr
ección de
granulometría
Adición de asfalto en frío (emulsión)
Adición de
agentes químicos
emulsión de asfalto, asfalto
espumado y filler
activo
Sin agente estabilizador
Con agente estabilizador
Espesor capas de asfalto y/o material
estabilizado
Material granular
100% Reciclado RAP
Material granular con o
sin RAP
Pulverización
V
olver a traba- jar el material Modificación Mecánica
Rejuvenecedor
Estabilización
Estabilización Material gra- nular / RAP
Tipo de material r
eciclado ¿Tipo de tratamiento?
¿Granulometría deficiente o
2.3.1
Reciclado del 100% de RAP
Esta categoría cubre exclusivamente el reciclado de material 100% RAP y requiere considerar los siguientes factores:
– Naturaleza y composición del pavimento existente (por ejemplo, tipo de mezcla asfáltica, granulometría, contenido de asfalto, envejecimiento, etc.).
– Tipo y causas del deterioro (por ejemplo, agrietamiento o deformación permanente). – Severidad del deterioro (por ejemplo, aislado a la capa superficial o deterioro profundo). – Objetivo de la rehabilitación (por ejemplo, restauración de la integridad estructural).
Existen dos tecnologías distintas que pueden ser aplicadas para reciclar el 100% del material RAP. – Construcción de una capa de mezcla asfáltica en frío, mediante la adición de emulsión como un
reju-venecedor, a una capa reciclada delgada (normalmente de 100 mm de espesor o menos).
– Estabilización del RAP con cemento, emulsión o asfalto espumado en una capa más profunda (usualmente mayor a 100 mm).
El reciclado del 100% del material de RAP como una mezcla asfáltica en frío requiere el aporte de asfalto adicional en forma de emulsión. Esto es esencial en un proceso de rejuvenecimiento del asfalto. Sin embargo, agregar cemento asfáltico en una mezcla de concreto asfáltico sin estudiar las propiedades volumétricas del material reciclado requiere una aproximación de diseño cuidadosa. La granulometría de la capa reciclada será diferente a la del asfalto original, y además, la fracción fina en general está adherida al material reciclado. Generalmente esto significa que una cantidad adicional de finos debe ser añadida a la mezcla mientras se realiza el proceso de reciclado.
Cuando el 100% del material de RAP es reciclado con un agente estabilizador, las propiedades del producto son diferentes cuando rejuvenece, lo cual es descrito en el Capítulo 4, Agentes Estabilizadores.
Normalmente se requiere una superficie adecuada sobre la capa reciclada con el objetivo de alcanzar las pro-piedades funcionales, como la resistencia al deslizamiento y la calidad de rodado. Para caminos de tráfico menor, esto puede conseguirse con un riego con gravilla o con una capa de mezcla asfáltica en caliente delgada (< 40 mm). Si un mejoramiento de estándar es aplicado al pavimento para que este pueda soportar tráfico pesado, en ocasiones puede ser requerida una base asfáltica, además de la capa asfáltica superficial.
2.3.2
Estabilización con RAP / base granular
Esta categoría de reciclado es típicamente aplicada como una medida para tratar estructuras de pavimentos deterioradas compuestas por bases granulares y superficies asfálticas delgadas, constituidas tanto por concreto asfáltico como por varias capas de sellos superficiales. El deterioro en este tipo de pavimentos generalmente se manifesta como capas asfálticas severamente agrietadas, capas granulares deformadas, y baches. El objetivo de añadir agentes estabilizadores mientras se recicla es recuperar la integridad estructural mediante el mejoramiento de las propiedades de ingeniería de los materiales recuperados, al mismo tiempo que es posible alcanzar una calidad de rodado óptima.
La estabilización Granular/RAP puede ser efectuada mediante el reciclado a distintas profundidades, generalmente entre 150 mm y 250 mm. Cuando la capacidad estructural necesita ser mejorada para ajus-tarse a mayores demandas de tráfico, la profundidad del reciclado puede incremenajus-tarse, alcanzando un aumento en el espesor de la nueva capa estabilizada. Sin embargo, es necesario que el pavimento exis-tente tenga un espesor mínimo de material natural de buena calidad para aplicar esta alternativa. Los pavimentos deteriorados compuestos por capas estabilizadas (por ejemplo, con cemento o cal hidratada) también pueden ser reciclados.
Cuando una estrategia de rehabilitación de corto plazo es adoptada debido a restricciones presupuesta-rias, o cuando el deterioro del pavimento es causado por la mala capacidad de soporte de las capas superiores, la profundidad del reciclado debe reducirse. Existe siempre un mejoramiento significativo en la