RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS EN FRIO EN EL LUGAR En los últimos 5 años el precio del petróleo prácticamente se ha duplicado y actualmente se cotiza por sobre los US$ 90 el barril. Por otro lado hay una imperiosa necesidad de reducir las emisiones de dióxido de carbono con la finalidad de disminuir los efectos del calentamiento global. Los gobiernos de América Latina requieren de grandes inversiones en infraestructura vial para comunicar mejor a ciudades distantes con la finalidad de aumentar el comercio y turismo e integrar más ciudades al sector económico. El reciclado de carreteras asfaltadas en frío permite mejorar los niveles de servicio de las carreteras en forma económica y ecológica. La reducción de costos es prácticamente de un 50%.
Recicladora Roadtec en Brasil El reciclado en frío en el lugar puede ser considerada como una técnica de mantenimiento rutinario o puede combinarse con técnicas de rehabilitación, en la cual no se agrega calor.
Las grandes ventajas del reciclado de pavimentos asfálticos en frío en el lugar son las siguientes: Permite reciclar el 100% del pavimento dañado. Avance de hasta 3 kms por día. Capacidad de producción de 500 ton/hr. Gran calidad de reciclado por clasificar el material y mezclarlo en caja de paletas de ejes gemelos de 2,4 mts de largo. Costo de 50% sobre reparaciones convencionales. Ver cuadro Larga Vida útil de 6 a 8 años sobre micro carpetas en frío y 7 a 15 años sobre carpetas de asfalto en caliente ( ARRA). Costo US$ /m2
Sobrecapa en caliente de 2”
Fresado 1.5”
Reciclado 4”
Reciclado 4”
Tratamiento superficial
Sobrecapa en caliente de 1,5”
Fresado
0
1,81
2,41
2,41
Capa
11.45
9.39
2,77
9.99
Total US$/mt2
11.45
11.20
5.18
12.40
Duración años
5
8
7 (6 a 8 )
11 (7 a 15)
Costo por año
2,29
1,40
0,74
1.12
+129%
100%
-47%
-20%
Sobrecapa en caliente de1,5”
US$/Año
El reciclado obtenido con este procedimiento llega a tener hasta un 80% de capacidad estructural que un pavimento nuevo.
A continuación se detalla los pasos a seguir para realizar un reciclado en frío en el lugar: Evaluación En primer lugar se debe evaluar el estado del pavimento y ver que secciones tienen fallas funcionales y cuales estructurales. En muchos casos se puede usar una combinación de procesos de reciclados para corregir la base (rehabilitación) y reciclar la capa de rodadura por separado (mantenimiento rutinario), lo cual es lo más económico. En este caso se recomienda primero fresar la carpeta de asfalto y ponerla a un lado de la vía con la finalidad de reciclar la sección que presenta la base dañada. Posteriormente se vuelve a colocar el RAP ( Reclaimed Asphalt Pavement)sobre la base reciclada, para pasar luego el tren de reciclado y proceder con el reciclado del RAP anteriomente fresado. La mayoría de fallas pueden ser tratadas con el reciclado en frío en el lugar, como: • • • • • •
Desprendimiento de material del pavimento, producido por segregación y falta de compactación, lo cual no permite obtener una buena cohesión. Baches, producidos por segregación térmica y física. Pérdida de resistencia por exceso de vacios o segregación de agregados. Superficie irregular al momento de construir. Exudación, producida por exceso de ligante en la mezcla o bajo contenido de vacíos. Ahuellamiento, producido por inadecuada compactación debido a no obtener una densidad uniforme durante la construcción. Fatiga, se debe a una reducción de las propiedades del pavimento, producido principalmente por oxidación y solicitaciones de tránsito. Reflexión, producida por fallas e irregularidades en capas inferiores.
El rendimiento del pavimento reciclado dependerá de la profundidad de tratamiento y espesor de la capa de rodadura que luego se coloque. Es importante tomar en cuenta lo siguiente al evaluar una vía antes de reciclar: • • •
• • •
Año de construcción de la vía y reparaciones realizadas. Investigación para conocer el comportamiento del pavimento. Espesor de la estructura de pavimento existente y capas de pavimento asfáltico. Un ancho mínimo de 2” (50 mm) de pavimento asfáltico es generalmente requerido para reciclado en el lugar. Sin embargo profundidades de 3” a 4” (75 a 100 mm) es preferido. Si se va a reciclar toda la capa de pavimento asfáltico hay que tener cuidado que no sean incorporados material granular de la base. En caso se utilice material granular adicional este no debe exceder el 25% del valor del RAP en peso, ya que podría producir segregación y aumentar los costos. Tipo de ligante utilizado y mezclas empleadas y sus propiedades actualizadas. Presencia de mallas sintéticas.
Se recomienda reciclar al menos el 70% de la profundidad del pavimento asfaltico dañado para evitar reflexiones, que no es otra cosa que el paso de las fallas de una superficie a la capa superior. Capacidad Estructural Se debe establecer la capacidad estructural para el tráfico estimado durante la vida útil del pavimento. También se debe indagar si la actual capacidad estructural podrá soportar el tren de reciclado. En primer lugar se debe evaluar la capacidad estructural vigente para determinar si es la adecuada para el tráfico vigente y estimado. Para diseño de pavimento se puede considerar una capacidad estructural de la capa reciclada de 0,20 a 0,44, con un promedio de 0,30. Cabe mencionar que la capacidad estructural de un pavimento asfáltico se estima en 0,44 y una base granular 0,14. Se puede colocar una carpeta de rodadura en frío si es que la capacidad estructural del pavimento aun es adecuada para el tráfico existente o se puede colocar una carpeta de rodadura en caliente para aumentar la capacidad estructural. Se recomienda que quede 2” (50 mm) debajo de la capa a reciclar y 6” (150 mm) de base granular, para poder soportar el tren de reciclado. Las expectativas de vida de un reciclado son las siguientes: • •
Tratamiento de reciclado en frio en el lugar con tratamiento superficial de 6 a 8 años. Tratamiento de reciclado en frío en el lugar con carpeta de asfalto en caliente de 7 a 15 años.
Para hallar la capacidad estructural se puede usar métodos como el DCP (Dynamic Cone Penetrometer o el FWD ( Falling weight Deflectometer). Con el DCP se debe de perforar muestras para conocer las capas que conformar la estructura del pavimento. El FWD permite calcular la capacidad estructural incluyendo la base, sub base calculando el modulo resiliente del suelo de fundación. Luego de la evaluación del tipo de fallas y una evaluación de la capacidad estructural, se debe dividir la vía a reciclar en secciones con características similares. Se debe hacer muestreos cada km por línea de dirección. En caso de usar el diseño Marshall se debe utilizar muestras de 50 kgs. En cada muestra de debe determinar lo siguiente : • • • • •
Contenido de humedad Contenido de ligante Granulometría de agregados triturados del RAP Características del agregado Vacios
• •
Compactación de campo Propiedades del ligante recuperado.
Esta información es importante para seleccionar el tipo de aditivo a utilizarse y determinar si es requerido agregar material granular para mejorar el RAP. Geometría La recicladora móvil de un tren de reciclado es halada por una potente fresadora. Estas fresadoras pueden cortar un carril completo de 3,7 mts o más. Estas máquinas también pueden reciclar los pavimentos que forman las vías auxiliares que normalmente tiene un ancho de 1,2 mts. La vía auxiliar se puede cortar con una fresadora con un ancho de 1,2 mts y colocar el material delante de la fresadora grande, siempre y cuando el espesor no sea mayor a 3”. Cuando se reciclan varios carriles adyacentes, se recomienda traslapar 4 a 6 pulg (100 a 150 mm) . Granulometria Típicas granulometrías para reciclado en frío. Tamaño
A
B
C Porcentaje de Paso
D
1,5” (40,0 mm)
100
1,0” (25,0 mm)
90 – 100
100
¾” (20,00 mm)
90 – 100
100
½” (12,5 mm)
60 – 80
90 – 100
100
3/8” (9,5 mm)
60 – 80
90 – 100
No. 4 (4,75 mm)
25 – 60
35 – 65
45 – 75
60 – 80
No. 8 (2,16 mm)
15 – 45
20 – 50
25 – 55
35 – 65
No. 50 (0,30 mm)
3 – 20
3 – 21
6 – 25
6 – 25
1 -‐ 7
2 -‐ 8
2 -‐ 9
2 – 10
No. 200 (0,075 mm)
Diseño de Mezcla PROCEDIMIENTO Obtención de muestras de RAP del campo
Determinación de las Propiedades del RAP
Selección de la cantidad y graduación de agregado virgen
Estimación del Aditivo
Determinación del porcentaje de humedad
Mezclas en laboratorio Prueba de Resistencia
Ajustes en Campo
DESCRIPCIÓN Para obras de más de 6 km. Se recomienda tomar una muestra por cada km. Con un mínimo de 6 muestras por proyecto. Se recomienda que quede entre 1 a 2” de HMA o 6” de base para soportar el tren de reciclado. Muestras por perforación de 6” de diámetro. Granulometría: ASSHTO T 27 o ASTM C 136 , Ver cuadro Contenido de asfalto: ASTM D 6307 o AASHTO T164 Envejecimiento del Asfalto: ASTM D5404 o AASHTO T 170 Se agrega cuando hay mucha presencia de asfalto o para aumentar la capacidad estructural. El Instituto de Asfalto recomienda una cantidad mínima de arena de 35%, Un mínimo de abrasión de Los Ángeles a 500 rev. De 40 y un mínimo de caras fracturadas de 65%. Nuevo aditivo es necesario para facilitar compactación, mejorar la cohesión de la mezcla y reducir el envejecimiento del asfalto. Los aditivos que se usan son emulsiones. LA cantidad varia de 0,5 a 3% del peso del RAP. Para la mayoría de los aditivos la humedad es requerida para un adecuado recubrimiento. Usualmente el agua se agrega en el tambor de corte de la fresadora. Por lo menos se deben de hacer tres ensayos Marshal lpor cada contenido de aditivo Prueba de densidad AASHTO T 166 o ASTM D 2726. Prueba de Estabilidad y Flujo: AASHTO T 245 o ASTM D 1559 Se debe realizar un control durante la obra y ajustar los porcentajes de agua en 1 a 2% y de emulsión asfáltica en 0,5%.
Construcción Modernos equipos de reciclado permiten avanzar 3 kms en un día. Los costos de este método son de un 50% menos que cualquier método convencional. Se debe contar con una potente fresadora con un ancho de corte de 3,7 mts. La fresadora trabaja con descarga posterior, ya que el transportador es el que va a alimentar la recicladora móvil. Según consideración del contratista, las fresadoras pueden trabajar con corte hacia arriba o corte hacia abajo, en esta última aplicación se obtiene más finos. La fresadora debe de contar con la potencia necesaria para empujar un camión cisterna con agua y otro con emulsiones.
La recicladora consiste en un estructura sobre ruedas que cuenta con una criba donde va a caer el RAP obtenido por la fresadora. El tamaño de la malla se puede escoger según el diseño, normalmente se limita a 1,25”. Esta zaranda no solamente permite controlar el tamaño del RAP, también permite que la fresadora pueda cortar a una mayor velocidad ( 10 metros por minuto), cuando no se usa criba, se debe reducir la velocidad de corte por lo menos a la mitad para controlar el tamaño del RAP. Luego el material que no pasa a través de la malla cae por gravedad a una trituradora de impacto, el material triturado regresa por unas correas transportadoras sobre la criba.
Todo el material clasificado pasa a una banda de pesado con una exactitud de +/-‐ 1%, para pasar luego a ser mezclada con el aditivo (emulsiones) en una caja de paletas de de ejes gemelos de 2,4 mts de largo, que permita producir una mezcla uniforme. La recicladora contiene un tanque para las emulsiones. La cantidad de emulsiones está controlada por peso en forma automática.
El material reciclado es llevado por el transportador a una pavimentadora convencional , la cual extenderá la mezcla produciendo una superficie muy regular.
Es de suma importancia realizar controles periódicos para verificar la humedad y si hay que ajustar la cantidad de emulsión, normalmente los incrementos de hacen de 0,2%. La compactación es alcanzada por un compactador neumático de 25 ton y tambor doble de 12 ton. El porcentaje de vacios es de 9 a 14%. La compactación empieza cuando la mistura rompe. Puede tomar de 30 min. a 2 horas. Cuando cambia de color de marrón a negro es que la emulsión se rompe. La mezcla reciclada, colocada y compactada debe estar adecuadamente curada para que se pueda colocar la capa de rodadura. Normalmente se debe espera de 10 a 2 semanas, aunque se puede alcanzar en menor tiempo. Se recomienda no tener tráfico durante el curado, aunque esto es difícil de lograrlo. Una ligera capa de fog seal se recomienda poner para poder abrir el tráfico. Para bajo tráfico se puede poner como capa de rodadura tratamiento superficial y para alto tránsito una capa de asfalto en caliente de 1” a 1.5”.
Reciclado en Frío en el lugar-‐Guía de especificaciones: Descripción: El trabajo consiste en fresar y pulverizar el pavimento asfaltico existente a una profundidad especificada y un tamaño máximo. Mezclado con agentes recicladores, agua y aditivos con el material reciclado. Colocarlo y compactar la mezcla. 1. Materiales: Los agentes recicladores deben incluir emulsiones de asfalto o emulsiones de asfalto rejuvenecedores. Los materiales deben de cumplir los requerimientos apropiados en las especificaciones: Cemento Portland………………………Especificaciones deben ser provistas por agencia Emulsiones Asfálticas………………… Especificaciones deben ser provistas por agencia Agua…………………………………………..Especificaciones deben ser provistas por agencia Cal………………………………………………Especificaciones deben ser provistas por agencia Ceniza………………………………………..ASTM C618 y D 5239 Rejuvenecedores de emulsiones. Especificaciones deben ser provistas por agencia A. Composición de Mezclas: La mezcla de reciclado en frio debe ser compuesta de material reciclado (RAP), agentes recicladores y aditivos según sea especificado. La composición de la mezcla debe ser establecida por el contratista y aprobada por la agencia: 1. El tamaño de la malla requerida , donde pasa el 100% de RAP__________ (1,25 pulg(31,5 mm) es recomendado). 2. El porcentaje inicial de agente reciclante es_______, agua y_______aditivos a ser adicionado al RAP La mezcla de reciclado en frío debe ser muestreada para pruebas para aprobación de trabajo durante la operación de extensión. B. Material RAP: Para Reciclado en Frío, el RAP debe ser aprobado por muestras tomadas del transportador de la fresadora, si no hay zaranda y trituradora y del transportador de descarga de la recicladora en caso de contar con zaranda y trituradora. C. Agentes de Reciclado: Estos materiales deben ser aprobados bajo especificaciones provistas por la agencia. D. Aditivos: Las fuentes de aditivos deben ser aprobadas por la Agencia.
2. Requerimientos de Construcción: A. Limitaciones de Clima: Las operaciones de reciclado en frío deben ser realizadas con emulsiones asfálticas a temperatura ambiente a la sombra no menor de 10C y si no está nublado. Cuando se use cemento o ceniza, la temperatura ambiente debe ser no menor de 4C. Las operaciones de reciclado no deben ser realizadas cuando llueve, temperaturas de noche o se estima que va a nevar. B. Equipos de Fresado Los equipos de fresado deben de cumplir especificaciones provistas por la agencia. C. Equipos de Reciclado: Deben de contar con zaranda clasificadora, Trituradora, Sistema de Pesado automatizado y Caja de Paletas con dos ejes gemelos. D. Pavimentadora: Pavimentadora auto-‐propulsada deben cumplir especificaciones de la Agencia. E. Rodillos: Los rodillos deben cumplir con especificaciones provistas por la agencia. Se debe contar al menos con un rodillo neumático de 25 ton y uno de 12 ton tándem deben ser provistos. F. Temperatura del Agente reciclador: El agente reciclador debe ser usado dentro de la temperatura especificada para la mezcla del material que esta usado. Si es requerido, el agente reciclador debe ser calentado dentro del rango de temperatura deseado sin sobrecalentamiento. G. Contenido de humedad del RAP: Al RAP de la mezcla en frío debe de tener agua antes de mezclar el agente reciclador, según las especificaciones de la Agencia para proveer una adecuada dispersión/cubierta y compactación. H. Operación de Mezclado: El RAP, el agente reciclador y aditivos debe ser mezclados uniformemente en las cantidades requeridas por las especificaciones de la agencia en una caja de paletas de doble eje gemelo. La operación de mezcla debe ser realizada minuciosamente con el agente reciclador y aditivos si son usados. I. Colocación y Acabado: Las pavimentadoras de asfalto deben ser usada para colocar la mezcla reciclada estableciendo gradiente y pendiente. Las operaciones de pavimentación deben ser conducidas para proteger las secciones de pavimento existentes. El control del tráfico y las operaciones de pavimentación deben ser completadas acorde con el plan de control planificado y aprobado por la agencia. Si es requerida la aplicación de arena para prevenir el levantamiento de la mezcla reciclada por el tráfico, esta debe ser aplicada por una esparcidora mecánica a un ratio de ____a_______ ( de 2,7 a 5,4 kilogramos por metro cuadrado es recomendado). J. Compactación: Luego que la mezcla de reciclado ha sido esparcida y corregida de cualquier irregularidad de la superficie, la carpeta debe ser uniformemente compactada sin desplazamiento y grietas. El número, peso y tipo de rodillos debe ser suficiente para obtener la compactación de la mezcla reciclada requerida. La secuencia de las operaciones de compactación debe cumplir con el grado de compactación especificado. La junta longitudinal debe ser compactada primero seguida por el procedimiento
regular de compactación. Los pases iniciales para toda compactación regular debe empezar de lado más bajo y progresar hacia el lado de alto, traslapando todas los pases longitudinales paralelos al centro del pavimento. Cuando se usa emulsión de asfalto, la compactación inicial no deberá empezar hasta que el asfalto haya empezado a romper (cuando se torna marrón a negra). El tiempo de inicio del compactado bebe ser autorizado por el Ingeniero de obra. Cuando se usa cemento Portland o Ceniza, el inicio de la compactación debe realizarse inmediatamente luego de esparcida la mezcla reciclada y completada tanto pronto sea posible. Los rodillos deben ser operados a velocidades apropiadas según el tipo de rodillo y necesarias para obtener el grado de compactación requerida y prevenir defectos en el pavimento. Los rodillos vibratorios deben ser operados a velocidades, frecuencia y amplitud necesarios para obtener el grado de compactación requerido y prevenir fallas en el pavimento. Para prevenir levantamiento de material en la mezcla, los rodillos y neumáticos deben de ser mojados por agua o una mezcla de agua en cantidades pequeñas de detergente u otro material aprobado por la agencia. Cualquier pavimento empujado o con un desplazamiento inaceptable debe ser corregido. La causa del desplazamiento debe ser determinado e inmediatamente se debe tomar una acción correctiva antes de continuar compactando. Se debe de tener cuidado para compactar los bordes de la mezcla reciclada para mantener el nivel. Una densidad mínima de __porciento (recomendada 88%) de la máxima densidad teórica. AASHTO T209. Cuando se hace el método de control de franja es especificada, la franja de prueba debe ser construida con material mezclado producido por el equipo de reciclado y dentro de la sección de pavimentación. El contratista debe de seleccionar los patrones de compactación con el Ingeniero de Obra ( asistido por las pruebas de densidad obtenidas por un densitómetro nuclear u otro procedimiento) que seleccionara la cubierta que provee el mínimo porcentaje de densidad ( 97% es la mínima recomendada). Siempre que haya un cambio en el método de compactación de la mezcla reciclada o equipo, resultados inaceptables pueden ocurrir, y un nuevo control en la franja de prueba debe ser construido, probado y analizado. El Ingeniero de obra deberá seleccionar el método de compactación. K. Juntas:Los pases adyacente deben traslapar la junta longitudinal en un mínimo de 4” (100mm). L. Rugosidad del Pavimento: La superficie debe ser probada con una barra recta de 3 mts y las secciones seleccionadas por el ingeniero de obra. La variación de la
superficie entre dos contactos de la barra, en forma longitudinal o transversal de la barra, no debe exceder los ________ (3/16” o 5 mm recomendado). Irregularidades que excedan la tolerancia especificada deben ser corregidas a costa del contratista por una fresadora y nivelar con asfalto frio o caliente según el Ingeniero de Obra. 3. Método de Medición: • Reciclado en Frio en el lugar • El agua no debe ser medida para pago. • El agente de reciclado debe ser medido en galones o ton. • El cemento • La cal 4. Método de Pago: El pago por cantidades aceptadas se hará según lo siguiente: Reciclado en el Lugar …………………Por metro cuadrado Construcción
