I N T R O D U C C I O N
La técnica de recuperación a profundidad total (referencia 1) no es nueva y se utiliza en diversas partes del mundo. Consiste en pulverizar uniformemente y mezclar de forma homogénea las capas asfálticas y una porción predeterminada de las capas inferiores para mejorar el material de la nueva capa, mezclándolas cuando sea necesario con un agente estabilizador.
Esta técnica es utilizada ampliamente en el país para trabajos de rehabilitación estructural, pero la falta de una normativa completa y de métodos de diseño adecuados, carencias en el control de calidad y la escasez de criterios para la correcta selección del agente estabilizador, han resultado en comportamientos inconsistentes de las capas recuperadas.
Los dos principales agentes estabilizadores o ligantes utilizados en México son las emulsiones asfálticas y el cemento Pórtland. El uso de otros agentes como espuma asfáltica o cal se da en proporciones menores.
CONSIDERACIONES PARA UNA APLICACION EXITOSA
Los puntos básicos a tener en cuenta para lograr un buen desempeño de las aplicaciones se pueden resumir en:
a. Analizar la estructura de pavimento existente, así como las condiciones en que se encuentra.
b. Corregir los problemas de drenaje.
c. Mejorar las capas subyacentes.
d. Utilizar una metodología adecuada para el diseño.
e. Seleccionar los mejores materiales y métodos, utilizando especificaciones relacionadas con el desempeño
f. Contar con guías para la construcción y especificaciones para el control de calidad.
SELECCIÓN DEL AGENTE ESTABILIZADOR
El objetivo de los agentes estabilizadores o ligantes en la rehabilitación estructural con recuperación a profundidad total es el de mejorar el comportamiento mecánico e hidráulico de los materiales constituyentes de las capas del pavimento que presentan fallas o deficiencias estructurales.
La normativa SCT contempla tres tipos de estabilizadores: asfalto (emulsionado, rebajado o aplicado en caliente) cal y cemento Pórtland para obtener una capa modificada, estabilizada o de concreto magro (referencia 2: N-CMT-4-02-003/04). En la tabla siguiente se indican los beneficios y dosificaciones de los ligantes de acuerdo a la normativa SCT.
BENEFICIOS Y DOSIFICACIONES TIPICAS DE LOS AGENTES LIGANTES SEGÚN NORMATIVA SCT
LIGANTE | BENEFICIO | DOSIFICACION |
1.- Materiales modificados | ||
a) Con cal | Disminuir plasticidad y/o efecto de materia orgánica en suelos | 2 a 3% |
b) Con cemento Pórtland | Disminuir plasticidad y/o incrementar resistencia | 3 a 4% |
2. Materiales estabilizados | ||
c) Con Emulsión ó asfalto rebajado | Mejorar comportamiento y disminuir el efecto de la plasticidad | 3 a 4% de contenido de asfalto |
d) Con cemento Pórtland | Incrementar resistencia y rigidez reduciendo el efecto de la fatiga sobre la carpeta asfáltica o mejorando el apoyo de las losas de concreto hidráulico. | 8 a 10% |
3.- Bases asfálticas (negras) | ||
Con cemento asfáltico ó emulsión asfáltica | Obtener una capa de concreto asfáltico magro | 4 a 5% de contenido de asfalto |
4.- Base de concreto hidráulico magro o de baja resistencia | ||
Con cemento Pórtland | Incrementar resistencia y rigidez, transformando un pavimento flexible en uno rígido | > 10% |
En Estados Unidos el uso de diferentes agentes ligantes es más amplio como se muestra en la siguiente gráfica en la cual se presentan los tipos y porcentaje de ligantes utilizados en el 2003, de acuerdo a una investigación de mercado de la asociación del cemento Pórtland.
En la tabla de la página siguiente se proporciona una guía para seleccionar el ligante de acuerdo a las características del material recuperado.
Consideraciones adicionales que se deben tener en cuenta son la disponibilidad de los ligantes, costos asociados y características deseadas del pavimento recuperado (capacidad estructural)
El uso combinado de ligantes maximiza las ventajas de cada uno en las mezclas recuperadas, por ejemplo (referencia 3):
Combinación cemento-asfalto: El propósito es obtener una mezcla con mayor resistencia temprana proporcionada por el cemento, pero la mezcla permanece flexible y tiene más pequeñas contracciones que los agregados tratados con cemento.
Combinación cal-cemento: En materiales muy plásticos la cal flocula las partículas finas con una reacción rápida por intercambio iónico. El contenido de humedad se reduce y al mismo tiempo el cemento incrementa la resistencia mecánica.
Combinación cal-asfalto: Reduce la plasticidad de los finos e incrementa rápidamente el módulo y la resistencia.
Ligantes sugeridos para varios agregados de Bases y Suelos – Mezclas de capas asfálticas existentes y base/suelo
Tipo de Suelo | Grava bien gra-duada | Grava mal gradua-da | Grava Limosa | Grava Arci-llosa | Arena bien gradua-da* | Arena mal gradua-da | Arena Limosa | Arena Arci-llosa | Limo de baja compresi-bilidad | Arcilla baja plastici-dad | Limo Orgánico/ Arcilla orgá- nica de baja plasticidad | Limo de alta compresi-bilidad | Arcilla de alta plastici-dad | Ventajas | Desventajas |
SUCS | GW | GP | GM | GC | SW | SP | SM | SC | ML | CL | OL | MH | CH | ||
AASHTO | A-1-a | A-1-a | A-1-b | A-1-b ó A-2-6 | A-1-b | A-3 ó A-1-b | A-2-4 ó A-2-5 | A-2-6 ó A-2-7 | A-4 ó A-5 | A-6 | A-4 | A-5 ó A-7-5 | A-7-6 | ||
Emulsión funcionalizada FDR/GBS mejor si EA >30 y P200 < 20* | Proyecto/ selección del material, diseño de la mezcla/ emulsión, soporte en campo, apertura al tráfico el mismo día, rápido encarpetado | No apto para materiales con alto contenido de arcillas | |||||||||||||
Asfalto Espumado P200: 10 a 20% y graduación de máxima densidad | Apertura al tráfico el mismo día, rápido encarpetado | Seguridad, requiere de cemento / cal, sensible a la granulometría, altas temperaturas de manejo de asfalto, bajo cubrimiento | |||||||||||||
Cemento Pórtland Indice plástico<10 | Rápida colocación, alta resistencia, compatible con muchos suelos | Polvo, agrietamiento temprano, disminuye adherencia con capas superiores, consumo mayor de agua | |||||||||||||
Cal IP>10 y P200<25 ó IP 10-30 y P200>25, SO4 en arcilla <3000 ppm | Rápida colocación, alta resistencia | Polvo, agrietamiento temprano, potencial expansión por sulfatos |
* Algunos proyectos que no cumplen estos requerimientos de materiales, han sido realizados con éxito
SELECCIÓN DE LOS PAVIMENTOS CANDIDATOS PARA RECUPERACION
Un candidato para recuperación usualmente es un pavimento asfáltico envejecido, desde una mezcla asfáltica en caliente hasta una capa de base con un tratamiento superficial. Los pavimentos que se pretenden recuperar típicamente presentan severo agrietamiento, deformaciones y desintegración con baches. Frecuentemente las pobres condiciones se deben a pavimentos con espesores muy delgados ó también débiles para el tráfico que soportan, siendo solicitados a sobreesfuerzos. Un drenaje pobre también puede acelerar el deterioro del pavimento. Todos los tipos de pavimentos asfálticos pueden ser reciclados: carreteras de alto, mediano y bajo tránsito, carreteras estatales y municipales, calles, estacionamientos, etc. (Referencia 3)
ANALISIS DE PARAMETROS UTILIZADOS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS RECUPERADAS EN MEXICO
Para la recuperación en frío en el lugar la normativa SCT contempla los siguientes tipos y requisitos de mezcla y sus componentes (Referencia 2: N-CSV-CAR-4-02-001/03)
REQUISITOS DE CALIDAD PARA MEZCLAS RECUPERADAS EN EL LUGAR, DE ACUERDO A NORMATIVA SCT.
TIPO DE MEZCLA | CARACTERISTICAS |
Modificadas con 3 a 5% de cemento pórtland ó cal | Material por modificar: Cumplirá los requerimientos de granulometría para base hidráulica y contenido de materia orgánica Modificador: Cumplirá los requerimientos para cal ó cemento Pórtland Material modificado: Lo que indique el proyecto o la secretaría |
Estabilizadas con 6 a 10% de cemento Pórtland | Material por estabilizar: Cumplirá los requerimientos de granulometría para base hidráulica y contenido de materia orgánica. Estabilizador: Cumplirá los requerimientos para cemento pórtland Material estabilizado: f´c = 40 kg/cm2, valor puntual y no indica a cuantos días |
En el caso anterior también se podrá utilizar cal cuando así lo indique el proyecto o la secretaría | |
Mezclas asfálticas | Material por mezclar: Para estabilizaciones: Cumplirá los requerimientos de granulometría para base hidráulica y contenido de materia orgánica. Desprendimiento por fricción < 25%, cubrimiento por el método inglés>90%. Para bases asfálticas: Cumplirá los requerimientos para bases asfálticas Producto: Cumplirá los requerimientos para cemento asfáltico, emulsión asfáltica ó asfalto rebajado. Material mezclado: Para Estabilizaciones: Materiales no plásticos: Estabilidad > 0.64 Knewton Materiales plásticos: Estabilidad > 180 kg. Estos procedimientos de prueba no se incluyen en la norma actual. Pérdida de estabilización por inmersión en agua, lo que indique el proyecto ó la Secretaría. Para bases asfálticas: Requerimientos Marshall y pérdida de estabilidad por inmersión en agua, lo que indique el proyecto o la Secretaría. La prueba Marshall no se incluye en norma actual. |
Concreto hidráulico de baja resistencia | Material por mezclar: Cumplirá los requerimientos de base de concreto magro Producto: Cumplirá los requerimientos para cemento pórtland Material mezclado: Lo que indique el proyecto o la Secretaría |
Algunos de los parámetros para el diseño de mezclas recuperadas considerados en la tabla anterior son limitados, como es el caso de procedimientos que no se incluyen en la normativa, valores muy puntuales, procedimientos inadecuados.
TENDENCIA INTERNACIONAL PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS RECUPERADAS CON EMULSION Y CEMENTO PORTLAND
De acuerdo a la práctica en cada país se utilizan varios métodos de diseño de mezclas para el reciclado en frío en el lugar, cuando se utiliza emulsión asfáltica o cemento Pórtland, sin embargo los siguientes pasos principales se encuentran en ellos (referencias 1 y 4):
a) Caracterización de los materiales a ser reciclados, principalmente: Homogeneidad, granulometría, plasticidad, calidad, contenido y tipo de asfalto, para seleccionar el tipo de ligante más apropiado (cuando se usa emulsión ó cemento Pórtland).
b) Establecer las proporciones de material recuperado, ligante y agua (cuando se usa cemento Pórtland)
c) Investigar la compatibilidad/afinidad entre el nuevo ligante y el agregado para seleccionar el tipo de emulsión (cuando se usa emulsión)
d) Determinar el contenido óptimo de humedad y el contenido óptimo de fluidos (cuando se usa emulsión)
e) Determinar el contenido óptimo de ligante (cuando se usa emulsión asfáltica)
f) Determinar las propiedades mecánicas e hidráulicas de la mezcla recuperada. Este punto se detalla en el siguiente apartado
PROPIEDADES MECANICAS E HIDRAULICAS DEL MATERIAL RECUPERADO
1. Recuperación con emulsión asfáltica.
En el caso del reciclado con emulsión las propiedades mecánicas e hidráulicas de las mezclas recuperadas dependen en gran medida de las características del material reciclado.
El avance en las tecnologías de emulsiones funcionalizadas ha permitido obtener bases más fuertes y flexibles resistentes a las roderas y con mejores propiedades al agrietamiento térmico y por fatiga comparadas con las capas cementadas. Presentan buena resistencia a los esfuerzos de tensión repetidos y menor susceptibilidad a daños por humedad. Incrementan más pronto su resistencia y pueden ser abiertas más rápido al tránsito. Se incrementa su capacidad estructural, con lo cual se requieren menores espesores de capa comparados con el cemento Pórtland.
Las características mecánicas consideradas generalmente para el diseño de mezclas recuperadas con emulsión son (referencia 4):
1 Resistencia a la compresión sin confinar y estabilidad con y sin inmersión en agua, principalmente como una propiedad de durabilidad
2 Módulo de rigidez como una propiedad de deformación
Actualmente las propiedades de agrietamiento a la fatiga son analizadas únicamente para fines de investigación
Procedimientos actuales como los desarrollados por Superpave en USA tratan de simular el fenómeno que ocurre en el campo con el rompimiento de la emulsión, así como la resistencia y desarrollo de las propiedades mecánicas que se dan con el tiempo, utilizando el compactador giratorio.
El cuadro siguiente muestra los procedimientos utilizados para determinar las propiedades mecánicas e hidráulica de las mezclas recuperadas, acorde al criterio actual Superpave, utilizando el compactador giratorio.