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Uso de azufre y reciclado de pavimentos asflticos, uso de fibras y reciclado en pavimentos de concreto,pavimentos de concreto estampado
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so de azufre y reciclado de pavimentosasflticos uso de fibras y reciclado en pavimentosde concreto pavimentos de concreto estampado
Alumnos: Alarcn Peltroche MiguelLarios Huamanchumo Juan
Ramrez Ojeda Fernando
Docente: ing. Nepton ruiz saavedra
DISEO DEPAVIMENTOS
UNIVERSIDAD SEOR DE SIPNFACULTAD DE INGENIERA, ARQUITECTURA Y URBANISMO
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PROLOGUE
The pavement of a highway is subject to the continuous action of traffic and
weather. These two factors, along with the natural aging of materials, make theasphalt undergoes a process of progressive deterioration. This aging and
deterioration of asphalt involves a gradual decrease in the levels of safety and
comfort of traffic that exceed certain values necessitate a self-preservation.
The conservation of the road network is currently an issue of great importance
due to the resources mobilized. The budget required for maintenance and
environmental problems resulting therefrom justify the search for newtechnology to reduce costs and be environmentally. In this context, recycling of
asphalt, as a means of rationalizing resources, making a renewed prominence
and becomes a necessity.
The growing social awareness of the need to preserve the environment has
made the legislation is now much more protectionist than in the past. This
makes it difficult to obtain suitable raw materials, increasing their cost and theirtransportation to the site, and they almost never occur in the place where they
are needed. Similarly, there is increasing difficulty in finding a landfill for retirees
asphalt materials at reasonable price. These problems are especially true in
urban areas.
Disposal of aged asphalt materials as well as causing problems related to the
acquisition of new materials and their discharge is counterproductive from atechnical point of view, since despite being aged , retain much of their qualities.
The reuse of asphalt milling conglomerate comprises huge savings because it
requires only 1% to 3% of additional bitumen, while a new asphalt concrete may
need more than 6%. This aspect, together with the reduced transportation cost
and low energy required for producing a recycled asphalt make it important
energy savings over conventional pavement construction.
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The management system must handle any asphalt characteristics throughout
their useful life. This way you can decide at any time the best conservation
option to maintain the level of service required by the user's needs. These
systems are intended to be the ideal place to find the time and the optimal
procedure for conservation so as to obtain the best possible results at the
lowest cost to society tool. We include in this social cost of both the actual cost
of the repair as possible external costs related to the movement of vehicles,
possible accidents that may result from the poor condition of the asphalt, delay
times , etc. . Maintenance operations can be frequent but minor or otherwise,
scarce and larger. Those performances smaller budget or more spaced in time
entail greater social cost. Instead, a more complete or more frequent and costly
action would involve less social cost. So is the administration should decide that
less socially costly action possible given the available budget. The management
system provides the evidence needed to decide the best strategy for each
particular case, while considering the needs and priorities of the network. The
system simulates the positive and negative consequences of each possible
action, enabling better network planning and better management of the budget
for conservation.
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Introduccin
El pavimento de una carretera est sujeto a la accin continua del trfico yde la meteorologa. Estos dos factores, junto con el envejecimiento natural de
los materiales, hacen que el asfalto sufra un proceso de progresivo deterioro.
Este envejecimiento y deterioro del asfalto conlleva una disminucin paulatina
en los niveles de seguridad y confort del trfico, que al sobrepasar ciertos
valores hacen necesaria una operacin de conservacin.
La conservacin de la red viaria es en la actualidad un aspecto de granimportancia debido a los recursos que moviliza. El presupuesto necesario para
el mantenimiento, as como los problemas ambientales que de l se derivan,
justifican la bsqueda de nuevas tcnicas que permitan reducir costes y sean
respetuosas con el medio. En este contexto, el reciclado de asfaltos, como
medio de racionalizar los recursos, toma un renovado protagonismo y se
convierte en una necesidad.
La creciente sensibilizacin social acerca de la necesidad de preservar el
medio ambiente ha hecho que la legislacin sea hoy mucho ms proteccionista
que en el pasado. Esto dificulta la obtencin de materias primas adecuadas,
aumentando su coste y el de su transporte hasta la obra, ya que casi nunca se
producen en el lugar donde se necesitan. De igual manera, es creciente la
dificultad para encontrar un vertedero para los materiales retirados del asfalto a
precio razonable. Estos problemas son especialmente ciertos en mbitos
urbanos.
El desecho de los materiales envejecidos del asfalto, adems de provocar
problemas relacionados con la adquisicin de nuevas materias y con su vertido,
resulta contraproducente desde el punto de vista tcnico, ya que pese a estar
envejecidos, conservan buena parte de sus cualidades. El fresado y
reutilizacin del conglomerado asfltico comporta un gran ahorro ,ya que
requiere slo de un 1% a un 3% de betn adicional, mientras que un nuevo
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hormign asfltico puede necesitar ms del 6%. Este aspecto, junto con el
reducido coste de transporte y la escasa energa necesaria para la produccin
de un asfalto reciclado, hacen que el ahorro energtico sea importante respecto
de la construccin convencional de pavimentos.
El sistema de gestin de cualquier asfalto debe controlar sus caractersticas
durante toda su vida til. De esta manera se podr decidir en cualquier
momento la mejor opcin de conservacin para mantener el nivel de servicio
exigido por las necesidades del usuario. Estos sistemas pretenden ser la
herramienta ideal para encontrar el momento y el procedimiento ptimo para
realizar la conservacin de modo que se obtenga el mejor resultado posible al
menor coste para la sociedad. Incluimos en este coste social tanto el coste
efectivo de la reparacin como los posibles gastos externos referidos a la
circulacin de los vehculos, a los posibles accidentes que puedan derivar del
mal estado del asfalto, a los tiempos de demora, etc. Las operaciones de
conservacin pueden ser muy frecuentes pero poco importantes o por el
contrario, escasas y de mayor envergadura. Aquellas actuaciones de menor
presupuesto o ms espaciadas en el tiempo comportarn un mayor
coste social. En cambio, una actuacin ms completa y costosa o ms
frecuente comportara un menor coste social. As pues, es la administracin la
que debe decidir aquella actuacin menos costosa socialmente posible
teniendo en cuenta el presupuesto que dispone. El sistema de gestin
proporciona los elementos de juicio necesarios para poder decidir cul es la
mejor estrategia para cada caso particular, considerando a la vez las
necesidades y las prioridades de la red. El sistema simula las consecuencias
positivas y negativas de cada actuacin posible, lo que permite una mejor
planificacin de la red y una mejor administracin del presupuesto destinado a
la conservacin.
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EL AZUFRE
1. Usos del Azufre
1.1. Conocimientos Previos
1.1.1. Historia
El azufre se conoce desde la antigedad. Se sabe que se usaba en Medicina y
que griegos y romanos utilizaban sus vapores para blanquear telas.
Su nombre procede del latn sulphur usado por los romanos para designarlo. A
causa de su inflamabilidad, los alquimistas creyeron que el azufre era esencial
en la combustin.
A pesar de ello no fue reconocido como elemento qumico hasta 1.777 por
Lavoisier.
1.1.2. Abundancia
Ocupa el puesto 16 en abundancia entre los elementos en la corteza terrestre
y se encuentra ampliamente distribuido tanto libre como combinado.
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En combinacin se presenta en muchos sulfuros metlico importantes como el
sulfuro de plomo, o galena (PbS), el de cinc o blenda (ZnS), el de cobre o pirita
((Cu,Fe)S2), el cinabrio (HgS) y la pirita de hierro FeS2.
Se combina tambin con otros elementos en forma de sulfatos como la barita
(BaSO4), la celestita (SrSO4) y el yeso (CaSO4 2H2 O), y est presente en las
molculas de muchas sustancias orgnicas como mostaza, huevos, pelo,
protenas y en el aceite de ajo.
El azufre libre puede formarse a partir piritas o puede ser depositado por aguas
sulfurosas calientes en las que el sulfuro de hidrgeno ha sido oxidado por la
atmsfera.
En estado libre se encuentra mezclado con yeso y piedra pmez en regiones
volcnicas a lo largo de Islandia, Sicilia, Mxico y Japn, frecuentemente en las
cercanas de los crteres volcnicos.
Los yacimientos subterrneos importantes se encuentran en los Estados
Unidos (Luisiana, Tejas, Colorado, Nevada, Wyoming y California).
La produccin anual mundial de azufre est en torno a los 53 millones de
toneladas.
1.1.3. Propiedades
El azufre existe en dos variedades alotrpicas slidas, pero en estado lquido
se presenta en tres variedades ms.
La variedad rmbica (azufre en flor o azufre alfa) es de color amarillo plido,
quebradiza y cristalina. Slo es estable por debajo de 95,5C y se transforma
en la variedad monoclnica entre esta temperatura y su punto de ebullicin
(112,8C). Es insoluble en agua, muy poco soluble en ter y alcohol y muy
soluble en sulfuro de carbono.
Sus cristales se pueden obtener por evaporacin lenta de una disolucin de
azufre en sulfuro de carbono. La otra forma es la variedad monoclnica (o
azufre beta) que es estable nicamente entre 369K y 392K. Si dejamos el
azufre monoclnico a temperatura ordinaria se convierte lentamente en azufre
rmbico.
Si calentamos el azufre por encima de su punto de fusin va perdiendo fluidez
y su color se transforma en pardo oscuro. Su viscosidad es tal que impide suvertido al volcar el recipiente.
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Si aumentamos an ms la temperatura comienza un descenso de la
viscosidad hasta que a 444,6C hierve. Este comportamiento anmalo del
azufre (los lquidos disminuyen su viscosidad cuando se calientan) a la
formacin de estructuras moleculares en forma de anillo e incluso a la
formacin de polmeros de ms de 100 tomos.
El azufre tiene las valencias dos, cuatro y seis, como evidencian los
compuestos sulfuro ferroso, FeS, el dixido de azufre, SO2 y el sulfato de
bario, BaSO4 , respectivamente.
Combina con elhidrgeno y los elementos metlicos en presencia de calor
para formar sulfuros. El ms comn es el sulfuro de hidrgeno, H2S, un gas
venenoso incoloro con olor a huevos podridos.
El azufre combina tambin con elcloro en varias proporciones para producir
monocloruro de azufre, S2Cl2, y dicloruro de azufre, SCl2.
Cuando se quema en el aire, el azufre se combina con el oxgeno para formar
dixido de azufre, SO2 , un gas incoloro pesado con un caracterstico olor
sofocante. El dixido de azufre se libera en la atmsfera por la combustin de
combustibles procedentes del petrleo, gas, aceites y carbn y constituye uno
de los contaminantes ms perniciosos.
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La concentracin del dixido de azufre en el aire puede oscilar desde 0,01 a
varias partes por milln, y es responsable del deterioro de edificios y
monumentos, por la lluvia cida, y de problemas para el hombre.
En el aire hmedo, el azufre se oxida lentamente a cido sulfrico y es un
componente bsico de otros cidos como el cido tiosulfrico H2S2O3 y el
cido sulfuroso H2SO3.
Este ltimo, al tener dos hidrgenos reemplazables, forma dos series de sales:
sulfitos normales y sulfitos cidos. Cuando estn en solucin los sulfitos cidos,
o bisulfitos, de los metales alcalinos como bisulfito de sodio, NaHSO3, tienen
carcter cido. Las soluciones de sulfitos normales, tal como sulfito de sodio,
Na2SO3, y el sulfito de potasio, K2SO3, son ligeramente alcalinas.
Tambin se combina con elcarbono para formar sulfuro de carbono (SC2).
1.1.4. Preparacin
Existen varios mtodos para extraer azufre.
En Louisiana y Texas se extrae directamente de los terrenos en los que hay
depsitos de azufre mediante el mtodo ideado en 1.891 por el qumico
estadounidense Herman Frasch, que consiste en fundir el azufre en el propioyacimiento.
Se perfora el terreno para introducir tres tubos concntricos hasta el depsito
de azufre. Por el tubo exterior se inyecta agua a presin sobrecalentada a unos
170C que produce la fusin del azufre. Una vez que se ha fundido una cierta
cantidad, se inyecta aire a presin por el tubo interior producindose la
ascensin del fundido hasta la superficie, donde se recoge.
El azufre obtenido as es de una pureza muy elevada.
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1.2. Usos
Su uso principal es la fabricacin de cido sulfrico (por el mtodo de
contacto), que a su vez se usa para hacer explosivos, pigmentos, jabones y
detergentes, tinturas y plsticos.
El cido sulfrico es uno de los compuestos qumicos industriales ms
importantes porque se emplea tanto en la fabricacin de compuestos
sulfurados como en la de numerosos materiales que no contienen azufre, tal
como cido fosfrico.
Se usa tambin en la fabricacin de cerillas, para el vulcanizado del caucho y,
finamente dividido y mezclado con limo, como fungicida para las plantas.El azufre tiene tambin algunas aplicaciones en la industria cosmtica y
farmacutica.
El tiosulfato de sodio, Na2S2O35H2O, se usa en fotografa como fijador de
negativos.
Cuando se combina con diversos minerales, el azufre forma un cemento
especial usado para fijar en la piedra objetos de metal como barandas y
cadenas.
1.2.1. El Azufre en el asfalto
- Como aditivo extendedor
Los aditivos extendedores tienen como objetivo el disminuir la cantidad de
asfalto a emplearse en la mezcla asfltica. Estos aditivos tendrn que ser ms
econmicos que el asfalto adems de ser compatible con el mismo y no afectarnegativamente las propiedades del asfalto. Estos productos tambin pueden
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mejorar el asfalto. Los aditivos extendedores presentan mayores desventajas
que ventajas al adicionarlo a la mezcla asfltica, se emplean en un
porcentaje del 5% al 30% del asfalto son resistentes al agua y a los
combustibles, adems aumentan la penetracin del asfalto, sin embargo son
susceptibles al envejecimiento, disminuyen la ductilidad, el punto de
reblandecimiento y producen contaminacin por emisiones en la produccin de
las mezclas. El material que se emplea para este propsito es el azufre.
- Como agente modificador del asfalto
El azufre es un elemento no metlico, inspido, inodoro, de color amarillo
plido. Se encuentra en el grupo 16 (o VIA) del sistema peridico. Tambin
llamado 'piedra inflamable', el azufre se conoce desde tiempos prehistricos y
ya apareca en la Biblia y en otros escritos antiguos. Debido a su
inflamabilidad, los alquimistas lo consideraron como un elemento esencial de la
combustin. El azufre ocupa el lugar 16 en abundancia entre los
elementos de la corteza terrestre, y se encuentra ampliamente distribuido
tanto en estado libre como combinado con otros elementos. As se halla en
numerosos sulfuros metlicos, como el sulfuro de plomo o galena, PbS la
esfalerita, ZnS la calcopirita, (Cu,Fe)S2 el cinabrio, HgS la estibina,
Sb2S3 y la pirita de hierro, FeS2. Tambin se encuentra combinado con
otros elementos formando sulfatos como la baritina, BaSO4 la celestina,
SrSO4, y el yeso, CaSO42H2O. En estado libre se encuentra mezclado
con rocas de yeso y pumita en zonas volcnicas, principalmente en Islandia,
Sicilia, Mxico y Japn, apareciendo a menudo como sublimados en las
inmediaciones de orificios volcnicos. El azufre en estado libre puede
formarse por la accin del aire
en las piritas, o tambin depositarse por aguas sulfurosas calientes, en
las cuales el sulfuro de hidrgeno se ha oxidado por contacto con la
atmsfera. A principios de los aos noventa, la produccin mundial de
azufre alcanz unos 52,7 millones de toneladas mtricas.
El rpido crecimiento de los costos del petrleo en el mercado mundial,adems de la gran necesidad de construir pavimentos asflticos con
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mejores caractersticas, promovieron la investigacin en el campo, de la
utilizacin de azufre elemental o residuos azufrados en las mezclas
asflticas para pavimentos. As, el principal objetivo del uso de azufre, es
la obtencin de mezclas con las mejores caractersticas de durabilidad y
longevidad del pavimento, menor viscosidad, ms alta resistencia al agua, a la
gasolina y otros solventes qumicos. De esta forma, el azufre es utilizado como
un extendedor del asfalto, para disminuir el costo total de las mezclas, con
mejoramientos en algunas propiedades fsicasmecnicas.
Los estudios que se han realizado tienen como inicio un anlisis de las ventajas
del uso del azufre elemental, as como la economa, o posible disminucin de la
cantidad de asfalto en las mezclas, lo que permite un ahorro en los
recursos energticos, disminuyendo las temperaturas de mezclado y
compactacin de las mezclas. Estos estudios determinaron que, con el
uso del azufre se mejora la trabajabilidad de la mezcla, adems de
alcanzar otras mejoras en las caractersticas de la mezcla. Tambin se
tomaron en cuenta, para los estudios, otros aspectos como lo son el
envejecimiento y el impacto ambiental que conlleva el uso del azufre.
La idea de la utilizacin del azufre, como el aditivo mejorador de las
propiedades del asfalto, tiene su inicio en el ao de 1866. En el ao de
1936 se patento la produccin de las composiciones plsticas. Las
investigaciones de las propiedades reolgicas, determinaron que la
viscosidad y la rigidez del asfalto modificado con azufre, se incrementa
con el aumento de la dosificacin del azufre, el cual acta tambin como
llenante secundario.
Fue hasta los aos 19701980 cuando algunos pases iniciaron el uso
del azufre como aditivo para asfalto. A partir de los aos 19691970, se
conocen las patentes y el uso de los materiales azufreasfalto en la
construccin de autopistas en Canad, U. S. E., Francia, Rusia y Polonia,
esto debido al cambiante costo del petrleo y al incremento mundial de la
produccin de azufre en el mundo. En el ao de 1975 se construye, en
Estados Unidos, el primer tramo experimental de cemento asfltico con aditivode azufre. Estos trabajos demuestran que el cemento asfltico puede ser
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reemplazado por azufre hasta en un 40%, con el uso de tecnologa
tradicional de colocacin de la mezcla. Adems, se determin que la vida til
de estas obras puede llegar a ser de 10 aos por lo menos. Se demostr
tambin, que los asfaltos tratados con azufre son ms resistentes a la
intemperie y ms durables, particularmente a bajas temperaturas. Unos aos
despus, una compaa diferente desarrollo una nueva mezcla con el
nombre THERMOPAVE, la cual contiene entre el 67% de asfalto, 13% de
azufre, grava y arena de baja calidad. La compaa GUF de Canad
utiliza el azufre fundido en Canad de 3% a 4% en las mezclas comunes.
Se han encontrado varias deficiencias en el uso del azufre, como los son
los causados por algunos tipos de microorganismos y radiacin UV,
especialmente en los climas lluviosos y calientes, baja la resistencia trmica de
la mezcla, entre otros
El uso de azufre como modificador de asfaltos, presenta algunas
ventajas, y las observaciones obtenidas en experiencias internacionales se
resumen a continuacin:
- La modificacin de asfaltos con azufre produce cambios en la
composicin qumica del asfalto, principalmente en la disminucin de del
contenido de resinas y asfaltenos, y el aumento de los aromticos. El
azufre adicionado aumenta la penetracin de los asfaltos modificados con
respecto a los asfaltos sin modificar.
- El envejecimiento de los asfaltos modificados con azufre aumenta, con el
decremento de contenidos saturados, resinas y aromticos, debido a la
oxidacin que se presenta por las altas temperaturas y el aire presente.
- Los asfaltos modificados con azufre presentan una ductilidad muy baja
en comparacin con los asfaltos tradicionales, adems el azufre influye
en la disminucin del punto de reblandecimiento.
- El azufre mejora propiedades del asfalto como, la penetracin,
estabilidad, viscosidad, punto de ablandamiento, adherencia, pero a suvez afecta negativamente la resistencia al envejecimiento.
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- Como modificador de asfaltos, el azufre es en extremo poco utilizado, y no se
cuenta a nivel nacional con grandes experiencias en su uso. Esto es debido
a que se presenta un peligro probable durante su manejo y procesos de
fundicin, pues se liberan una gran cantidad de gases altamente txicos
como el H2S y SO2, los cuales se vuelven an ms peligrosos a causa
de u caracterstica prcticamente inodora, adems, como es un elemento
de fcil combustin se temen posibles explosiones en caso de limpieza
inadecuada en los tanques de almacenamiento y fundido de asfalto
modificado previamente con polmeros.
- El azufre presenta una densidad dos veces mayor a la del asfalto, lo que hace
que aumenten los costos por transporte.
El azufre es utilizado en dos tipos de pavimentos asflticos procesados y
un nmero de productos importantes. Mezclado en pequeas cantidades se
utiliza como un diluyente del asfalto. Otro proceso utiliza una gran cantidad de
azufre donde este excedente se comporta como un filler modulable,
produciendo una mezcla de fcil manejo, la cual puede ser extendida por
maquinaria sin rodillo de compactacin y cuando se enfra es muy resistente
a la deformacin.
La cantidad de azufre que reaccionaria con el asfalto depende de la
composicin y de la temperatura del asfalto. Se ha demostrado que el
azufre reacciona predominantemente con la fraccin naftenicaaromatica
del asfalto., ya sea adicionndose a la molcula, u oxidando este con la
extraccin de hidrogeno como sulfuro de hidrogeno. Entre 119C y 150C,el punto de fusin de la fraccin mono del azufre, la reaccin es
principalmente de adiccin, produciendo un incremento de la fraccin polar
aromtica y un relativo pequeo cambio en las propiedades reolgicas del
asfalto. Arriba de los 150C, el proceso de oxidacin aumenta
rpidamente, produciendo un incremento en los asfaltenos y un efecto en
las propiedades del asfalto similar al soplado. (Asfalto Oxidado o
Soplado: Se ha modificado alguna de sus caractersticas naturales, debido
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a que se le ha inyectado aire a temperatura elevada durante el proceso de
destilacin).
La obtencin de cido sulfhdrico a temperaturas por encima de los 150C se
eleva rpidamente y por ende, no debe elevarse esa temperatura.
Dependiendo de la constitucin qumica del asfalto, aproximadamente 15
a 18% de azufre puede ser dispersado en al asfalto y permanecer
estable por un periodo prolongado. La influencia del contenido de azufre
sobre el ensayo Marshall de un concreto asfltico arena usando un asfalto
de penetracin 200g muestra un incremento sustancial en la estabilidad
Marshall que se puede asegurar con la adiccin de azufre.
A continuacin se muestra en forma resumida, un enlistado de los
materiales que se emplean como modificadores de asfalto, as como las
propiedades que manipulan cada uno de ellos.
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RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS
2. Reciclado de Pavimentos
2.1. Conocimientos Previos2.1.1. Alternativas de rehabilitacin estructural
Las tcnicas de conservacin de asfaltos pueden dividirse en tcnicas clsicas
y tcnicas de reciclado. Ambas tcnicas pueden resultar eficaces ante un
mismo problema. Es por ello que expondremos brevemente a continuacin los
criterios de seleccin que se deben seguir para llevar a cabo la eleccin ms
conveniente en cada caso.
A la hora de abordar la rehabilitacin de una carretera agotada tenemos
muchas posibilidades. Sin embargo hay dos cuestiones claves que siempre
nos deberamos hacer:
Qu ha fallado en la carretera?, y
Qu quiere realmente el propietario de la misma?
La respuesta a estas dos preguntas reduce las opciones de rehabilitacin a
slo aquellas que son compatibles con el presupuesto, la naturaleza del
problema y el periodo de proyecto. Si adems identificamos si el problema
afecta a las capas superficiales o a la estructura del asfalto, la determinacin
de la mejor opcin se ve simplificada.
En el caso de que el problema afecte a las capas superficiales, hasta 10 cm de
profundidad, el reciclado con emulsin suele ser una magnfica opcin. En
estos casos el deterioro se suele producir por envejecimiento de la capasuperior que se ha degradado, fisurado, descarnado, etc.
En estas situaciones, la nueva capa reciclada se comporta como una buena
capa de base asimilable a una grava-emulsin. Dependiendo del trfico, nos
podremos plantear cubrirla con un simple tratamiento superficial o lechada
bituminosa o un refuerzo convencional.
Las opciones de rehabilitacin tradicionales son el refuerzo convencional y el
fresado seguido de reposicin (y normalmente, tambin de refuerzo). El primer
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caso tiene un coste parecido a la solucin con reciclado; el segundo es mucho
ms caro.
En el caso de que los problemas afecten a la estructura del pavimento,
debemos tener en cuenta que la rehabilitacin a llevar a cabo se debe plantea
a ms largo plazo. No debemos olvidar, que el agotamiento de la estructura no
implica el agotamiento de los materiales que la componen.
Como regla general, la rehabilitacin en estas situaciones debera tender a
maximizar el valor residual que se puede rescatar de la seccin actual. Esto
implica que los materiales que han sido consolidados a travs de los aos por
accin del trfico, no deben ser alterados.
La solucin indicada en estos casos puede ser el reciclado, con cemento o
emulsin, en un espesor tal que recupere la totalidad de las capas afectadas.
Estamos hablando de espesores de reciclado que pueden llegar a los 15 cm si
trabajamos con emulsin y hasta 40 cuando trabajamos con cemento.
Si existe presencia de materiales plsticos, como por ejemplo en el caso de
contaminacin de finos procedentes de la explanada, se puede utilizar tambin
cal para corregir este efecto.
Como en el caso de la rehabilitacin superficial, se pueden plantear una o
varias capas de refuerzo posterior al reciclado, dependiendo de las condiciones
del trfico. Esta solucin tambin es adecuada, cuando existen graves
deficiencias de la explanada en carreteras de trfico moderado a bajo. En tales
casos, un reciclado con cemento en un espesor importante puede evitar la
reconstruccin total de la seccin. Las capas tratadas con cemento
suelen tener una rigidez considerable, por lo que no se deben de utilizar en
pequeos espesores sobre capas de escasa capacidad portante por los
problemas asociados de fragilidad que pueden presentar.
El proceso de seleccin de alternativas en conservacin de asfaltos se puede
resumir en cuatro fases:
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Fase 1. Descripcin de las condiciones existentes en el asfalto:
- Recopilacin de informacin preliminar (localizacin y longitud del tramo, clase
de carretera, seccin del asfalto existente, geometra de la carretera,
caractersticas del trfico, caractersticas de las capas inferiores del asfalto).
- Descripcin del asfalto (condiciones superficiales y condiciones estructurales).
Fase 2. Identificacin de las alternativas viables de rehabilitacin:
- Rehabilitacin superficial.
- Rehabilitacin estructural.
- Reconstruccin parcial o total.
Fase 3. Evaluacin de las alternativas de rehabilitacin estructural:
Una vez se ha tomado la decisin de mejorar la capacidad estructural del
asfalto, se dispone de varias tcnicas diferentes para llevarla a cabo. Entre las
ms importantes podramos comentar las siguientes:
- Tcn ic as c on ven ci ona les o c lsi cas.Se trata de las tcnicas usuales
que se utilizan de forma generalizada en la actualidad. Con estos mtodos, los
deterioros ms importantes se corrigen colocando una capa de refuerzo
superficial a base de materiales vrgenes. Si los deterioros son muy
importantes, se procede a eliminar el grosor defectuoso y se substituye por
nuevas capas bituminosas.
- Tcn icas d e rec ic lado. Este tipo de mtodos se basan en la
reutilizacin de los materiales del asfalto defectuoso. Junto con estos
materiales envejecidos, se pueden aadir otros elementos (agentes
rejuvenecedores, nueva mezcla bituminosa, etc.). Estas tcnicas se pueden
dividir en varios tipos diferentes, que exponemos brevemente a continuacin:
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Reciclado in situ en caliente. Se reutiliza la totalidad de los materiales
extrados del asfalto envejecido mediante un tratamiento con aportacin de
calor que se realiza en el mismo lugar de la obra. El asfalto se calienta
mediante unos quemadores y se fresa un grosor determinado. Este material es
mezclado normalmente con agentes qumicos rejuvenecedores y con nueva
mezcla. Finalmente, la nueva mezcla se extiende y se compacta mediante
procedimientos convencionales.
Reciclado in situen fro con cemento.Este es un procedimiento que se
basa en el fresado en fro de un cierto grosor del asfalto envejecido y el
mezclado de este material con un conglomerante hidrulico (cemento
normalmente). El nuevo material se extiende y se compacta definiendo una
slida base para posteriores refuerzos.
Reciclado in situ en fro con emulsiones bituminosas (RFSE). Esta
tcnica, que es la utilizada en los tramos que posteriormente estudiaremos y
comentaremos, permite reutilizar la totalidad de los materiales extrados del
asfalto envejecido en condiciones tcnicas, econmicas, sociales yambientales muy favorables. El procedimiento usual y bsico consiste
fundamentalmente en las siguientes operaciones:
- Fresado en fro de un cierto grosor del asfalto
- Mezclado del material obtenido con una proporcin determinada de
emulsin y otros aditivos
- Extensin en obra de la nueva mezcla
- Compactacin enrgica
- Curado de la capa reciclada
- Extensin de una capa delgada de rodadura a base de mezcla en caliente.
Reciclado en planta.Este procedimiento permite reciclar el conjunto o slo
una cierta proporcin de material envejecido mediante una central asfltica
adaptada. Al ser el porcentaje de material envejecido relativamente
bajo, esta metodologa permite corregir problemas graves de dosificacin o
calidad de los materiales.
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Dadas todas las tcnicas de conservacin posibles, debe hacerse un anlisis
de cada una de ellas teniendo en cuenta todos los condicionantes que las
puedan afectar. Algunos de los ms importantes seran :
- Coste. Cada tcnica tendr un cierto coste que hay que tratar de
minimizar. El coste se puede considerar en trminos econmicos, sociales y
medioambientales.
- Experiencia.La empresa y los tcnicos pueden tener ms experiencia con
una tcnica que con otra, con lo que las garantas de xito son diferentes en
cada caso.
- Equipos disponibles. La empresa debe tener disponibles los equiposhumanos y materiales necesarios para poder utilizar una determinada tcnica.
- Tiempo requerido de ejecucin. El tiempo de entrega de la obra
acabada puede ser determinante a la hora de elegir una tcnica de
conservacin.
- Otros varios.
Fase 4. Seleccin de la alternativa ptima:
Tras un detenido anlisis de todas las alternativas existentes se debe elegir la
que se estime ms conveniente en cada situacin. Una vez conocida la tcnica
a emplear, un estudio de laboratorio determina la frmula de trabajo
(dosificacin de todos los elementos de la mezcla reciclada) y el procedimiento
de construccin.
2.1.2. Tcnicas de reciclaje
El reciclado de asfaltos existentes comprende una serie de tcnicas
constructivas tendentes al aprovechamiento integral de materiales envejecidos
de asfaltos y pavimentos que desde la crisis energtica de los aos setenta
vienen emplendose cada vez con ms profusin en la rehabilitacin
estructural de los asfaltos de carretera. En el caso de los realizados in situ se
ha producido en la ltima dcada un significativo desarrollo en los equipos y en
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los sistemas constructivos empleados en su ejecucin, con mquinas
especficas para esa labor, que han permitido a su vez el desarrollo y
potenciacin de estas tcnicas.
Tanto las obras realizadas en los ltimos diez aos y la experiencia
adquirida en ellas, como la necesidad de considerar las tcnicas de
reciclado como alternativas, por consideraciones ambientales, de seguridad
vial y econmicas, en los proyectos de rehabilitacin de asfaltos aconsejan la
redaccin de unas especificaciones sobre las tcnicas de reciclado de asfaltos.
. Las tcnicas son las siguientes:
- El reciclado in situ con emulsin de capas bituminosas.
- El reciclado in situ con cemento de capas de asfalto.
- El reciclado en central en caliente de capas bituminosas.
2.1.3. Ventajas del reciclado como tcnica de conservacin
Las tcnicas clsicas tienen importantes defectos. Un asfalto envejecido sin
problemas estructurales graves se compone de unas capas inferiores ms o
menos sanas y de unas capas superficiales deterioradas. La colocacin sin
ningn tratamiento de una nueva capa sobre la superficie envejecida (refuerzo
o recrecido) hace que en el nuevo asfalto exista una capa intermedia
deteriorada que ha perdido sus cualidades mecnicas y que constituye por
tanto un elemento intil y perturbador para su buen funcionamiento. En la
actualidad, multitud de capas de rodadura colocadas en una operacin de
refuerzo por recrecido convencional resultan grave y prematuramente daadas
debido a su mal asiento. El reciclaje de esta capa deteriorada antes de la
extensin de la nueva capa superficial asegura un buen funcionamiento
estructural del conjunto del asfalto, una mayor durabilidad y un mejor servicio a
los usuarios.
El reciclado de pavimentos asflticos supone en primer lugar un
aprovechamiento de los recursos disponibles en la obra. Los materiales
envejecidos pueden ser reutilizados mediante una tcnica adecuada de forma
que son nuevamente vlidos para la construccin del asfalto. Con este tipo detcnicas, en las operaciones de conservacin se puede disminuir mucho la
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demanda de materiales (ridos, betn, etc.), se elimina la necesidad de
encontrar canteras y vertederos prximos a la obra, se mejoran los
rendimientos de fabricacin, etc. Adems, los mtodos de reciclaje in situ
permiten eliminar las operaciones de transporte de los materiales, tanto de los
envejecidos hasta un vertedero como de los nuevos desde su punto de
suministro hasta la obra. Todas estas mejoras repercuten en importantes
ahorros y en un mayor respeto hacia el medio ambiente. Los mtodos de
reciclaje tienen otras ventajas tcnicas, entre las que estn las siguientes:
- Evita problemas de glibo. La tcnica clsica de recrecer el asfalto,
utilizada de forma sucesiva puede provocar problemas asociados al
crecimiento de la cota de la superficie del asfalto. Suele darse este problema
en tneles, en ciudades (prdida de desnivel respecto a la acera), en puntos de
recogida de aguas, puede afectar a las pendientes, a la altura de la
sealizacin vertical, etc.
- Facilita las actuaciones relativas al cambio de la geometra de la
carretera. As, se pueden hacer cambios en la alineacin vertical y horizontal
sin la necesidad de grandes actuaciones, cosa que sera ms difcil hacer
mediante tcnicas clsicas.
- Optimiza los recursos disponibles. El recrecimiento de los asfaltos
puede no optimizar los recursos, como es el caso de una va de varios carriles,
donde los deterioros se concentran en los carriles exteriores ya que por ellos
circulan los vehculos pesados de forma canalizada. La tcnica clsica obliga a
recrecer todos los carriles, quedando sobredimensionados los centrales,
mientras que las tcnicas de reciclado permiten rehabilitar slo el carril que lo
necesita. Adems, esta actuacin permite el paso del trfico por los carriles que
no son tratados.
- Tienen un nivel de afeccin al trfico menor. Es posible reciclar slo
un carril y permitir la circulacin por los restantes. Adems, el tiempo de
ocupacin de la va es menor que el de las tcnicas clsicas, ya que un asfalto
reciclado puede generalmente abrirse al trfico en pocas horas.
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- Permite la estabilizacin de las capas inferiores en caso de problemas
estructurales y el aprovechamiento de la capa de rodadura envejecida. Es
posible reparar fallos estructurales sin necesidad de desechar los materiales
existentes.
- Mejora las condiciones de adherencia superficial. Adems, si el
asfalto tiene otros deterioros superficiales, el reciclado puede resolver el
problema automticamente.
El reciclaje no es aplicable a todas las operaciones de conservacinrealizables. Estas tcnicas pueden tener un coste econmico superior al de las
clsicas, pueden no ser aceptables ambiental o socialmente, o simplemente
pueden no dar buenos resultados desde el punto de vista tcnico. De este
modo, el anlisis de los fallos es fundamental para la eleccin de la tcnica de
conservacin a emplear.
2.1.4. Consideraciones previas para proyectar un reciclado
Cuando nos planteemos el reciclado de una carretera, hay tres grandes reas
que deberamos considerar para asegurar el xito de la operacin: la tcnica, la
ambiental y la econmica. Cada uno de estos bloques, contiene elementos que
pueden inclinar la balanza a favor de un determinado tipo de tcnica.
2.1.4.1. Consideraciones de carcter tcnico
Los pavimentos estn integrados por diferentes capas de materiales cuya
misin es transmitir las solicitaciones del trfico que llegan a la superficie, a la
explanada, de forma que sta, que no tiene una gran capacidad portante, no
sufra deformaciones plsticas. Cada una de las capas est definida por su
espesor y la naturaleza del material que la forma, que le confiere
un cierto comportamiento mecnico cuantificable a travs de su mdulo
elstico.
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Cuando hablamos de materiales ligados, la capa funciona en su conjunto
actuando (en mayor o menor grado) como una placa. Esto significa que en su
parte superior moviliza una serie de compresiones horizontales y las
correspondientes tracciones en su zona inferior. Estos materiales fallan por
acumulacin de ciclos de carga-descarga que fatigan el material dando lugar a
fisuras que se transmiten de abajo a arriba.
Cuando nos enfrentamos a una rehabilitacin es fundamental tener en
cuenta lo anterior. Tendremos que identificar cul es el espesor de cada una de
las capas del pavimento y su naturaleza, qu tipo de explanada tenemos y qu
tipo de fallo se ha producido.
Los fallos que proceden de los cimientos del pavimento (explanadas de
mala calidad, deficiente capacidad portante, etc.), deben ser estudiados de
manera particular. Sin embargo, cuando los fallos proceden de las capas
superiores, el identificar la naturaleza de los mismos ayuda a determinar cul
es la solucin ms adecuada para su rehabilitacin.
Adems de la identificacin de los materiales existentes, es muy
importante que conozcamos sus condiciones de trabajo. Para ello debemos
conocer con exactitud cul es el trfico que soporta la carretera en el momento
presente y cul es su evolucin previsible (especialmente en lo que respecta a
los vehculos pesados). No debemos de olvidar que estos proyectos tienen un
periodo de diseo de 10 a 20 aos. El anlisis de las deflexiones nos aportar
muchos datos para una mejor comprensin del comportamiento mecnico
de las capas.
Por ltimo, es importante sealar dentro de este captulo la disponibilidad de
materiales y equipos, as como las propias condiciones de la obra.
2.1.4.2. Consideraciones de carcter ambiental
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Todava hoy es frecuente que el diseo de las secciones de asfalto se realice
en base a criterios estructurales a pesar de las diferentes
condiciones ambientales. Las condiciones ambientales afectan a la carretera
de tres maneras:
- La superficie del asfalto est expuesta al clima del lugar. Los ciclos
trmicos y la radiacin solar producen un envejecimiento y progresivo deterioro
de la capa.
- La estructura del asfalto es muy sensible al ingreso de agua que se produce
a travs de las fisuras y grietas superficiales. Esta agua, en combinacin con
los mencionados efectos trmicos, puede tener un efecto totalmente
destructivo para la carretera.
- Las condiciones medioambientales, que afectarn a la disponibilidad de
nuevos ridos (explotacin de canteras), posibles puntos de vertido, emisiones
a la atmsfera, etc.
Todos estos factores se deben de tener en cuenta a la hora de considerar cul
es la solucin ms adecuada de rehabilitacin.
2.1.4.3. Consideraciones de carcter econmico
Es bien evidente que siento este el bloque que se menciona en ltimo lugar, es
el que probablemente tenga una mayor peso especfico a la hora de
decantarse por una solucin u otra.
En general, todas las propuestas que implican un proceso de reciclado son
ms econmicas por cuestiones obvias. Sin embargo, en algunos casos, la
comparacin econmica no es claramente favorable para el proceso de
reciclado en sentido estricto. Aun en estos casos, el proceso de reciclado
siempre es ms econmico en trminos globales, si tenemos en cuenta todas
las externalidades que se producen en muchos de los procedimientos
convencionales.
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2.1.5. Sistemtica para la metodologa de diseo
2.1.5.1. Datos de partida
La sistemtica que se describe a continuacin tiene lugar una vez que se ha
determinado que la mejor opcin de rehabilitacin para la va es un reciclado.
Antes de llevarla a cabo, es preciso conocer:
- Periodo de proyecto.
- Tipo de reciclado.
- Trfico.
- Historial del asfalto a reciclar.
- Geometra actual y futura de la va.
- Posible aportacin de materiales.
- Nivel de propiedades funcionales esperado.
- Presupuesto para la ejecucin de los trabajos y la posterior conservacin
de la va.
- Comportamiento del pavimento actual.
- Capa o capas a situar sobre el reciclado.
- Disponibilidad de materiales y equipos.
- poca en la que se ejecutarn los trabajos.
2.1.5.2. Reconocimiento del asfalto
a) Inspeccin visual
Se necesita llevar a cabo una inspeccin visual del pavimento existente, por
parte de personas expertas y, a poder ser, en la poca ms adecuada del ao
(despus de un periodo prolongado de lluvias, pero con el pavimento ya seco),
tomando nota de lo siguiente:
- Tipo y gravedad de los deterioros distinguiendo entre superficiales,
estructurales localizados y estructurales generalizados.
- Tramos que muestran similares tipos y niveles de deterioro.
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c) Toma de muestras
La fase de toma de muestras es crtica no slo desde el punto de vista del
reconocimiento de la seccin del asfalto a reciclar sino como paso previo paraestablecer la estrategia de tramificaciones ms adecuada para la ejecucin de
las obras. Adems la caracterizacin de estos materiales nos adentra en la
etapa siguiente, el diseo de la frmula de trabajo.
La representacin en un mismo diagrama del resultado de la inspeccin visual,
de las auscultaciones y, si se dispone de l, del historial, proporciona una
imagen ms clara del estado del asfalto y permite asociarla a las zonas
homogneas que presentan un nivel similar de deterioro.
Para establecer el muestreo del asfalto, que son forzosamente puntuales, se
tienen que hacer en unos puntos aleatoriamente determinados dentro de esas
zonas aparentemente homogneas. En los reciclados de las clases II y III (ver
Tabla 2.1.), que afectan principalmente a capas bituminosas, suele bastar con
sacar unos testigos, o mejor, fresar una parte de las capas superficiales,
incluso con un equipo pequeo. Adems de tomar nota de los espesores de las
capas del asfalto encontradas, se deben obtener muestras separadas para
cada capa, en una cantidad suficiente para realizar unos ensayos de
identificacin (granulometra y plasticidad, si son aplicables), de estado
(humedad natural) y de resistencia.
2.1.5.3. Frmula de trabajo
a) Control de materiales
Los ensayos a los materiales se tendran que llevar a cabo sobre unos
materiales ya sometidos a la accin de los equipos de disgregacin. Sin
embargo, es muy frecuente que las muestras extradas del asfalto no estn
disgregadas, esta circunstancia debe ser tenida en cuenta y, en la medida de lo
posible, habra que estimar o simular en laboratorio los efectos de la futura
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- La toma de cohesin y las propiedades mecnicas finales de la mezcla deben
ser las adecuadas para el trfico durante la fase de ejecucin y las
solicitaciones finales del asfalto.
c) Frmulas de proyecto
La determinacin de la frmula de proyecto es la consecuencia de los ensayos
realizados en el laboratorio, y las exigencias propias del trabajo a realizar. Para
la determinacin de la frmula de proyecto es fundamental que los materiales
sean lo ms representativos posible, no slo respecto de su procedencia, sino
tambin del proceso de fresado al que van a ser sometidos.
Para conocer con exactitud qu efecto va a tener el fresado en las
caractersticas de los materiales sobre los que va a actuar (disgregacin de los
que presenten cohesin, degradacin de los materiales, etc.), es muy
conveniente, antes de iniciar la rehabilitacin propiamente dicha, realizar unos
tramos de prueba con el equipo que se vaya a utilizar finalmente.
Hay una gran variacin internacional sobre procedimientos para llegar a la
frmula de proyecto:
- Mtodo del Instituto de Asfalto.
- Mtodo Marshall Modificado para Emulsiones.
- Mtodo de la Universidad de Illinois.
- Mtodo de Probisa para mezclas densas en fro.- Mtodo de la Compaa Chevrom.
- Mtodo de ensayo para la determinacin del porcentaje y grado de
agente reciclante para el uso en reciclado en fro.
- California Test 378.
- Mtodo basado en el ensayo de inmersin-compresin
Entre los mtodos antes citados para establecer en laboratorio la frmula deproyecto de las mezclas en fro y recicladas, algunos son contradictorios con la
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propia esencia del material, ya que llegan a calentarse las muestras a
temperaturas muy superiores al punto de reblandecimiento del betn. Otros
tienen mtodos de drenaje de las probetas de discutible eficacia y paralelismo
con la realidad.
2.1.6. Dimensionamiento de una seccin reciclada con emulsin
El dimensionamiento de cualquier estructura y, en particular de los asfaltos, es
siempre complejo. Esta afirmacin es especialmente vlida en el caso de las
secciones recicladas, ya que el propio proceso de reciclado y la filosofa de
esta tcnica, aportan una cierta variabilidad en las capas as tratadas.
El fin ltimo del proceso de dimensionamiento, una vez elegida la naturaleza de
las capas que van a integrar la seccin seleccionada es determinar el espesor
de cada una de ellas. La tendencia ms habitual suele ser acudir a
catlogos de secciones que, en funcin normalmente del trfico esperado y el
nivel de deflexiones existentes, proporcionan los espesores buscados. Este
camino permite simplificar el proceso para los no expertos, conjugando las
bondades del clculo analtico con la experiencia y racionalidad de lo que es
constructivo y est sancionado por la experiencia.
Otra posibilidad es utilizar un procedimiento analtico de clculo. Generalmente
se utilizan los modelos de respuesta basados en el modelo elstico multicapa,
complementado con un anlisis del comportamiento a fatiga de la
estructura. La dificultad principal radica en la determinacin de los mdulos de
cada capa y de las correspondientes leyes de fatiga.
Para las capas recicladas con emulsin, es frecuente admitir un mdulo (que
est del lado de la seguridad) de 2.500 MPa. Sin embargo, este mdulo
penaliza mucho el comportamiento de la capa reciclada. En algunos casos,
tanto es as, que por ser menor el mdulo atribuido al reciclado que el de la
mezcla bituminosa que actualiza, cuanto mayor es el espesor reciclado menos
ejes soporta la seccin en cuestin. De la experiencia se desprende que los
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mdulos alcanzados con este tipo de mezclas, despus de completado su
periodo de curado, pueden llegar sin problemas a los 4.000 MPa
Figura 1.1. Ficha tipo del catlogo de soluciones estructurales
En el caso de los reciclados en fro in situ el dimensionamiento se convierte en
una cuestin an ms compleja ya que existe una casi generalizada ausencia
de normativa al respecto. Para elaborar las soluciones, se han empleado
criterios empricos y de clculo por diferentes motivos:
- La modelizacin estructural es siempre una abstraccin de la realidad, y por
tanto, es necesaria la experiencia para llegar a las soluciones ms adecuadas,
aunque a menudo sea por tanteo.
- La variabilidad de los materiales reciclados es grande, por lo que es difcil su
modelizacin.
- La experiencia acumulada no est an demasiado consolidada, por lo queparece conveniente acotar las soluciones a una gama estructuralmente vlida.
La presentacin de las soluciones es tambin anloga a la utilizada en los
catlogos de secciones estructurales con que trabajamos habitualmente. Se
compone de ocho fichas que dependen de la naturaleza del asfalto existente y
el tipo de reciclado a utilizar (emulsin o cemento). En la tabla 1.1. se muestra
la clasificacin utilizada para los reciclados y en la Figura 1.1. una ficha tipode Probisa.
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Algunas de estas operaciones pueden combinarse en una sola mquina u
operacin, mientras que otras pueden no ser necesarias en algunos proyectos.
En la figura 1.2 podemos observar la secuencia habitual de un tren de
reciclado
Figura 1.2. Secuencia habitual de un proceso de reciclado
Para las carreteras de trfico pesado T1 o T2 o cuando la superficie a tratar
sea superior a los 70.000 m2 ser preceptivo el empleo de equipos que
integren en una sola mquina las operaciones de fresado, de dosificacin y de
distribucin de la emulsin, de mezcla y extensin.
El equipo de fresado, compuesto por una o ms mquinas fresadoras, con
anchura mnima de medio carril y dotadas de rotor de fresado de eje
horizontal, deber ser capaz de fresar el asfalto existente en la profundidad yanchura especificadas, produciendo un material homogneo con la
granulometra requerida en una sola pasada y deber hacerlo a una
velocidad constante adecuada. Las fresadoras estarn dotadas de un
dispositivo de control automtico que asegure el espesor especificado. Adems
estarn provistas de un dispositivo que evite el levantamiento en bloques del
material.
En cuanto al equipo de dosificacin de la emulsin bituminosa y del agua y losaditivos, se compondr de depsitos, bombas de caudal variable y difusores
adecuadamente dispuestos, con control automtico programable de
dosificacin, que permita realizar las dosificaciones de la frmula de trabajo
correspondiente, segn la profundidad y anchura del material fresado que se
vaya a reciclar, y segn la velocidad de avance de la mquina.
El mezclador deber garantizar una mezcla homognea y uniforme en toda la
anchura y profundidad de reciclado. La mezcla podr realizarse mediante unamezcladora independiente o bien en las propias mquinas fresadoras
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aprovechando la energa del rotor de fresado, en cuyo caso el sistema de
dosificacin deber ir incorporado al elemento de fresado.
El suministro de la emulsin y del agua a la unidad de mezcla se
realizar desde cubas o depsitos mviles, de modo que no se produzcanparadas de los elementos de mezcla y extensin del material reciclado.
Se deber evitar la segregacin del material mezclado y se realizar una
extensin y precompactacin homogneas y con el perfil deseado, mediante
una maestra de extensin con dispositivos de nivelacin automticos.
Para dar unos ejemplos de la maquinaria actualmente existente,
presentaremos equipos que actualmente se utilizan y comentaremos sus
caractersticas tcnicas as como sus configuraciones de trabajo mshabituales en funcin de los trabajos a realizar.
Wirtgen 2100 DCR
Se trata de una mquina de gran rendimiento adaptada fundamentalmente
a los reciclados, aunque eventualmente se puede utilizar para trabajos de
estabilizacin (ver Foto 1.1). Por contar con regla de extendido, esta mquina
permite llevar a cabo trabajos de gran calidad en lo que a regularidad yhomogeneidad del material reciclado extendido se refiere.
Foto 2.1. Equipo de reciclado W-2100 DCR trabajando en obra
El campo de actividad en el que se aprovechan mejor sus cualidades, es el de
los reciclados con emulsin en capas de espesores moderados (hasta 15 cm),
ya que generalmente se buscan capas de base de caractersticasgeomtricas y mecnicas muy exigentes.
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La 2100 DCR puede fresar al mismo tiempo las capas de aglomerado
existentes y la base granular inferior, mezclando simultneamente estos
materiales con el nuevo ligante. Su motor, de 610 CV de potencia, le permite
trabajar con espesores prcticos hasta 22 cm en un ancho de 200 cm.
Esta mquina cuenta entre otras con las siguientes prestaciones:
- Regulacin automtica de potencia.
- Instalacin combinada de rociado con agua y ligante con equipo de
dosificacin, asistido por microprocesador, que regular mediante una bomba
volumtrica la cantidad de agua y ligante a utilizar en funcin del ancho y
profundidad del fresado.
- Sistema electrnico de nivelacin longitudinal y sensor electrnico de
nivelacin transversal.
- Dispositivo regulable para el extendido del material reciclado entre 2 y 3 m
con equipo de vibracin y compactacin.
Dependiendo del tipo de reciclado, se utiliza una de estas tres configuraciones
de trabajo:
- Cisterna de emulsin + W-2100-DCR + Compactador metlico +Compactador de neumticos.
- Esparcidor de pulverulentos + W-2100-DCR + Compactador metlico +
Compactador de neumticos.
- WM-400 + W-2100-DCR + Compactador metlico + Compactador de
neumticos.
En todos los casos, se puede aportar el agua mediante una cuba conectada
mediante mangueras a la mquina al frente del tren de reciclado, o llenando
espordicamente el depsito de 4.000 litros de la misma.
Wirtgen WR-2500
La WR-2500 es una mquina de gran rendimiento especialmente verstil. Se
adapta a los reciclados con cemento y emulsin y a las estabilizaciones a gran
profundidad (ver Foto 2.2). No tiene regla de extendido, por lo que el material
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reciclado y/o estabilizado se suele extender y nivelar con ayuda de una
motoniveladora.
Trabaja en un ancho de 250 cm y puede llegar a profundidades de 50 cm. Es
una mquina de gran maniobrabilidad, ya que se mueve sobre grandes
neumticos motrices orientables.
Foto 1.2. Equipo WR-2500 trabajando en carretera (Fuente: Revista Carreteras)
Entre otras, cuenta con las siguientes prestaciones:
- Regulacin automtica de potencia.
- Instalacin combinada de rociado con agua, ligante y lechada de
cemento o cal, mediante dos rampas independientes de 16 inyectores cada
una.
- Sistema electrnico de nivelacin longitudinal y de nivelacin
transversal.
Las configuraciones clsicas de trabajo con esta mquina son las
siguientes
(ver foto 1.3):- WM-1000 + WR-2500 + Compactador doble metlico + motoniveladora +
Compactador de neumticos.
- Cisterna de emulsin + WR-2500 + Compactador doble metlico +
motoniveladora + Compactador de neumticos.
- Cisterna de emulsin + WM-1000 + WR-2500 + Compactador doble
metlico + motoniveladora + Compactador de neumticos.
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Foto 1.3. Vista de un equipo mezclador WM 1000 delante de una WR-2500
WM-400 y WM-1000Son elementos auxiliares en el proceso de reciclado. Estas mquinas
son bsicamente mezcladores de agua-cemento o agua-cal (ver Foto 1.3)
La dosificacin de agua se realiza volumtricamente mediante una bomba de
desplazamiento positivo. El cemento se dosifica mediante pesada de alta
precisin.
La proporcin agua/cemento se fija y controla mediante un ordenador que
regula la cantidad de lechada de cemento (o de cal) a proporcionar en el
reciclado en funcin de los parmetros del mismo (velocidad, profundidad,
densidad, anchura, etc.)
Equipos de compactacin
Todos los compactadores deben ser autopropulsados, tener inversores del
sentido de la marcha de accin suave y estar dotados de dispositivos para
mantenerlos hmedos en caso necesario.
La composicin del equipo de compactacin se determinar en el tramo de
prueba, y deber estar compuesto como mnimo por un compactador vibratorio
de rodillo metlico y un compactador de neumticos.
El compactador vibratorio dispondr de un rodillo metlico con una carga
esttica sobre la generatriz no inferior a 300 N/cm y capaz de alcanzar una
masa de al menos 15 toneladas con amplitudes y frecuencias de vibracinadecuadas. El compactador de neumticos ser capaz de alcanzar una
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masa de al menos 35 toneladas y una carga por rueda de 5 toneladas, con una
presin de inflado que pueda alcanzar al menos 0,8 MPa.
La compactacin es una operacin siempre delicada, especialmente si el
espesor es grande. La humedad del material extendido no siempre coincide
con la ptima de compactacin: si fuera excesiva puede que haya que esperar
algn tiempo a que se seque el material.
Por otro lado, hay que tener en cuenta que, debido a la menor densidad del
material una vez reciclado (sobre todo en los reciclados con emulsin), la
superficie del material compactado va a quedar por encima de la rasante
original, del orden de un 10% del espesor reciclado.
El tren de compactacin habitual de una capa reciclada (ver foto 1.4) sueleestar formado por:
- Un rodillo vibrante pesado, el cual hace que el material extendido y
refinado termine por encajarse en el hueco abierto por el fresado.
- Y un rodillo de neumticos tambin pesado que, con baja presin de
inflado, compacta el fondo de la capa reciclada y, con alta presin,
ayuda a la eliminacin del agua y cierra la superficie.
Foto 1.4. Equipos de compactacin de una capa reciclada (Fuente: Revista Carreteras)
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2.2 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO
2.2.1. Ejecucin de los trabajos
2.2.1.1. Preparacin de la superficie existenteInmediatamente antes de las operaciones de fresado, la superficie de
pavimento se deber encontrar limpia y, por lo tanto, el Constructor deber
adelantar las operaciones de barrido y/o soplado que se requieran para lograr
tal condicin.
2.2.1.2. Fresado del pavimento
El fresado se efectuar sobre el rea y espesor que apruebe el Consultor, atemperatura ambiente y sin adicin de solventes u otros productos
ablandadores que puedan afectar la granulometra de los agregados o las
propiedades del asfalto existente.
El material extrado como resultado del fresado, deber ser transportado y
acopiado en los lugares que indiquen los documentos del proyecto o que
establezca el Consultor y ser de propiedad del Instituto Nacional de Vas. Se
exceptan de esta disposicin los materiales provenientes de las capas de unaconstruccin nueva que deban ser fresadas por el Constructor como resultado
de deficiencias en los trabajos de pavimentacin que este ejecutando y cuyo
retiro sea ordenado por el Consultor, sin medida ni pago por parte del Instituto
Nacional de Vas. En tal caso, el material fresado ser de propiedad del
Constructor quien, adems, deber realizar a su costa el cargue, transporte,
descargue y disposicin en vertedero de dichos materiales.
Durante el manipuleo del material fresado, se deber evitar su contaminacin
con suelos u otros materiales extraos.
En proximidades de sardineles y en otros sitios inaccesibles al equipo de
fresado, el pavimento se deber remover empleando otros mtodos que den
lugar a una superficie apropiada.
El trabajo de fresado se podr realizar en varias capas, hasta alcanzar el
espesor del proyecto, debiendo quedar una superficie nivelada y sin fracturas.
En la eventualidad de que al trmino de una jornada de trabajo no se complete
el fresado en todo el ancho de la calzada, los bordes verticales, en sentido
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longitudinal, cuya altura supere cinco centmetros (5 cm), se debern suavizar
de manera que no impliquen peligro para el trnsito automotor. Igual
precaucin se tomara en los bordes transversales que queden al final de cada
jornada.
Cualquiera que sea el mtodo utilizado por el Constructor, los trabajos de
fresado no debern producir danos a objetos, estructuras y plantas que se
encuentren cerca de la zona de accin de sus equipos y, por lo tanto, deber
tomar las precauciones que corresponda, siendo de su responsabilidad todos
los danos y perjuicios que se ocasionen en dichos elementos durante el
desarrollo de los trabajos. Al efecto, el Consultor estar facultado para exigir la
modificacin o el incremento de todas las medidas de seguridad que se hayan
adoptado inicialmente.
2.2.1.3. Limitaciones en la ejecucin
Los trabajos de fresado se debern realizar en condiciones de luz solar. Sin
embargo, cuando se requiera terminar el proyecto en un tiempo especificado o
se deban evitar horas pico de transito pblico, el Consultor podr autorizar el
trabajo en horas de oscuridad, siempre y cuando el Constructor garantice el
suministro y operacin de un equipo de iluminacin artificial que resulte
satisfactorio para aquel. Si el Constructor no ofrece esta garanta, no se le
permitir el trabajo nocturno y deber poner a disposicin de la obra el equipo y
el personal adicionales para completar el trabajo en el tiempo especificado,
operando nicamente durante las horas de luz solar.
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3. USO DE FIBRAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO
USO DE FIBRAS EN EL CONCRETO EN PAVIMENTOS
A partir de 1960 se incorporaron las fibras metlicas -las de acero
principalmente- y las de vidrio para fabricar un concreto consolidado de
elementos discontinuos y distribuidos aleatoriamente. Sin embargo, no fue sino
en 1971 cuando en Estados Unidos se hicieron los primeros estudios e
investigaciones dirigidos al uso del concreto consolidado con fibras, las que
desde entonces han sido elementos indispensables en la construccin de pisos
industriales de alto desempeo, pavimentos, cubiertas para puentes, concretos
lanzados para la estabilizacin de taludes, revestimientos de tneles,
elementos estructurales prefabricados, bvedas y refractarios, entre otros
usos.
Pero an hay ms; nuevas investigaciones han abierto la posibilidad de utilizar
otros materiales como son las fibras de polipropileno, las microesferas de
poliestireno, la fibra de vidrio y los polmeros, los cuales pueden agregarse al
concreto en la planta dosificadora o bien en la revolvedora cuando sta haya
llegado a la obra, despus de que se obtiene el revenimiento.
FIBRAS DE ACERO
Acero que se utilizan para el refuerzo de concreto hidrulico, en elementos de
concreto, concreto lanzado (Shotcrete), y para sustituir el acero de refuerzo
convencional en pisos y pavimentos. Lo refuerzan proporcionndole una gran
resistencia al agrietamiento, fragmentacin, astillado y desgaste por abrasin,
as como una mayor resistencia a las fuerzas de tensin y de flexin.
Cuando se somete una viga de concreto a grandes esfuerzos, su deflexin
aumenta en proporcin con la carga, hasta el punto en que ocurre una ruptura.
Al reforzar un concreto con fibras de acero, stas actan como pequeas
barras de refuerzo, atravesando las grietas y soportando una carga entera an
ms grande que la que se necesita Las proporciones son variadas y estn de
acuerdo con el uso que vaya a darse al concreto, pueden ir en un rango de 15
a 70 kg. Por metro cubico de concreto.
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BENEFICIOS
Ahorra hasta un 10%, reduciendo el peralte de la losa sin perder su
resistencia, tomando en cuenta el diseo.
Hace del concreto un material ms dctil.
Incrementa la resistencia al impacto
Incrementa el esfuerzo a la tensin.
Incrementa la resistencia a la fatiga.
Incrementa los esfuerzos cortantes.
Controlar el agrietamiento resultante de esfuerzos internos y
estructurales del concreto.
Ofrece un refuerzo tridimensional a la masa de concreto.
Aumenta el tiempo de vida del concreto hasta 10 veces ms.
Mantiene las mismas propiedades en todo el concreto.
Utilizando fibras de acero no se tienen problemas de corrosin, debido a
que no existe continuidad en el acero.
Mayor durabilidad de las estructuras.
Prevenir los efectos de erosin reduciendo el especificado por cambios
volumtricos.
Obtener un elemento ms eficiente costo-beneficio que el refuerzo
estructural y el desgaste en estructuras hidrulicas.
Sustituir malla electro-soldada en el sistema Losa acero.
Tener elevada resistencia al despedazamiento e impacto del concreto.
Reemplazar el acero tradicional en su totalidad ofrece los siguientes
beneficios:
Se evita la contratacin de mano de obra especializada para habilitar
acero.
No tiene desperdicio.
Al no habilitar y colocar acero de refuerzo se incrementa el volumen
diario de produccin en un 35%.
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El concreto al mezclarse con la fibra de acero ofrece un refuerzo
homogneo en toda la masa, a diferencia de la malla electro-soldada o
la varilla que actan como material independiente.
En la prctica, resulta muy difcil garantizar que la malla o la varilla
quede colocada exactamente en el lugar donde fue especificada, con las
fibras de acero no se tiene este problema, ya que estas se distribuyen
uniformemente en toda la masa de concreto y en todas las direcciones.
Con la adicin de fibras de acero en losas de concreto, es posible la
disminucin en los peraltes, con el consiguiente ahorro en los
materiales, adems de obtener excelentes mejoras en las caractersticas
fsicas y mecnicas del concreto.
Fibras de polipropileno
La fibra de polipropileno es un aditivo de reforzamiento que se le aade al
concreto, mejorando as, la calidad de construcciones ya que de modo
permeable ayuda a que el agua no dae al concreto y sufra fisuras por la
humedad ya que reduce que se agriete y fracturen las grandes construcciones
Otro producto es la Micro fibra de polipropileno, con la cual se requiere una
menor cantidad en peso (600g), y se obtiene tres veces ms nmero de fibras
por metro cbico de concreto y, por lo tanto, un mayor refuerzo. Tiene forma de
multifilamentos (fibras individuales) que actan como un refuerzo tridimensional
en el concreto para disipar los esfuerzos dentro de su masa, reduciendo los
agrietamientos por contraccin plstica en estado fresco, y los agrietamientos
por temperatura en estado endurecido. Tambin reducen la segregacin de los
materiales y la filtracin de agua.
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Las fibras actan dentro de un elemento de concreto, transmitiendo todas las
fuerzas de carga y de flexin hacia todas direcciones, evitando que se generen
microgrietas por esfuerzos internos y cambio de temperatura. Pueden sustituir
a la malla electrosoldada en sistemas constructivos como losas de viguetas y
bovedillas, capas de compresin en sistemas de losas metlicas, pisos
industriales, pavimentos,. Es muy importante tomar en cuenta el nmero de
fibras por unidad de volumen de concreto.
Fibra de polipropileno en forma de multifilamentos, diseada para proteger el
concreto contra el ataque de microorganismos. Si el elemento de concreto
requiere adems una proteccin contra la formacin de hongos, microbios y
bacterias, como es el caso en hospitales, fbricas de alimentos, laboratorios,
tanques de agua potable, plantas de tratamiento de aguas residuales, granjas,
comedores y cocinas.
Ventajas de la f ibra de pol ip ropi leno en el con creto
Las ventajas de la fibra de polipropileno son:
- Eliminan totalmente las fisuras
- Protege la cabilla
- Permite un fraguado ms homogneo
- Muy econmica
- Aumente la resistencia a la flexin y compresin
- Elimina la necesidad de posterior curado
- Aumenta la calidad y durabilidad del concreto
- Aglutina mejor la mezcla
Propiedades de la fibra de pol ipro pi leno
Las propiedades de la fibra de polipropileno se pueden enumerar de la
siguiente manera:
- Absorcin de agua a 20 c: ninguna
- Conductividad tcnica y elctrica: baja
- Resistencia a las sales y cidos: alta
- Resistencia a las bases agente oxidantes y microorganismo: alta- Resistencia a la abrasin: buena
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FIBRA DE VIDRIO
La empresa Pilkington ofrece para la construccin una fibra de vidrio resistente
a los lcalis llamada Cem-FIL, que fue descubierta por el Building Research
Establishment (BRE) del Reino Unido y se comercializ bajo la licencia de la
National Reserch Development Corporation (NRDC).
La fibra Cem-FIL consiste en una especie de hebras entrelazadas o hilos
desmenuzados -con una longitud que oscila entre 12 y 50 mm- que se integran
a una mezcla de cemento y arena para fabricar un mortero. Los cementos
portland, blanco y de endurecimiento rpido son los ms utilizado; se lesincorpora arena para reducir el agrietamiento por secado y aditivos
fluidificantes, acelerantes, retardantes o inclusores de aire, los cuales pueden
utilizarse dentro de ciertos lmites sin afectar adversamente las propiedades del
producto final.
Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego, a la
corrosin y al ataque biolgico de microorganismos, sin importar las
condiciones ambientales a las que se someta el concreto.
Estas son algunas de las ventajas en las propiedades del concreto con la
dosificacin de la fibra de vidrio:
Las fibras de vidrio distribuyen a toda la masa del hormign fuertes
solicitaciones locales.
La presencia fsica de las fibras de vidrio inhibe el movimiento de la
humedad en el concreto, durante y despus de su colocacin,
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obteniendo un concreto ms homogneo y en consecuencia, con una
mayor resistencia media global.
Las fibras de vidrio mejoran la resistencia a los daos, particularmente
durante la manipulacin de componentes jvenes.
Mejora la resistencia a la traccin / flexin, consiguiendo eliminar los
refuerzos de acero en algunos elementos no estructurales.
Las fibras de vidrio disminuyen el agrietamiento del hormign por
contracciones plsticas.
Aditivo de poliestireno
Para la fabricacin de concreto ligero, se utilizan las esferas de poliestireno
expandido llamadas Styrencret, las cuales estn recubiertas con un aditivo
especial que mejora su adherencia con el concreto. Estas esferas se
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distribuyen homogneamente, obtenindose un concreto ligero con
propiedades termo acsticas.
Es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos. Una vez
endurecido el elemento, se puede clavar y taladrar con herramientas
tradicionales, ya que no transmite vibracin alguna.
4. RECICLADO EN PAVIMENTOS DE CONCRETO
Reciclaje del concreto en pavimentos
El reciclado o recuperacin es una tcnica cuyo objetivo fundamental es
transformar un pavimento degradado en una estructura homognea y adaptada
al trfico que debe soportar.
La Utilizacin de los residuos de antiguos pavimentos o estructuras de
concreto, triturarlas en tamaos especficos y luego utilizarlos en la
construccin de pavimentos nuevos.
Ventajas y limitaciones de las tcnicas de reciclado
Se analizan a continuacin algunas ventajas e inconvenientes de la tcnica del
reciclado frente a la convencional del refuerzo en rehabilitaciones de
pavimentos.
Las ventajas del material reciclado son muchas para empezar al reciclar el
material ayudamos a que no se genere contaminacin y basura en el medio
ambiente, son un 50 % ms barato que uno normal e incluso de mejor calidad,
pues tiene componentes de cemento que al triturarse se reactiva, y la
construccin con este tipo de productos es de ms calidad.
En el reciclamiento se puede dar un crculo virtuoso, pues cuando se decide
tirar alguna construccin se puede encargar a los fleteros que lleven el
desecho a la planta y a cambio pueden comprar un producto reciclado para
volver a edificar.
El reciclado in situ de un pavimento, tanto con emulsin como con cemento,presenta en general las siguientes ventajas:
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Proceso de reciclado:
1.-Recepcion de escombro.
L