paola constanza romero martinez
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MIC 2011-I0-54B
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ANÁLISIS DE LA EXPERIENCIA COLOMBIANA EN RECICLAJE EN FRÍO DE
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y FORMULACIÓN DE UNA GUÍA DE INTERVENCIÓN
PAOLA CONSTANZA ROMERO MARTINEZ
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
BOGOTÁ
2011
MIC 2011-I0-54B
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ANÁLISIS DE LA EXPERIENCIA COLOMBIANA EN RECICLAJE EN FRÍO IN SITU DE
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y FORMULACIÓN DE UNA GUÍA DE INTERVENCIÓN
PAOLA CONSTANZA ROMERO MARTINEZ
Trabajo de Grado para optar el título de Magíster en Ingeniería
Asesor
Doctor Ing. David González Herrera
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
BOGOTÁ
2011
MIC 2011-I0-54B
3
Nota de aceptación:
_____________________
_____________________
_____________________
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_____________________
Firma del presidente del jurado
_____________________
Firma del Jurado
_____________________
Firma del Jurado
Bogotá, 20 de Mayo de 2011
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A Dios.
A mis padres y hermanos que
han sido fiel compañía y apoyo
en todos y cada uno de mis
logros.
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos a:
David González Herrera, Doctor en Ingeniería de Caminos, quien con su dedicación y
entrega a los estudiantes ha proveído los medios necesarios para llevar a cabo este
trabajo de grado.
El excelente grupo docente de posgrado quienes con su conocimiento y experiencia me
permitieron conseguir esta meta.
Las empresas Corasfaltos, Gayco S.A, Mario Huertas Cote , y demás Contratistas que
con su experiencia aportaron a este documento.
Todas aquellas personas que en una u otra forma colaboración en la realización de este
trabajo.
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INDICE GENERAL
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RESUMEN 12
1. ANTECEDENTES 13
2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 15
3. JUSTIFICACIÓN 16
4. OBJETIVOS 17
5. ALCANCE 18
6. METODOLOGÍA 19
7. MARCO TEÓRICO DE REFERENCIA 20
8. GENERALIDADES DEL RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 26
8.1 ESTABILIZACIÓN, CONCEPTO Y DIFERENCIAS 28
8.2 TIPOS DE RECICLAJE 29
8.2.1 Por el lugar donde se lleva a cabo la mezcla 30
8.2.2 Por la temperatura de la mezcla 31
8.2.3 Por las condiciones del material a reciclar 33
8.2.4 Por el tipo de ligante 34
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9. ASPECTOS AMBIENTALES DEL RECICLAJE DE PAVIMENTOS 35
10. TECNICAS DE RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN FRÍO 40
10.1 COLD IN PLACE RECYCLING –CIR 40
10.2 FULL DEPTH RECLAMATION -FDR 45
11. MATERIALES PARA EL RECICLADO DE PAVIMENTOS IN SITU 47
11.1 AGREGADOS 47
11.2 AGUA 48
11.3 LIGANTE BITUMINOSO 48
11.3.1 Emulsiones Asfálticas 48
11.3.2 Asfalto Espumado 50
12. DISEÑO DE MEZCLAS 51
12.2.1 METODO INMERSION COMPRESION 51
12.2.2 METODO MARSHALL DE ILLINOIS 52
13. ASPECTOS NORMATIVOS 53
14. CONDICIONES - EJECUCIÓN DE OBRA Y MAQUINARIA PARA EL RECICLAJE DE
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN FRÍO IN SITU 54
14.1 DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA 54
14.2 SEGUIMIENTO DEL DISEÑO DE LA MEZCLA 56
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14.3 COORDONACION DE EQUIPOS 56
14.4 MAQUINARIA PARA RECICLAJE DE PAVIMENTOS 59
14.4.1 Máquina Recicladora 60
15. EXPERIENCIA INTERNACIONAL EN RECICLAJE DE PAVIMENTOS 64
16. EXPERIENCIA COLOMBIANA CON RECILAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 72
16.1 DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA A RECICLAR 73
16.2 DISEÑOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON MATERIAL RECICLADO 74
16.2.1. Contenido de Bitumen 74
16.2.2 Ajuste Granulométrico 75
16.3 AJUSTE DE PARÁMETROS EN OBRA 75
16.4 TÉCNICAS UTILIZADAS Y ESPESORES EFECTIVOS 76
16.5 NIVELES DE TRANSITO 76
16.6 CONTROL DE CALIDAD EN EL RECICLAJE 77
16.7 EQUIPOS UTILIZADOS 78
16.8 COSTOS DEL RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 79
16.9 FALLAS EN MEZCLAS IN SITU CON MBR 79
17. USO DEL ASFALTO ESPUMADO COMO LIGANTE 79
18. CONCLUSIONES 80
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19. RECOMENDACIONES 85
BIBLIOGRAFÍA 89
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LISTA DE TABLAS
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Tabla 1. Intervención a la Red Nacional Pavimentada 24
Tabla 2. Tipos de Reciclaje 29
Tabla 3. Emulsiones Asfálticas para el Reciclaje 49
Tabla 4. Criterios de Evaluación Marshall de Illinois 52
Tabla 5. Modos y Tipos de Deterioro 55
Tabla 6. Actividades para Reciclaje de Pavimentos en la Fase Preliminar. 57
Tabla 7. Actividades para el Reciclaje de Pavimentos en la Fase Constructiva 58
Tabla 8. Reciclaje de Pavimentos Asfálticos al Año 65
Tabla 9. Características Generales para las Mezclas Recicladas en Suecia 69
Tabla 10. Contenido de Asfalto Espumado en mezclas con MBR 74
Tabla 11. Niveles de Tránsito para mezclas Asfálticas con MBR 77
Tabla 12. Posibles Problemas en la Rehabilitación de Vías con Reciclaje 88
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LISTA DE FIGURAS
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Figura 1. Estado de la Red Vial, Criterio Técnico-Dic 2010 21
Figura 2. Estado de las mallas que conforman el subsistema vial 22
Figura 3. Inversiones Requeridas para el tratamiento de la malla vial en Bogotá 23
Figura 4. Total Inversiones Requeridas para el Sistema de Dobles Calzadas 24
Figura 5. Porcentaje de disposición final de Residuos en la pavimentación 38
Figura 6. Consumo energético por alternativas de intervención de pavimentos 39
Figura 7. Proceso de Obra mediante la Técnica de Reciclado CIR 43
Figura 8. Proceso de Obtención del Asfalto Espumado 50
Figura 9. Especificaciones para emulsiones catiónicas 53
Figura 10. Tren de Reciclaje de Pavimentos Asfálticos 59
Figura 11. Máquina Recicladora 60
Figura 12. Tambor Fresador de la Recicladora 61
Figura 13. Modelos de Máquinas Recicladoras Wirtgen 63
Figura 14. Selección del Contenido de Asfalto Espumado en Noruega 70
Figura 15. Registro fotográfico Tipologías de Falla de pavimentos a reciclar 73
Figura 16. Reciclaje con Asfalto Espumado en Colombia 80
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RESUMEN
Ante la expectativa generada por la necesidad de intervenir con propuestas innovadoras
que permitan conservar el buen estado de los pavimentos flexibles en nuestro país es
necesario remitirse a los desarrollos tecnológicos a nivel mundial en esta materia, su
finalidad radica en encontrar soluciones técnicas y alternativas a las que tradicionalmente
se vienen implementado, y, que se encuentran sometidas a la limitación de recursos.
Una de ellas concierne al reciclaje de pavimentos asfálticos, que no siendo una técnica
nueva en Colombia debe ser incrementada en su aplicación
El reciclaje de pavimentos asfálticos obedece a una técnica ampliamente utilizada en
países como los Estados Unidos,Holanda, México, Alemania, España , entre otros. Como
cualquier alternativa de reciclaje en el caso de pavimentos asfálticos permite aprovechar
con mayor eficiencia los materiales ya dispuestos, siendo una técnica que puede ser
empleada en frío o en caliente, in situ o en planta. Para cualquiera de los casos sus
ventajas comparativas respecto a la intervención tradicional de remover materiales
existentes y disponer nuevos son significativas, estas van desde ahorros energéticos,
menor impacto ambiental, hasta mejoras en las capas estructurales y mayores
rendimientos en obra que se traducen en la reducción de costos de construcción.
Este trabajo contiene los elementos básicos para el entendimiento de la técnica de
reciclaje de pavimentos asfálticos en frío in situ a través de fundamentos técnicos y
experiencias prácticas concluyendo en una guía práctica de intervención para rehabilitar
pavimentos flexibles en frío in situ.
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1. ANTECEDENTES
El crecimiento económico de la mayoría de las ciudades Colombianas ha traído consigo
el incremento de la economía y con ellas una mayor demanda de calidad en la
infraestructura vial para su movilidad. La conectividad vial pavimentada permite la
integración con otros mercados y sociedades por tanto el estado de la red vial constituye
un factor determinante para la competitividad y el desarrollo. Sin embargo, no es posible
afirmar que exista una relación proporcional entre la necesidad y la condición de servicio
de la malla vial, ya que aun cuando no se encuentra un consolidado del estado de todos
los 160.000 km (Cámara Colombiana de Infraestructura,2010) aproximados de la red vial
nacional interurbana en nuestro país el criterio técnico del Invías al año 2010 refleja que
tan solo el 11,9 por ciento de la red pavimentada obedece a un estado muy bueno en
donde sólo es necesaria la intervención mediante un mantenimiento rutinario. En lo que
respecta la red urbana solo por citar un caso en Bogotá el 63,2 por ciento se encuentra
entre regular y mal estado(IDU,2010) lo que nos deja un panorama menos alentador.
Las causas del deterioro avanzado de la red vial pavimentada responden principalmente a
limitaciones presupuestales teniendo en cuenta que la inversión anual en infraestructura
en el país es apenas el 1,5 por ciento del PIB (Lara,2010) y los requerimientos para su
mantenimiento son muy superiores. Para referenciar una unidad de medida para el caso
de Bogotá sería necesaria una inversión mayor a 9351,8 miles de millones de pesos1.
En un escenario ávido de mejores propuestas que permitan mitigar las necesidades ya
descritas, la alternativa del reciclaje de pavimentos asfálticos encuentra sustento pues
1 Universidad de los Andes. El transporte como soporte al desarrollo sostenible de Colombia. Bogotá,2007.
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dada su característica de ser una técnica que aprovecha y racionaliza recursos en su
ejecución y consigue con ello una reducción en los costos de obra entre otras ventajas.
Tal afirmación cuenta con una amplia trayectoria de experiencias positivas internacionales
que admiten proponer la implementación del reciclaje de pavimentos asfálticos como una
solución con viabilidad técnica, económica y ambiental.
Los indicios ya descritos argumentan de forma propicia la formulación de una Guía de
intervención en pavimentos asfálticos por medio del reciclaje del mismo, es por ello que
es necesario iniciar un trabajo de aprendizaje mediante la documentación de experiencias
nacionales e internacionales que permitan exponer las ventajas de la implementación de
esta técnica en el mantenimiento y rehabilitación de pavimentos flexibles.
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2. FORMULACION DEL PROBLEMA
Con tan sólo el 15 por ciento de la red vial nacional interurbana pavimentada , de las cual
más del 50 por ciento2 aproximadamente se encuentra en un deterioro avanzado que
afecta directamente la condición de servicio de la malla vial, es perentorio proponer
alternativas de intervención que ayuden a optimizar recursos innovadoras y
fundamentadas en un desarrollo tecnológico previo. El reciclaje de pavimentos asfálticos
en frío in situ reúne estos requisitos señalados pero es necesario profundizar en su
técnica e implementación en obra.
A través de este trabajo se presenta una perspectiva acerca de la utilización del reciclaje
de pavimentos asfálticos en frío in situ que en adelante se denominará MBRS (Mezclas
Bituminosas Recicladas en Frío In Situ ). Para ello se exponen las generalidades del
MBRS y de esta manera reflejar de forma técnica sus características, diferencias y
modos de utilización. Acto seguido se articula el marco normativo nacional existente,
ventajas y restricciones en lo referente a las condiciones de ejecución basadas en la
experiencia internacional de países como Los Estados Unidos, Holanda, España,
Argentina, entre otros.
El producto final responde a una Guía de intervención que permita conocer las
condiciones básicas para la intervención de un pavimento mediante el reciclaje. La
propuesta cuenta con un valor agregado que se sintetiza en el aporte a la mitigación del
impacto ambiental de las obras tradicionales de rehabilitación de pavimentos asfálticos
contribuyendo a la imperante cultura del desarrollo sostenible.
2 Cifra ponderada del estado de la red vial al año 2010 según criterio técnico del INVIAS,2011
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3. JUSTIFICACIÓN
Provista la necesidad de implementar políticas de mejoramiento y conservación de la
calidad de la red vial pavimentada, el rol importante de la conservación del medio
ambiente que exige a todos los procesos su contribución al desarrollo sostenible, y, la
limitante presupuestal a la que están supeditados los programas de mantenimiento vial en
el país, es consecuente buscar y profundizar en técnicas alternativas que aporten a la
solución de este problema.
El reciclaje de pavimentos asfálticos en frío in situ como técnica de rehabilitación y
mantenimiento cuenta con amplia experiencia internacional y aún cuando existe normativa
colombiana en el tema no es una técnica de utilización recurrente. Tal situación puede ser
la base para que en nuestro país en la ingeniería de pavimentos el concepto y
conocimiento del MBRS es somero por tanto es necesario ampliarlo de manera
descriptiva y argumentativa como se propone en esta guía de intervención básica.
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4. OBJETIVOS
• Presentar un desarrollo conceptual sobre las generalidades del Reciclaje de
Pavimentos Asfálticos en frío In Situ.
• Generar conciencia de la necesidad de implementar alternativas en la intervención
de pavimentos que contribuyan al desarrollo sostenible.
• Reflejar las condiciones generales de obra necesarias para la rehabilitación de un
pavimento asfáltico mediante este reciclaje.
• Documentar la experiencia Colombiana en el Reciclaje de Pavimentos Asfálticos
en frío In Situ.
• Remitir a la continuación de la investigación por medio de trabajos experimentales
más detallados sobre el tema desarrollado.
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5. ALCANCE
El presente trabajo se limita a la formulación de una Guía de intervención general de
pavimentos asfálticos mediante el MBRS, este producto es de carácter documental y se
desarrolla con la recopilación bibliográfica del tema y opiniones personales de contratistas
y funcionarios que han trabajado de manera directa o indirecta con el tema, no incluyendo
la realización de pruebas a nivel de laboratorio ni de obra.
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6. METODOLOGÍA
La investigación realizada en este trabajo corresponde a una investigación teórica basada
en la interpretación conceptual y de procesos que convergen en el reciclado de
pavimentos asfálticos en frío in situ que se desarrolla por medio de la recopilación
bibliográfica de diversas fuentes. Dicha recolección es hecha mediante fichas
bibliográficas que permiten recordar los libros y bases de datos consultados,
complementario a ello se usan fichas textuales para hitos de la investigación.
Posteriormente la información recopilada será organizada y de esta manera se obtendrán
fundamentos relevantes de las variables de la investigación.
Como tercera etapa esta labor se complementa con la investigación sobre la experiencia
Colombiana con el MBRS mediante la realización de entrevistas a personal institucional y
contratistas que han tenido algún acercamiento al tema por medio de sus prácticas de
intervención de pavimentos asfálticos en frío in situ.
Finalmente los conceptos, fundamentos bibliográficos y experiencias son sintetizadas en
una Guía de intervención general permita conocer cómo llevar a cabo un proceso de
reciclaje de pavimentos asfálticos en frío in situ.
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7. MARCO TEÓRICO DE REFERENCIA
Construir y conservar vías carreteables en un contexto de globalización en donde se
desarrollan las políticas en Colombia, las legislaciones ambientales nacionales e
internacionales, exige mayores requerimientos en las acciones que se desarrollen, las
cuales deben estar en función de la conservación del medio ambiente, y, de manera
especial al uso eficiente y racional de los recursos naturales no renovables como lo son
todos los materiales usados en la construcción de pavimentos.
La explotación de los materiales pétreos no siempre es hecha de manera adecuada lo
que concluye en el agotamiento del recurso y en la contaminación y degranulometría del
medio ambiente, siendo por ello que se presenta la necesidad de acudir a la explotación
de fuentes más distantes que se traduce en un incremento considerable al costo del
pavimento.
Desde la óptica ambiental es indiscutible la necesidad de propuestas técnicas de
intervención de pavimentos que mitiguen el impacto ambiental y que culminen en la
satisfacción de la calidad de servicio de red vial en Colombia.
Esta reflexión promueve un argumento más a la necesidad de una alternativa que permita
rehabilitar y mantener una estructura de pavimento a menor costo, esto en razón a que en
la actualidad de los 24.000 km de red interurbana que están pavimentados para el caso
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de las vías de orden nacional se estima que sólo el 12% se encuentra en muy buen
estado (Invias,2011), dichas cifras deben ser tomadas como una aproximación ya que no
existe un inventario de malla vial consolidado. En el caso de las vías urbanas la situación
no es diferente ya que para tomar una referencia en Bogotá el 63,2 % de la red vial se
encuentra entre regular y mal estado (IDU,2011) como se observa en las figuras 1 y 2.
Figura 1. Estado de la red vial criterio técnico – Diciembre de 2010
Fuente: Instituto nacional de vías INVIAS, Subdirección de apoyo técnico,2011
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Figura 2. Estado de las mallas que conforman el subsistema vial
Fuente: Instituto de Desarrollo Urbano /IDU. Inventario Malla Vial. (en línea). (Consultado
2 abril.2011).Disponible en < http://www.idu.gov.co/web/guest/malla_inventario
Estas cifras estadísticas al ser generales e inexactas, no permiten determinar un valor
real de las inversiones necesarias pues la evaluación de costos de intervención es
incierta, sin embargo existen estudios de referencia que nos permite establecer un marco
de recursos necesarios. Tales documentos estiman que para la rehabilitación del sistema
680 km de dobles calzadas existentes son necesarios más de 10 billones de pesos (ver
figuras 3 y 4) y para el caso de Bogotá que cuenta con información más específica y
actual se tiene una aproximación de 9,5 billones de pesos .
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Estas inversiones requeridas comparadas con los presupuestos de la vigencia no
encuentran cabida en los limitados rubros de inversión en infraestructura, lo anterior sin
considerar los más de 4100km pavimentados de red nacional que necesitan intervención
inmediata (tabla 1) y el punto más álgido, los más de 10.000 km pavimentados de vías
departamentales y municipales que cuentan con pocas estrategias y pobres planes de
intervención al mejoramiento y conservación de sus vías pavimentadas.
Figura 3. Inversiones requeridas para el tratamiento Malla Vial de Bogotá
Fuente: Universidad de Los Andes. El transporte como soporte al desarrollo sostenible de
Colombia. Bogotá,2007.
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Figura 4. Total Inversiones Requeridas para el Sistema de Dobles Calzadas
Fuente: Universidad de Los Andes. El transporte como soporte al desarrollo sostenible de
Colombia. Bogotá,2007
Tabla 1. Intervención a la red nacional pavimentada
Posible Tipo de Intervencion Estado de la Seccion Km Pavimentados
Mantenimiento Rutinario MUY BUENO 1336,08
Mantenimiento Rutinario y Recurrente BUENO 2531,73
Refuerzo – Mantenimiento Rutinario REGULAR 2210,34
RehabilitaciónMALO 1824,75
Reconstrucción MUY MALO 56,67
7959,57Total
Fuente: Elaboración propia basado en el informe del estado de la red vial INVIAS,2011
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Con el marco presupuestal ya descrito, el análisis su vez debe considerar que en un país
en el cual el estado de las vías presenta un deterioro avanzado en un porcentaje mayor al
60% para el caso de vías de orden nacional, con necesidades finales que superan en un
noventa por ciento a las programadas, como es el caso de las 22 concesiones viales en
ejecución que pasaron de 13 billones de pesos iniciales a 24 billones3, en la fase de
diseño debe considerarse el reciclaje del pavimento existente como una alternativa de
intervención.
El reciclaje de pavimentos asfálticos constituye una técnica de intervención que
comparada con otras tradicionales revela ventajas comparativas importantes no sólo en
la disminución del impacto ambiental de las obras sino a su vez en la reducción de costos,
es por ello que países como los Estados Unidos, por citar un caso, tienen políticas
definidas y reguladas frente al reciclaje de pavimentos “En primer lugar, reciclar y reutilizar
los materiales son viables. Muchas veces, los mejores materiales son los que ya están en
el camino”( Mueller,2002).
Así las cosas al momento de rehabilitar o mantener una estructura de pavimento las
alternativas a ponderar no deben constituir únicamente a las alternativas ampliamente
conocidas e implementadas las cuales impactan negativamente el desarrollo sostenible
entendido como “El desarrollo que asegura las necesidades del presente sin comprometer
la capacidad de las futuras generaciones para enfrentarse a sus propias necesidades”
(Informe Brundtlan,1987) y en consecuencia siempre van a generar mayores costos.
3 CARDONA, GERMAN. Instalación del Foro Requisitos para grandes proyectos de infraestructura.
Bogotá,2010
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8. GENERALIDADES TECNICAS DEL RECICLAJE DE PAVIMENT OS ASFÁLTICOS
El reciclaje de pavimentos es una técnica de conservación mediante la cual se interviene
una estructura de pavimento existente con la finalidad de recuperar o reutilizar los
materiales presentes en las diferentes capas. Esta alternativa promueve el uso racional y
eficiente de materiales lo que resulta en disminución de costos financieros y sociales al
mitigar el impacto ambiental entre otros.
En la escala de valor (costos) para la construcción e intervención de pavimentos asfálticos
la mayor ponderación obedece a la preparación y colocación de las mezclas, y, dada la
condición que un pavimento se vea deteriorado no significa que su estructura también lo
esté4 por tanto es viable el reciclado de los materiales allí presentes para los cuales ya se
incurrió en costos de colocación y transporte cuando éste fue construido.
El reciclado de pavimentos asfálticos es una técnica que a nivel mundial adquiere mayor
importancia y sobre la cual se efectúan permanentes desarrollos tecnológicos. La técnica
consiste básicamente en procesar parte o toda la mezcla asfáltica de la vía con o sin
materiales nuevos, y, con o sin adición de ligante bituminoso que permitan alcanzar las
condiciones mecánicas necesarias para las cargas futuras de la vía.
4 Afirmación basada en el concepto de Guillermo Tenoux, director del Centro de Ingeniería e
Investigación Vial de la Universidad Católica de Chile, Guillermo Tenoux
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El material asfáltico reciclado es denominado MBR (Material Bituminoso Recuperado) y
es uno de los sustitutos potenciales más abundantes de agregado natural
(Robinson,G.R.,2004). Este MBR puede ser colocado en un tramo vial distinto de donde
se recuperó pero este trabajo se enfoca al procesamiento in situ que evita el doble costo
de transporte a retirarlo y volverlo a colocar ya transformado.
Este MBR es heterogéneo (contenido de ligante, tipo, granulometría y naturaleza de la
mezcla) con proporciones de varios materiales diferentes a las necesidades de la nueva
mezcla, por tanto la caracterización de este material y las pruebas de laboratorio son
fundamentales en el diseño de las mezclas con el MBR.
Las mezclas con MBR pueden ser elaboradas en caliente o en frío, para el primer caso el
MBR se combina con un asfalto nuevo, agregados nuevos y en algunos casos un agente
rejuvenecedor para que el asfalto envejecido alcance la viscosidad necesaria. Así las
cosas para el reciclaje en caliente el porcentaje de mezcla reciclada que se incorpora
corresponde entre un 20 y 70%5 rango en el cual se mueven varios investigadores del
reciclaje de pavimentos pero la fracción usualmente esta alrededor del 30%.
Para procesar MBR para mezclas en frío pueden ser utilizados dos tipos de ligantes
bituminosos, emulsiones de rompimiento lento o asfalto espumado. Para el caso de las
emulsiones la técnica puede hacerse en planta o in situ, y en lo que refiere al espumado
In Situ, como ya se mencionó este trabajo se enfoca al reciclaje in situ ya que es la
alternativa con menor consumo energético entre otros. 5 Universidad Politécnica de Cataluña. Investigación Proyecto Paramix. España,2007
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8.1 ESTABILIZACIÓN, CONCEPTO Y DIFERENCIAS
La definición general del reciclaje como el “reuso después de un proceso, de un material
que ha servido para su primer propósito” ha generado una confusión conceptual entre el
reciclaje de pavimentos y la estabilización, y, aunque para cualquiera de los dos casos la
reducción de costos y el aporte a la conservación del medio ambiente son su valor
agregado, técnicamente son diferentes.
La estabilización es un proceso de mejora de un material mediante técnicas físicas o
químicas. Este material reciclado es revitalizado con emulsiones que van en proporciones
del 2 al 4%, para ello se utiliza la metodología de Oregon que analiza las condiciones de
granulometría, contenido de asfalto y los resultados de los ensayos de penetración y
viscosidad absoluta.
Cabe anotar que aun cuando el proceso de diseño de la mezcla tiene similitudes con el
reciclaje de pavimentos asfálticos la capa tratada en la estabilización es usada
únicamente como capa de base o intermedia en función de los requerimientos
estructurales del pavimento. Así las cosas mediante la estabilización sólo es posible
aprovechar el material de las carpetas asfálticas para el mejoramiento de las condiciones
mecánicas y por ende de los módulos a nivel de base, subbase y en algunos casos para
estabilización de afirmados con profundidades entre 15 y 20 centímetros.
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8.2 TIPOS DE RECICLAJE
La clasificación del reciclaje de pavimentos es determinada por varios criterios que van
desde aspectos constructivos, la temperatura del ligante los materiales entre otros que
pueden ser sintetizados en la tabla que se muestra a continuación.
Tabla 2. Tipos de Reciclaje
Con modificación
SuperficialSolamente la camadade revestimiento.
ProfundaCapas de revestimiento,base y hasta sub base.
Mezclas encaliente
CBUQ, PMQ
Como baserecicladaComo capa deuniónComo revestimientoAgregados
CementoAumento de lacapacidad estructural.
Emulsión especial, polímeros
Rejuvenecimiento
Mezcla asfálticaAdición de materialfresado.
Sobre los materiales añadidos
In Situ
En PlantaFija o móvil, en caliente
o en frío.
En caliente o en frío
Reciclaje in situ de la base y aplicación de reciclado en caliente,
procesada y usada con material de fresado
Mixta
Mezclas en frío
Sobre la Geometría original
Sobre el Lugar deProcesamiento
Sobre la profundidad de corte
Sobre la mezcla reciclada
Sobre el uso de la mezcla
PMF
BINDER
Sin modificaciónCuando se mantienen
las cotas.
Fuente: BONFIM, Valmir. Fresado de pavimentos Asfálticos. Alemania,2008
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En lo concerniente al reciclado de pavimentos asfálticos , los materiales granulares y los
procedentes del fresado, tratados con ligantes se consideran agregados, ahora bien si lo
que se busca es reciclar el ligante es posible sólo cuando el reciclado proviene de
mezclas bituminosas.
Los tipos de reciclaje6 descritos a continuación corresponden a los más usados en la
práctica ya que se pueden presentar de manera simultánea varios tipos.
8.2.1 Por el lugar en donde se lleva a cabo la mezcla. Se entiende el lugar como el sitio
físico o constructivo de la mezcla, y se subdivide en reciclado in situ y en planta.
-Reciclado In Situ. Una vez el material es removido este se instala en la nueva mezcla en
el mismo sitio que se tomó. Para este caso es necesario contar con maquinaria
especializada para tal fin las cuales cuentan con una amplia representación en el mercado
y ofrecen altas velocidades de construcción razón por la cual minimizan las interrupciones
al tráfico. En esta tipología el costo de transporte es bajo.
-Reciclado en planta. El material removido se traslada a una planta de mezclas para ser
tratado y posteriormente utilizarlo en el lugar de donde fue sacado o en otro. En esta
técnica el costo de transporte aumenta y en los casos en los que la máquina fresadora no
carga el material a la volqueta es necesario un cargador, lo que significa mayor costo en
relación al in situ.
6 JUNTA DE CASTILLA Y LEON. IV Congreso Nacional de Firmes, Reciclado de Firmes. Segovia,1998. A. Bardesi
Orue-Echevarr,Proyecto y dimensionamiento de firmes con capas recicladas.
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8.2.2 Por la temperatura de la mezcla. Según la forma como se recicle puede ser en frío
o caliente.
• Reciclaje en frío. Corresponde a cuando la remoción se hace sin calentamiento y se
emplee emulsión asfáltica o el asfalto espumado, como elementos aglutinantes. La
técnica se resumen como el fresado de capas de un pavimento a una profundidad
determinada previamente en el diseño, acto seguido en el mismo lugar o en una
planta el MBR se mezclada con un ligante, que puede ser emulsión, asfalto
espumado o cemento, sin llevar a cabo ningún proceso de calentamiento.
En el medio del reciclaje en frío en elemento conglomerante más utilizado como ya se
mencionó son las emulsiones bituminosas o asfalto espumado “también denominadas
ligantes hidrocarbonados RFE” que son fabricadas a partir de sólo cemento asfáltico y
mezclas con rejuvenecedores.
Esta alternativa permite que el reciclado sea hecho in situ y en planta lo que facilita el
ajuste de propiedades de la mezcla pero su costo es mayor. Al utilizar ligantes
hidrocarbonados puede hacerse la mezcla sin nuevos agregados con sólo la totalidad del
MBR, o, con un porcentaje de participación aproximadamente del 20% (material nuevo)
cuando las condiciones mecánicas de la mezcla así lo exijan.
La profundidad del reciclado en frío In Situ está sujeto a la capacidad para compactar
dicha mezcla, ya que los equipos de compactación alcanzan capas máximas de 20 cm, y
puede disminuir cuando las capas subsecuentes son granulares. Es de vital importancia
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una adecuada compactación en obra ya que de ello se deriva en gran parte la condición
mecánica y la presencia de fallas por cohesión.
• Reciclaje en caliente. Para la fabricación de la mezcla es necesario calentar la MBR
que hace que se base en las técnicas de pavimentación en caliente. Al igual que en
frío normalmente se hace con ligantes hidrocarbonados que se calientan, su
fundamento es producir una mezcla bituminosa que cumpla con las propiedades de
diseño, para ello el MBR es ajustada en su contenido de ligante y se aportan
agregados nuevos.
Este reciclaje tiene varias opciones constructivas, la primera de ellas al igual que las
mezclas tradicionales, es en una planta convencional a la que se le incorpora dispositivo
denominado anillo de reciclado, la producción de esta mezcla no se realiza en altas
cantidades con el fin de evitar temperaturas elevadas en el proceso que dañan la mezcla.
En el mercado de maquinaria se encuentra otra alternativa y es una planta para reciclado
diseñada para que el MBR no se exponga directamente al calentamiento permitiendo
producir mezclas con mayor contenido de MBR.
De esta misma tipología se encuentran las plantas de reciclado móviles que con iguales
características a la anterior pueden ser movidas a cualquier lugar.
Para los casos de reciclaje en caliente in situ se encuentran equipos que calientan, separa
y vuelven a mezclar el MBR que se remueve del pavimento. Al ser una planta es posible
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33
ajustar los parámetros de diseño de la mezcla con acciones de termorreperfilado,
termorregeneracion y termorreciclado.
8.2.3 Por las condiciones del material a reciclar. Dada la condición de la estructura y las
necesidades para la nueva mezcla se puede intervenir de dos formas: mediante reciclaje
profundo y reciclaje superficial.
• Reciclaje profundo. Consiste en pulverizar el concreto asfáltico y una parte de la capa
de base y según sea el caso subbase, para obtener una mezcla. Esta técnica tiene
dos métodos, el primero es el reciclado de ambos materiales adicionando luego un
ligante bituminoso para finalmente dar un sello en la parte superior del material
reciclado. El segundo incluye el reciclado de ambos materiales colocando después
una carpeta asfáltica para aumentar la capacidad portante de la estructura.
• Reciclaje superficial. Es el más usado y aplica para los casos en los que no existen
problemas estructurales. Aquí dada la oxidación del asfalto este envejece por lo que
se renueva parte de la capa asfáltica existente. El espesor a reciclar debe ser inferior
al espesor de la capa asfáltica y determinado según el nivel de deterioro de la misma.
Para esta técnica también existen dos métodos, el primero es reciclar sin aumentar los
espesores de la estructura del pavimento, para ello la capa intervenida es hecha con
un tratamiento superficial o sello. El segundo, y que es menos usado, es el reciclado y
posterior colocación de una capa asfáltica nueva.
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8.2.4 Por el tipo del ligante. Como ya se ha descrito básicamente el reciclado es hecho
con emulsión, asfalto espumado y cemento. Para el caso que nos ocupa (MBRS) son
utilizadas las emulsiones asfálticas de rompimiento lento o controlado denominadas CRL-
1 y CRL-1h, para los casos en que es necesario rehabilitar el asfalto envejecido son
necesarias las emulsiones rejuvenecedoras (sólo para reciclaje en caliente). A su vez
para el MBRS también es usado el asfalto espumado que no es otra cosa que el resultado
de la reacción de las micelas del asfalto al contacto con el agua fría, esta reacción permite
la disminución de la viscosidad del asfalto facilitando la mayor penetración en la mezcla,
ya que este trabaja sobre los finos.
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9. ASPECTOS AMBIENTALES DEL RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
IN SITU
Es de suponer que las obras de infraestructura vial generan un gran impacto ambiental a
su entorno, sin embargo esta situación se empeora con los inadecuados planes de
manejo que generalmente se quedan en una formalidad.
En el caso de la explotación de canteras, su condición de recurso no renovable es poco
considerada ya que la intervención irregular por medio de cortes mal hechos y la
contaminación de las aguas han generado una cultura de negativa a las viabilidades,
demora en la aprobación de las licencias ambientales por parte de las Entidades
Ambientales que además de afectar la programación de obra genera costos adicionales.
Lo anterior no implica que las obras de infraestructura vial no consideren la variable
ambiental como un elemento importante en la planeación del proyecto, y menos dejar de
acatar los lineamientos de la ley 99 y su decreto reglamentario 1753 de 1994. La solución
está dirigida al uso eficiente de los recursos disponibles que al promover la conservación
del medio ambiente disminuye los costos asociados a la puesta en obra y ejecución.
El reciclaje de pavimentos asfálticos in situ ofrece ventajas ambientales comparativas
frente a la construcción de un pavimento con nuevos materiales, en materia de costos en
MIC 2011-I0-54B
36
tanto que permite la reducción del pago de acarreo y disposición de material sobrante ya
que este es nuevamente utilizado en obra.
Ahora bien para el caso de las plantas de trituración y asfalto, materia prima principal en
pavimentos, las emisiones producidas corresponden a partículas de finos generadas en
las bandas transportadoras de las trituradoras y en los patios de almacenamiento que
impactan severamente la salud de quienes tienen contacto cercano a ellas. La medida de
mitigación exigida para estos casos es la disposición de amplias zonas en donde la acción
de los vientos genere menor arrastre y de no ser posible se deben construir barreras
naturales o artificiales que lo mitiguen. Esto además de ser costoso finalmente impacta el
entorno. Con el reciclaje las necesidades de producción de material nuevo son menores
por lo que se reduce la emisión de este material particulado que finalmente llega a
contaminar la atmósfera.
En las plantas de mezcla asfáltica, las principales emisiones generadas son dadas por el
aire de salida del horno de secado, seguido por la tamizadora(sólo para la discontinua), el
elevador de cangilones, transferencia de materiales y arrastre de partículas. Las obras de
mitigación como ductos de aspiración, dosificadores de combustible, filtros de mangas
auto limpiantes y combustibles de calidad7, además de requerir cuantiosas inversiones no
impiden que gran parte de estas emisiones de CO2 y aceites hidrocarbonados del asfalto
asciendan a la atmósfera y contribuyan al calentamiento global.
7 SANCHEZ, Armando. Conferencia magistral “Problemática ambiental asociada al diseño, construcción y
mantenimiento vial”. Bogotá,1998
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El MBRS promueve el uso eficiente de plantas de asfalto disminuyendo las cantidades de
producción de nuevas mezclas, ya que se utiliza parte de la dispuesta en la vía, logrando
una reducción considerable en la emisión de CO2 y sustancias contaminantes como el
dióxido de azufre y de nitrógenos producidos por combustiones industriales8
El consumo energético es otra variable ambiental de gran relevancia, estudios muestran
que las MBRS usando asfalto espumado reducen el consumo de energía entre un 20 y
50% comparado con la colocación de una nueva capa asfálticas y hasta un 244% frente a
un proyecto de reconstrucción del pavimento (Thenoux,2007).
Materializar estas apreciaciones acerca del daño ambiental causado en la construcción
tradicional de pavimentos resulta bastante complejo, pues no se cuenta con unidades de
medida homogéneas, sin embargo para tener una idea un estudio del Instituto
Tecnológico de Oaxaca en México, encontró que en el desarrollo del proyecto de la
construcción de una carretera, se estima que la contaminación se distribuye en , 60 % (1)
en el suelo, 30% (2) el agua y 10 % (3) el aire, habiendo una proporción como se observa
en la figura 5.
8 ARANGUREN, Salomón. Análisis multicriterio de selección de impacto ambiental en obras civiles.
Bogotá,1998
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Figura 5. Porcentaje de disposición final de residuos en la pavimentación.
Fuente: SOTO, Félix. Los estudios de impacto ambiental como medio para Conocer la
contaminación del ambiente. (en línea). (Consultado 10 abril.2011).Disponible en <
http://www.ingenieroambiental.com/new2informes/contaaire.pdf
Con este panorama el reciclaje de pavimentos asfálticos aunque no reduce la totalidad
del impacto ambiental pues toda obra de intervención al entorno siempre lo generará,
permite una disminución considerable en la contaminación del aire y un menor consumo
energético (ver figura 6) . En consecuencia en la construcción de pavimentos se debe
optar por la construcción de carreteras verdes política que ya es una realidad en Los
Estados Unidos.
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Figura 6. Consumo energético por alternativa de intervención de pavimentos
Fuente: Pavement Recycling Sistems ,Inc. Estados Unidos,2011
Esta figura nos permite afirmar que las MBRS gastan apenas el 1/5 del total de la energía
que consumen las mezclas en caliente, esto demuestra que es una alternativa tecnológica
eficiente que contribuye al desarrollo sostenible.
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40
10. TÉCNICAS DE RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN FRÍO
Para el reciclaje son usadas dos técnicas, el “cold in place recycling – CIR” que reciclaje
de frío in situ y el “full depth reclamation – FDR”. La diferencia entre ellas radica en que
para la técnica CIR en el proceso de reciclado queda un remanente de mezcla asfáltica
antigua mientras que para la FDR no hay remanente de capa asfáltica pero se encuentra
limitada por el espesor a intervenir.
10.1 COLD IN PLACE RECYCLING - CIR
Esta técnica consiste en el procesamiento y el tratamiento con ligantes bituminosos y / o
aditivos, o cemento, sin necesidad de calentar para producir una capa de pavimento
restaurada (AASHTO, 1998). Se trata del mismo proceso de la planta de reciclaje en frío
excepto que se realiza en el lugar por un tren de los equipos.
CIR es el más adecuado para los pavimentos con daño superficial y bien drenados, de
igual manera puede ser usado para estabilizar bases y sub-bases . CIR por lo general
no es apropiado para la reparación de fallas del pavimento causado por la sensibilidad
de los contenidos de asfalto entendido como la inestabilidad excesiva de mezcla y el
exceso de humedad a nivel de subbase o subrasante9.
9PAVEMENT INTERACTIVE. Full Depth Reclamartion. (en línea). (consultado 2 abril.2001). Disponible en <
http://pavementinteractive.org/index.php?title=FDR&redirect=no
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Generalmente el CIR es adecuado para los vías de menor volumen que requirieren un
tratamiento superficial simple (mejora de las carreteras, 2001). Constructivamente para el
CIR se requieren condiciones secas si es en frío con una temperatura atmosférica
mínima de 10 a 16 ° C (AASHTO, 1998), cuando es el caliente y se utilizan aditivos que
deben ser dosificados a una tasa entre el 0,5 y 2 por ciento de peso del MBR
El proceso de CIR típico involucra siete pasos básicos (AASHTO, 1998):
1. Pulverización. Una fresadora pulveriza una fina capa superficial de pavimento, por lo
general de 50 a 100 mm (2 a 4 pulgadas) de profundidad.
2. Control de granulometría. El material pulverizado se clasifica para producir la
granulometría deseada y el tamaño máximo de las partículas. Si es necesario es posible
agregar material nuevo al MBR
3. Incorporación del ligante. El material reciclado clasificado se mezcla son un ligante (por
lo general emulsiones de rompimiento lento, asfalto espumado, cenizas o cemento). En
obra esto se hace en la máquina de fresado, sin embargo, puede ser utilizada una
mezcladora.
4. Colocación de la mezcla. El material reciclado y ajustado granulometricamente
mezclado con el ligante bituminoso se vuelve a colocar sobre el pavimento, este proceso
es hecho la tradicional extendedora de asfalto (ya sea a través de la recolección hilera o
depositando la mezcla directamente en la tolva de la pavimentadora), sin embargo en
algunas aplicaciones de tráfico muy bajas, puede ser la mezcla colocada por una
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motoniveladora. El espesor de la capa mínima para la colocación es por lo general
alrededor de 5 cm (2 pulgadas).
5. Compactación. Este proceso tiene gran relevancia, ya que una vez obtenida la
densidad de diseño ésta debe tener estricto cumplimiento al momento de compactar la
mezcla. Para este caso es conveniente la utilización de compactadores neumáticos y
vibratorio según sea el caso de las capas inferiores. Cuando el ligante corresponde a
emulsión debe esperarse hasta que esta empieza a romperse ,situación diferente cuando
se utiliza cemento ya que debe comenzar después de la colocación de este.
6. Terminación de la superficie. El riego de liga debe ser considerado para proporcionar
una buena adherencia entre el reciclado de mezcla en frío y la capa de rodadura.
7. Diseño de Mezcla. En Colombia es hecho por el método de inmersión compresión y
se recomienda revisar la normativa del Instituto del Asfalto en su manual MS-21
recomienda el método de diseño de mezcla Marshall de Illinois (FHWA, 2001b).
Los beneficios de esta técnica pueden ser sintetizados como la mejora del desempeño del
pavimento a largo plazo con un menor costo de mantenimiento, el trabajo minimiza la
interrupción del tráfico, conserva las materias primas y reduce la emisión de gases10
A continuación se presentan la figura 7 que ilustra de manera visual la puesta en obra
de la técnica CIR hecho en una vía en Santa Ana (Estados Unidos)
10
DUN COMPANY. Public Works Officers Department 2010 SUMMER NEWSLETTER. Estados
Unidos,2011.
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43
Figura 7. Proceso de obra mediante la Técnica de Reciclado CIR
Fuente: SANTA ANA CITY. Cold In Place Recycling. (en línea). (consultado 2 abril.2011)
Disponible en <http://www.ci.santa-ana.ca.us/projectrestore/documents/ColdIn-
placeRecyclingCIR.pdf
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Continua Figura 7. Proceso de obra mediante la Técnica de Reciclado CIR
Fuente: SANTA ANA CITY. Cold In Place Recycling. (en línea). (consultado 2 abril.2011)
Disponible en <http://www.ci.santa-ana.ca.us/projectrestore/documents/ColdIn-
placeRecyclingCIR.pdf
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10.2 FULL DEPTH RECLAMATION – FDR
Este proceso podría ser considerado como una extensión de los principios de la técnica
CIR pero que se diferencia porque en el FDR no hay remanente de capa asfáltica
existente y su aplicación se encuentra limitada a profundidades determinadas. La
bibliografía referencia que la FDR es conveniente para profundidades de 30 cm (12
pulgadas), pero la experiencia ha demostrado que los más conveniente es involucrar
profundidades de entre 15 y 22,5 cm (6 y 9 pulgadas) (Caminos Mejor, 2001).
En esta técnica el material recuperado no sólo contiene el MBR sino también los
agregados de la base granular y en algunos casos, el suelo de la subrasante. Es por ello
que la profundidad está en función del espesor de pavimento, las condiciones de la
subrasante y el tráfico futuro. Al igual que en el CIR se adiciona a la mezcla un ligante
que puede ser emulsión o asfalto espumado.
El procedimiento para la puesta en obra puede sintetizarse en el propuesto por Franklin
Delano Roosevelt por lo general consta de ocho pasos (Mejoramiento de Caminos, 2001).
-Pulverización. Una recicladora pulveriza el pavimento a una profundidad
predeterminada. Estas máquinas suelen estar equipadas para agregar materiales como
agentes estabilizadores del MBR (sólo en caliente).
- Acondicionamiento de la humedad. La recicladora o un camión por separado agrega
agua el MBR para ayudar a alcanzar la densidad requerida.
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-Compactación. Es posible hacerlo mediante una motoniveladora pata de cabra o rodillo
neumático, es posible hacer los ajustes necesarios de humedad
-Terminación. Normalmente es hecho con un compactador estático de rueda de 12 a 14
toneladas que permite compactar agregados sueltos y crear una superficie lisa.
-Sello. Es un paso importante y necesario proteger la capa terminada y hacerla una
superficie más duradera.
-Diseño de Mezcla. En Colombia es hecho por el método de inmersión compresión y se
recomienda revisar la normativa del Instituto del Asfalto en su manual MS-21 recomienda
el método de diseño de mezcla Marshall de Illinois (FHWA, 2001b).
La bibliografía afirma que la técnica FDR es adecuada para vías de menor volumen de
tránsito que sólo requiera un tratamiento superficial simple o estabilizar una base. Sin
embargo, para citar una experiencia internacional Franklin D. Roosevelt la ha utilizado
en las carreteras más importantes, incluyendo carreteras interestatales (Caminos Mejor,
2001).
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47
11. MATERIALES PARA EL RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN FRÍO
IN SITU
Los materiales para la fabricación de MBRS a partir del MBR tienen similitud a los usados
en las mezclas asfálticas tradicionales, su diferencia sustancial está en el contenido de
pétreos ya que el MBR sustituye parcial o totalmente la necesidad de nuevos pétreos.
11.1 AGREGADOS
Para las MBRS los agregados pétreos corresponden a el MBR generalmente. En los
casos en que sea necesario incorporar nuevos pétreos estos están definidos como
agregado grueso , agregado fino y llenante mineral.
El agregado grueso procede de canteras, producto de la trituración y su fracción retenida
en el tamiz N 4 contiene un como mínimo el 75% de elementos tritutarados que presentan
dos o más caras fracturadas.
El agregado fino corresponde a la fracción que pasa por el tamiz N 4 y queda retenido en
el tamiz N 200.
El llenante mineral o pasa 200 es la fracción de material mineral que pasa por el tamiz N
200.
Para las MBRS cuando no se recicla el 100% el nuevo pétreo añadido corresponde
generalmente a agregados finos.
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11.2 AGUA
Para las MBRS el agua requerida debe tener un control especial del pH cuando el ligante
es una emulsión, la norma ASTM D-1293 tiene como valores de referencia 5.5 y 8.0.
Cuando el ligante es asfalto espumado el único control corresponde a que el agua debe
estar sin materia orgánica o elementos químicos, ya que estos podrían afectar la mezcla.
11.3 LIGANTE BITUMINOSO
Las MBRS pueden ser fabricadas con emulsión o asfalto espumado, la escogencia de
cualquiera de ellos obedece a los requerimientos constructivos , condiciones de la
estructura y a la disponibilidad de equipos.
11.3.1 Emulsiones Asfálticas. Están compuestas por asfalto, agua y un emulgente y son
producto de la dispersión del cemento asfáltico en agua. Las emulsiones tienen un
contenido de asfalto entre el 60 y 65% y el excedente es agua, en lo que respecta al
emulgente tiene una proporción del 2% y es un químico comúnmente llamado surfactante
y determina si la emulsión será catiónica, aniónica o no iónica, en Colombia las
emulsiones son catiónicas.
Las emulsiones se clasifican según su rompimiento y de este depende su uso específico,
se dividen en emulsiones de rotura rápida, media y lenta. Para las MBRS son usadas las
emulsiones de rotura lenta las cuales están diseñadas para la máxima estabilidad de
mezclado y tienen bajas viscosidades, deben ser usadas con agregados de granulometría
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densa y alto contenido de finos. A continuación se observa una tabla resumen sobre las
emulsiones que deben ser utilizadas en el reciclaje de pavimentos en Colombia.
Tabla 3. Emulsiones Asfálticas para el reciclaje
GRADACIONES
(Tabla 3) CRM CRL-1 CRL-1h
En planta
Abierta A,B,C X
Densa D X X
Arena-emulsión E,F X X
In Situ
Abierta A,B,C X
Densa D X X
Arena-emulsión E,F X X
Suelo- emulsión G X X
CATIÓNICAS
TIPO DE MEZCLA
Fuente: MONTEJO, Alfonso. Ingeniería de Pavimentos para Carreteras p
599.Bogotá,1998.
El manual básico para emulsiones asfálticas del Instituto del Asfalto hace énfasis en que
la selección del tipo de emulsión debe seguir estricto cumplimiento a la verificación de
parámetros como pruebas de laboratorio usando la emulsión y agregados, la
manipulación de la emulsión para evitar contaminación, sedimentación de los glóbulos de
asfalto y las especificaciones técnicas.
En Colombia la selección de la emulsión debe cumplir con los parámetros requeridos en
la tabla 4 del artículo 400 de las Especificaciones Generales de Construcción de
Carreteras, INVIAS 1996.
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11.3.2 Asfalto Espumado. Este ligante es producto del estallido del asfalto caliente (140-
160 °C) cuando entra en contacto con pequeñas canti dades de agua fría (figura 8),
generalmente en relación de una parte de agua por cincuenta de cemento asfáltico
provocando una disminución temporal de la viscosidad del cemento asfáltico. Producto de
que el asfalto se expanda mas allá de su volumen original resulta la espuma conocida
como asfalto espumado (Montejo,1998).
Figura 8. Proceso de obtención del asfalto espumado
Fuente: Gayco S.A. Diapositivas. Bogotá,2011.
En cuanto a la caracterización del asfalto espumado son requeridos dos parámetros, la
relación expansión y la vida media. La primera es definida como la relación entre el
máximo volumen de asfalto espumado y el volumen del asfalto cuando la espuma se ha
asentado completamente. La vida media es el tiempo en segundos que tarda la espuma
en asentarse a la mitad del máximo volumen alcanzado.
Estos dos parámetros dependen del grado y el tipo de asfalto, y de la cantidad de agua
inyectada. A mayor relación de expansión se espera una mejor dispersión del asfalto en
la mezcla y a mayor vida media implica más tiempo disponible para ser amasado
(Montejo,1998).
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12. DISEÑO DE MEZCLAS
El diseño de mezclas con material reciclado (MBR) debe ser hecho con una clasificación
preliminar antes de aplicar cualquier método de diseño (Inmersión Compresión o Marshall
Illinois), esta fase corresponde a identificar y clasificar el material reciclado.
Una vez clasificado el MBR se determinan mediante ensayos de laboratorio las
propiedades de peso volumétrico suelto y compacto, limites de Atterberg, Equivalente de
Arena, granulometría húmeda y contenido de asfalto del MBR. Una vez culminada esta
etapa se procede a establecer el contenido de asfalto necesario para la nueva mezcla.
12.1 METODO DE INMERSION COMPRESION
Este método busca que las mezclas tengan propiedades similares a las fabricadas con
materiales nuevos y es hecho a partir del análisis granulométrico de la mezcla reciclada
adicionando o no material nuevo para que se ajuste a uno de los siete husos
granulométricos. Para determinar el contenido de asfalto establece como parámetros de
aceptación los siguientes criterios.
Resistencia de probetas curadas en seco ≥ 20 kg/cm2
Resistencia de probetas curadas en húmedo ≥ 15 kg/cm2
Resistencia conservada ≥ 50%
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12.2 METODO MARSHALL DE ILLINOIS
Es el método más usado para el diseño de MBRS y al igual que el anterior busca
determinar el contenido óptimo de cemento asfáltico necesario para agregar al MBR
logrando una máxima resistencia. La siguiente tabla muestra los parámetros que el
método también conocido como Marshall Modificado tiene como criterios de evaluación.
Tabla 4. Criterios de Evaluación Marshall de Illinois
Numero de golpes por cara UN 50
Estabilidad mínima en agua a 22°C libras 500
Porcentaje maximo de perdida despues de
saturacion e inmersion al vacio
Flujo 1/100 pulgadas 8. - 18
Porcentaje minimo de cobertura de
agregados
Vacíos con aire % 3. - 18
un 50
% 50
CRITERIO UNIDAD VALOR
Fuente: Segundas Jornadas de Mantenimiento Vial,2.125p. Bogotá,1990.
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13. ASPECTOS NORMATIVOS
En Colombia la normativa para el reciclaje de pavimentos asfálticos se encuentra en la
sección 340 del Instituto de Desarrollo Urbano – IDU y articulo 400 del Instituto Nacional
de Vias- INVIAS . A continuación la especificación para emulsiones
Figura 9. Especificaciones para emulsiones catiónicas
Fuente.Institutop Nacional de Vias/ INVIAS Articulo 400 Especificación Técnica
INVIAS,2007.
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14. CONDICIONES -EJECUCION DE OBRA Y MAQUINARIA PARA EL RECICLAJE
DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN FRIO IN SITU
En la etapa constructiva de MBRS deben seguirse múltiples controles que van desde la
revisión de las condiciones iniciales del pavimento a intervenir hasta la limpieza final de la
obra. En este capítulo se describen de manera general los controles a realizar en cada
uno de los procesos para la construcción de MBRS.
14.1 DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA A RECICLAR
Como ya se mencionó, aunque todas las estructuras pueden ser recicladas es
indispensable realizar un diagnóstico de su condición ya que en algunos casos el reciclaje
puede resultar inviable debido a que puede requerirse pre tratamientos (deficientes
subrasantes) o la composición del material dispuesto en la vía no se ajusta a los
requerimientos de la nueva mezcla.
Este diagnóstico demanda una inspección visual de los diferentes modos y tipos de fallas
de la estructura ponderando su localización, severidad y recurrencia. De esta manera se
determina si las fallas son de tipo superficial o estructural. En los casos en que la falla es
estructural es conveniente reciclar mediante la técnica FDR, para el caso contrario es
posible mediante CIR, lo anterior dependerá de los ensayos previos hechos al material
dispuesto en la estructura mediante toma de núcleos, deflexiones, pruebas con el
Penetrómetro Dinámico de Cono y apiques que permiten conocer capas y espesores de
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55
la estructura, tamaño y granulometría del material, contenido de asfalto residual, humedad
de la subrasante entre otros. En los casos en que se presenten fallas en la subrasante
deberá evaluarse la viabilidad técnica y financiera de hacer un pre tratamiento. A
continuación se presenta un cuadro resumen de los diferentes tipos y modos de fallas que
pueden encontrarse al momento de diagnosticar la estructura.
Tabla 5. Modos y Tipos de deterioro
MODO DE DETERIORO TIPO DE DETERIORO
Deformación Ahuellamiento, Depresiones, Abultamientos
Agrietamiento Piel de Cocodrilo en mapa, en bloque,fisuras
longitudinales, transversales
Desintegracion de la Superficie Baches, Desmoronamiento,Parches, Rotura Bordes
Lisura de la Textura Superficial Exudación, Pulimiento
Fuente: Bojaca, Walter. Reciclaje de Pavimentos con Emulsiones Asfálticas.Bogotá,2002.
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14.2 SEGUIMIENTO DEL DISEÑO DE LA MEZCLA
En esta importante etapa se establecen los parámetros y métodos mediante los cuales se
controlará la obra siguiendo el diseño del pavimento. Además de los ya conocidos
controles granulométricos, densidad, tipo y dosificación del ligante es primordial controlar
la humedad de Pre- envuelta para el MBR ya que una vez identificada se procede a
incorporar el ligante bituminoso.
14.3 COORDINACIÓN DE EQUIPOS DE RECICLAJE
Antes de iniciar el reciclaje de la estructura es conveniente realizar un tramo de prueba,
en este proceso se realizan los ajustes de los equipos en lo que respecta a la velocidad
de la recicladora, la profundidad de intervención, el estado de las puntas, los dispositivos
de dosificación del ligante y del agua, la localización de los equipos, la velocidad de
compactación y demás ajustes que sean necesarios.
14.4 CONTROL DE ACTIVIDADES EN EL RECICLAJE DE PAVIMENTOS
Como en cualquier proceso constructivo el listado de actividades es extenso, para el caso
que nos ocupa (MBRS) se ha diseñado un modelo de actividades importante que se
deben tener en cuenta tanto en la fase preliminar como en la fase constructiva del
reciclaje. Las tablas a continuación sintetizan el modelo.
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Tabla 6. Actividades para Reciclaje de Pavimentos en la Fase Preliminar
REVISIÓN DE MATERIALES
Especificaciones del nuevo proyecto Tipos y causas del daño del pavimento
Diseño de la mezcla Condiciones de Drenaje
Disposiciones especiales
Manuales de Construcción
Planes de manejo de tráfico
Instrucciones de materiales y aditivos
ACTIVIDADES FASE PRELIMINAR
Definir el trabajo de campo necesario. Para las
muestras estructurales es conveniente Nucleos,
apiques y deflexiones. Para las de superficie se debe
tener en cuenta el IRI y Estado de daño.
Comprobar que las estructuras anexas existentes
(bordillos, barandas, separaciones) no causan
variaciones en la geometria del pavimento existente
Verificar si existen geotextiles en las capas a reciclar y
si estas pueden ser tratadas en la construcción de la
nueva estructura
Considerar posibles factores externos como
escombros y aumentos de tráfico
Verificar que el diseño de la mezcla sea realizado con
los materiales de la obra
Identificación de las muestras y su
consistencia a lo largo del tramo
Compatibilidad del ligante bituminoso
con los materiales a reciclar
Consideración de la necesidad de
aditivos como cal,rejuvenecedores
REVISIÓN DE DOCUMENTOS REVISIÓN CONDICIÓN INICIAL DEL PAVIMENTO
Fuente: Elaboración propia basada en el Check List Reciclaje de la FHWA
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Tabla 7. Actividades para el Reciclaje de Pavimentos en la Fase Constructiva
CONTROL DE PARAMETROS PUESTA EN MARCHA DEL RECICLAJE
Verificar Humedad de Preenvuelta
Verificar Granulometria del RAP
Verificar Contenido de Ligante Bituminoso
Verificar Densidades
Verificar los traslapos de construcción, max 20 cm Verificar el peso y tolerancia al corte de la recicladora
Calibrar la dosificación del ligante y agua
Verificar que los carrotanques no tengan contaminantes
Revision de la distancia de separación entre los equipos
Coordinar los inicios y paradas de los equipos
ACTIVIDADES FASE CONSTRUCTIVA
Verificar la temperatuta minima del ambiente
para emulsiones minimo 10°C
Inspeccion visual de la homogeneidad de la
mezcla nueva
Realizar controles de la obra según los métodos de
ensayo establecidos"tracción indirecta y otros"
Inspeccionar que el transporte del ligante sea de acuerdo a
los establecido, en especial para emulsiones
Verificar el estado de la manguera flexible que conduce el
ligante del carrotanque a la recicladora
Verificar los equipos de compactación que estan en los
rangos de 10 tn para el neumático y de 20 tn para el liso.
Esto debe ser reconsiderado según el espesor de la capa a
compactar.
Revisar que el número de compactadores usados sea
consistente con la tasa de material dispuesto
Verificar que la superficie a intervenir no tenga materiales
contaminantes(orgánicos entre otros)
Verificar que el ancho y profundidad del material que se
está moliendo.
Revisar que el ancho efectivo del tambor de la máquina
recicladora sea el requerido para la sección de la vía
Comprobar que los dientes de la recicladora esten
completos y en óptimas condiciones
Verificar que las boquillas de suministro de ligante y agua
estén sin ninguna obstrucción
Fuente: Elaboración propia basada en el Check List Reciclaje de la FHWA
MIC 2011-I0-54B
59
14.5 MAQUINARIA PARA RECICLAJE DE PAVIMENTOS
Los equipos utilizados en para el reciclaje de pavimentos se agrupan en un tren de
pavimentación de características similares a la pavimentación tradicional en caliente. El
equipo principal corresponde a una máquina recicladora la cual es la encargada de
pulverizar el pavimento existente a la profundidad requerida y mezclar el MBR con el
ligante bituminoso. Accesorio a ello es necesario una máquina motoniveladora de una
cuchilla promedio de 3.66 y 100 kw de potencia para perfilar la superficie, un compactador
liso de 10 a 15 toneladas para espesores hasta 20 cm y de 15 a 20 toneladas para
superiores, un compactador neumático de 12 a 30 toneladas para lograr las densidades
optimas, y carrotanques irrigadores de agua y ligante. Este capítulo se detallará la
máquina recicladora ya que los demás equipos con de amplio conocimiento en las
pavimentaciones tradicionales.
Figura 10. Tren de Reciclaje de Pavimentos Asfálticos
Fuente: ROYAL PAVING. La Recicladora de Asfalto Baguela. (en línea). (consultado 10 abril.2011) Disponible en <http://www.reclaimasphalt.com/overview-spanish.html
MIC 2011-I0-54B
60
14.5.1. MÁQUINA RECICLADORA. Estas máquinas pueden encontrarse sobre orugas o
llantas, permitiendo de así el acceso a cualquier tipo de terreno. En la actualidad existen
varias referencias en el mercado como Wirtgen, CMI, HAMM,KMA y ROADTEC, entre
otras.
En cualquiera de las marcas mencionadas, las recicladoras para su funcionamiento
cuentan principalmente con: un rotor con puntas de carburo las cuales son las que
rompen el pavimento, y, son reemplazables. Un tambor fresador/mezclador el cual es el
eje de todo el proceso ya que este gira para pulverizar el pavimento. A su vez las
recicladoras cuentan con una rejilla de control de granulometría, un sistema integrado de
riego (para el ligante) y una regla. A continuación se describe con mayor detalle cada uno
de ellos.
Figura 11. Máquina recicladora
Fuente: WIRTGEN, Manual de Reciclaje en Frio Wirtgen,2ed. Alemania,2004.
MIC 2011-I0-54B
61
-ROTOR - TAMBOR FRESADOR/ MEZCLADOR: Este rotor debe tener una profundidad
de corte y mezcla mínimo de 30 cm y debe contar con las opciones de control manual y
automático. Para permitir pulverizar y mezclar estructuras y/o suelos con diferentes tipos
de material, el mando del rotor debe ser mecánico lo que permite diferentes velocidades,
“por lo general mientras más alta la velocidad del rotor más fina es la mezcla que se logra”
(Bojacá, Cárdenas, Gomez,2002).
Figura 12. Tambor Fresador de la recicladora
Fuente: WIRTGEN, Manual de Reciclaje en Frio Wirtgen,2ed. Alemania,2004.
El tambor de la recicladora está conformado por la puntas de carburo, que están
separadas entre sí para poder mezclar el material. Estas puntas o picas están sujetas a
una porta puntas que en caso de ser necesario cambiar una punta permite hacerlo de
manera fácil en obra.
MIC 2011-I0-54B
62
En lo que respecta a la capacidad de la recicladora el volumen del material reciclado está
en función de la profundidad en la que se esté trabajando, por esta razón las máquinas
recicladoras tienen un dispositivo denominado carcasa de capacidad variable que
permiten ajustarla según sea necesario.
La profundidad del reciclaje es controlada por dispositivos manuales o automáticos ya que
todos los modelos cuentan con esta característica. Generalmente el control de
profundidad es hecho de manera mecánica a través de un operario que mediante cilindros
hidráulicos eleva o baja el rotor. Para el caso automático es realizado mediante un sensor
que detecta cambios en la superficie que se está reciclando y de manera automática
ajusta la profundidad del rotor para mantenerlo en el nivel de profundidad prefijado.11
-REJILLA DE GRADACION. Al igual que en las máquinas trituradoras, en las máquinas
recicladoras se controla el tamaño del material (en este caso MBR) por medio de rejillas
que son instaladas delante del tambor de fresado evitando los sobretamaños. En los
casos en que se presentan tamaños superiores a los de diseño las recicladoras disponen
de un impactor que permite ajustar la granulometría, esto es controlado mediante la
distancia entre el impactor y la puerta trasera de la cámara de mezcla, y el diámetro del
rotor.12
-SISTEMA DE RIEGO. El ligante bituminoso es incorporado a la MBRS mediante
dosificadores con sistemas independientes de inyección, estos sistemas deben ser
controlados mediante mantenimientos preventivos que permitan el excelente estado de la
bomba de inyección, las toberas y el caudalómetro.
11
Y 10 CATERPILLAR, Manual de Recuperación de Caminos a Profundidad Total.Estados Unidos.1997 12
MIC 2011-I0-54B
63
Una vez expuestas las generalidades de las máquinas recicladoras en frio es necesario
identificar algunos de los diferentes modelos más usados que existen en el mercado.
Figura 13. Modelos Máquinas Recicladoras Wirtgen
Fuente: INTERMAQ SAC. Recicladoras. (en línea), (consultado 10 mayo.2011) Disponible enhttp://intermaqsac.com/equipos.php?id_marca=101&marca=WIRTGEN&id_linea=15&linea=Recicladoras
MIC 2011-I0-54B
64
15. EXPERIENCIA INTERNACIONAL EN RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
El Reciclaje de pavimentos asfálticos es una técnica de gran aplicación en el ámbito
internacional dada la política del manejo ambiental y la responsabilidad que se tiene con
el desarrollo sostenible. En las últimas décadas países como Holanda, Estados Unidos,
Alemania, Japón entre otros, se han preocupado por crear desarrollos tecnológicos en la
materia, resultado de ello encontramos avances significativos en los equipos necesarios
para el reciclaje ya que en la actualidad en el mercado se encuentran recicladoras de
diversas especificaciones que permiten realizar cualquier reciclado de pavimento asfáltico.
Sin embargo el principal aporte de estos países se encuentra en la amplia aplicación de
MBRS, pues para referenciar un caso en Holanda reciclan el 100% de sus pavimentos,
este campo de acción nos permite tomar como base su aciertos y desaciertos en
experiencia constructiva ya que en Colombia la implementación de esta técnica es
incipiente.
La experiencia internacional en reciclaje de pavimentos se encuentra dispersa en las
técnicas en frío y en caliente pues depende de las necesidades del pavimento nuevo esto
en razón a que en algunos países el reciclaje en frío es utilizado sólo para volúmenes de
transito bajos.
La siguiente tabla nos muestra la relación entre el material reciclado y su utilización en
nuevas mezclas.
MIC 2011-I0-54B
65
Tabla 8. Reciclaje de pavimentos Asfálticos al año
TONELADAS DE RAP
para reciclaje al año
(millones) En Caliente En Frio
Alemania 7,3
Dinamarca 0,53
EEUU 33 30 50
Japon 30
Paises Bajos 0,12
Suecia 1 14 40
30
60
100
en nuevas mezclas
% Participacion de la RAP Total
PAIS
40
Fuente: Elaboración propia pasada en la Publicación de la PIARC, Encuentro
Internacional de pavimentos,2002
Con una experiencia internacional de tan amplia trayectoria en el reciclaje de pavimentos,
resulta complejo referenciarla toda dado el alcance de este trabajo, es por ello que se
evidenciaran apenas unos cuantos países sobre los cuales se encontró información
relevante acerca de la utilización de la técnica.
-Caso Portugal
En Portugal de 1,900.000 m2 de MBR(Martinho et al,2004) el 43% se ha reciclado en frío
usando emulsion, lo cual es una avance significativo en los recientes
MIC 2011-I0-54B
66
años(Pereira,Picado,2006). El reciclaje se ha realizado In Situ y en planta con técnicas de
reciclaje superficial y profundo. En los casos en los que el material a reciclar es la capa
bituminosa las nuevas mezclas usan de un 2 a 3% en peso de asfalto residual, y cuando
el material reciclado corresponde a capa bituminosa y granular los porcentajes están del 3
al 5%(Pereira,Picado,2006).La técnica mas utilizada es In Situ con el objetivo de mejorar
la calidad del material existente en espesores de 12 y máximo 15 centimetros, esto
debido a la limitante de compactación(Pereira,Picado,2006).
Cuando la MBRS es construida tienen especial atención al momento de abrir al tráfico ya
que sólo es posible si la emulsion ha curado completamente, autores estiman que tal
proceso de maduración cuando la mezcla es hecha en frío tarda de varias semanas hasta
dos meses e incluso de 6 meses a dos años(Batista,2004), es por esta razón que para
obtener altas resistentecias en corto periodo de tiempo añaden cemento, esto en los
casos en que el pavimento existente tiene capas bituminosas (de espesores pequeños)
extremadamente dañadas.
La técnica en frío es además usada en los casos en que el pavimento a rehabilitar tiene
una vida media de 10 años y con espesores de la superficie bituminosa de 5 y 10
centimetros.
En lo que respecta a el comportamiento de las MBRS, los modulos de rigidez a 20°C
tienen valores cercanos a los 1000MPa inicialmente y cuatro meses después ascienden a
casi 3000Mpa (Batista,2004). Un estudio reciente de Batista , a través de la comparación
en un ensayo de compresión uniaxial muestra que en lo concerniente al comorpomiento a
MIC 2011-I0-54B
67
la fatiga y deformación permanente,excluyendo el periodo inicial de curado, estas mezclas
se comportan de manera similar a las mezclas bituminosas en caliente.
-Caso Estados Unidos
En los Estados Unidos actualmente existe una política clara y definida acerca del reciclaje
para la construcción de carreteras,la Federal HIghway Administration (FHWA) en un
trabajo que involucra el esfuerzo publico privado ha desarrollado e implementado la
política “Green highways” a través de la cual se desarrollan, implementan ,gerencias
programas y buscan mecanismos de financiación a proyectos que contribuyan a la
conservación del medio ambiente. Resultado de ello en EEUU de 60 millones de
toneladas al año de MBR 40 son reutilizadas en mezclas nuevas(DelDOT,2010).
Las técnicas de reciclaje utilizadas corresponden al reciclaje en caliente en planta, en
caliente in situ y en frío In Situ, desarrollando para cada uno de ellos guias de
intervención.
-Caso Suecia
En Suecia la mayor parte de MBR es utilizadad para la fabricación de mezclas en caliente
(7 millones de toneladas) y una casi un millone de toneladas en mezclas en
frio(Torbjorn,2002). Es importante precisar que aun cuando las cantidades de MBR no son
tan significativas como en otros países, en Suecia se recicla el 80% de los pavimentos,
MIC 2011-I0-54B
68
tal proceso es realizado con las técnicas de reciclaje en caliente (25%), mezclas tibias
(35%) y en frio (25%),para cualquiera de estos casos es posible encontrar proyectos
realizados en planta o In Situ(Torbjorn,2002).
Es claro que los contenidos de ligante y agregado varían para cada diseño de mezcla
según las condiciones requeridas, sin embargo la Ruta Nacional Sueca y el Instituto de
Investigación del Transporte, SE-581 95, Linköping, Suecia, realizaron un estudio en
donde se estiman valores de diseño en función de la técnica de reciclaje y son los que se
referenciaran para este caso.
Independiente a la técnica usada (frio, tibio, en caliente) en Suecia los espesores a
reciclar para nuevas mezclas corresponden a máximo 16 centímetros para rodadura y 22
centímetros para capas de base, en lo que respecta al ligante bituminoso el más utilizado
es la emulsión sin afirmar que el asfalto espumado no sea utilizado para algunos
proyectos.
El cuadro resumen que se muestra a continuación nos permite visualizar un panorama
general del diseño de mezclas con MBR, los valores aquí referenciados no pueden ser
tomados como parámetros ya que son aproximaciones ponderadas de varios proyectos.
MIC 2011-I0-54B
69
Tabla 9. Características generales para las mezclas recicladas en Suecia.
Caracteristica En Planta In Situ En Planta In Situ
Contenido Emulsion 2-4% 1,5 - 4.0 % ----------- -----------
Contenido Asfalto Espumado ----------- 1.0 - 2.5% ----------- -----------
RAP 80-100% ----------- 80 - 100% -----------
Agregado Nuevo 10-20% ----------- 0 - 20% -----------
Bitumen Nuevo --- ----------- 1.2 - 1.8 % -----------
Humedad Optima 6-7% ----------- ----------- -----------
Temperatura mezcla --- ----------- 50 - 80°C 50 - 80°C
Contenido Asfalto Total 4.5 - 7.5% ----------- ----------- -----------
Profundidad reciclaje -- ----------- ----------- maximo 8 cm
Produccion 100-150 Toneladas /hora ----------- ----------- -----------
Test Laboratorio Capa Rodadura Base Capa Rodadura Base
Contenido de vacios , % 4. - 12 6. - 14 3. - 8 5. - 10
Estabilidad Marshall 25°C , KN > 5 > 7 > 8 > 10
Modulo Rigidez 10°C, Mpa - > 2000 - 2000 -5000
Traccion Indirecta, Kpa > 300 - > 500 -
Sensibilidad agua, % > 60 > 50 > 70 > 60
----------- Sin Información
RECICLAJE EN FRIO RECICLAJE SEMI CALIENTE
Fuente: Elaboración propia basada en el informe Cold and Semi Hot Recycling of Asphalt Pavement in Sweden,2002
-Caso Noruega
Al igual que en Suecia, en este país el reciclaje de pavimentos es una técnica recurrente
al momento de rehabilitar una estructura, y, aunque no se encuentran estadísticas que
MIC 2011-I0-54B
70
cuantifiquen su aplicación, los ejemplos bibliográficos muestran el reciclaje In Situ
mediante CIR como la técnica más común. El diseño de las mezclas parte de la viabilidad
del reciclaje, continua con la caracterización del MBR y finaliza con la selección del
contenido de ligante. El ligante bituminoso más utilizado es el asfalto espumado para el
cual cuentan con la siguiente metodología:
Figura 14. Selección del Contenido de Asfalto Espumado en Noruega
Fuente:PIARC. Reciclaje de pavimentos. (en línea). (consultado el 4 abril.2011) Disponible en http://publicationes.piarc.org/ressources/documents/actes- seminaires0102/c78-pologne02/2.1s-c7-8-2002-Jean-Francois-Corte-PP-red.pdf,
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71
-Caso Estonia.
Con 16443 km de carreteras estatales ,el 52% de ellos pavimentados de los cuales
aproximadamente 100 Km son reparados anualmente (Tootsi,2002), el reciclaje en frio se
ha convertido en una técnica de intervención que ha cobrado importancia en las dos
últimas décadas pues en el periodo comprendido entre 1995 y 2000 de 900km reparados
500 han sido mediante el reciclaje en frio (Tootsi,2002).
MIC 2011-I0-54B
72
16. EXPERIENCIA COLOMBIANA EN LA CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS MEDIANTE RECICLAJE.
La experiencia en el reciclaje de pavimentos asfálticos in situ es una técnica incipiente en
nuestro país por tanto los resultados de la misma no se encuentran documentados de
manera sistemática ni se cuenta con un consolidado de las obras que se han realizado
hasta el momento; dado el alcance del trabajo la experiencia que se describe en a
continuación es producto de la toma de información y entrevistas a contratistas que ha
utilizado la técnica en donde expresan sus procesos y dificultades en campo con el
reciclaje de pavimentos, y, no contiene un análisis de las propiedades de las mezclas
asfálticas recicladas.
Una de las compañía que ha realizado un trabajo importante en el reciclaje de
pavimentos asfálticos in situ es la empresa IC Gayco S.A quienes principalmente han
construido pavimentos y han estabilizado vías reciclando in situ mediante la técnica de
asfalto espumado, la experiencia que en adelante se documenta obedece a esta técnica.
MIC 2011-I0-54B
73
16.1 DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA A RECICLAR
Todos los pavimentos asfálticos pueden ser reciclados, sin embargo la escogencia de
esta técnica depende de la viabilidad técnica y financiera de construir o no una nueva
estructura. Sin embargo la condición inicial del pavimentos asfáltico a reciclar
generalmente son fallas estructurales en donde la condición superficial muestra piel de
cocodrilo, baches , ahuellamiento, corrimientos y abultamientos.
Figura 15. Registro Fotográfico -Tipologías de falla de Pavimentos a Reciclar
Fuente: IC Gayco S.A,Diapositivas. Bogotá2011
Estas tipologías de falla están sujetas a unas restricciones en cuanto a la condición de los
materiales que pueden hacer inviable el reciclaje, principalmente se reflejan en la mala
condición de la subrasante que generalmente es por presencia de material arcilloso, en
MIC 2011-I0-54B
74
este caso es necesario un tratamiento previo el cual debe ponderarse teniendo en cuenta
el transporte del material , su disposición final en botaderos y el costo del material de
cantera o solución no convencional (química) para mejorar la condición de la subrasante.
16.2 DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON MATERIAL RECICLADO
16.2.1 Contenido de bitumen. Generalizar los porcentajes de asfalto espumado o
emulsión necesarios para la elaboración de mezclas asfálticas con material reciclado es
una tarea difícil ya que cada diseño cuenta con sus particularidades, sumado a que el
contenido de asfalto presente en el material reciclado no es tenido en cuenta en el diseño
ya que este trabaja como un pétreo.
Para tener un orden de magnitud, en la experiencia con asfalto espumado las mezclas
asfálticas con material reciclado de han diseñado aproximadamente con los siguientes
contenidos de material bituminoso.
Tabla 10. Contenido de Asfalto Espumado en mezclas con MBR
Material Reciclado Contenido de espumado aproximado
Carpeta Asfáltica 2%
50% Carpeta Asfáltica
50% Base Granular
3,5%
Base Granular 5%
Fuente: Elaboración propia basada en datos suministrados por contratistas.
MIC 2011-I0-54B
75
16.2.2. Ajuste Granulométrico. En el reciclado con asfalto espumado generalmente se
recicla el 100% del material sin ser necesario el ajuste de agregados pétreos ya que como
el espumado trabajo sobre los finos, al momento de reciclar como la máquina alcanza a
pulverizar parte del material existente el aporte de finos ya se halla subsanado.
Para los casos en que es necesario realizar un ajuste granulométrico, generalmente
cuando se recicla carpeta asfáltica, el porcentaje de material nuevo que se incorpora está
entre el 5 y 20% siendo el óptimo entre el 10 y 15%.la máquina.
16.3 AJUSTE DE PARAMETROS EN OBRA
Dada la versatilidad de la técnica de reciclaje en frío in situ es posible llevar a cabo el
ajuste de parámetros en obra, que de ser en caliente no es posible, tal ajuste es muy
recurrente en obra especialmente en la humedad preenvuelta ya que las condicione
climáticas de campo pueden hacer que esta cambie y será necerio ajustar su contenido
para llegar al optimo.
En lo que respecta al contenido de asfalto, el ajuste no es posible ya que como el
espumado trabaja sobre los finos estos perfiles cambian cada metro lineal lo que hace
inviable dicho ajuste.
MIC 2011-I0-54B
76
16.4 TÉCNICAS UTILIZADAS Y ESPESORES EFECTIVOS PARA EL RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS IN SITU
En los proyectos construidos por IC GAYCO S.A la técnica más utilizada es FDR ya que
gran parte de los reciclajes se presentan al 100%, sin embargo esto está sujeto al diseño
estructural pues los porcentajes pueden obedecer al 50% de carpeta y 50% de base o
60/40 respectivamente.
Para el caso del espesor a reciclar este depende básicamente de la capacidad de la
recicladora y la dureza del material. En la experiencia constructiva se encuentran
espesores máximos de 33 centímetros y mínimos de 18 centímetros, estos valores se
encuentran en los rangos teóricos que van de 15 a 30 centímetros. Es importante también
prever que para los espesores reciclados la compactación pueda ser efectiva, ya que aún
cuando se cuentan con equipos de compactación de hasta 20 toneladas espesores
mayores a 30 centímetros exigirían compactación por capas que en el reciclaje seria
dispendioso y costoso.
16.5 NIVELES DE TRÁNSITO PARA MEZCLAS BITUMINOSAS CON MATERIAL RECICLADO.
Algunas referencias bibliográficas ubican a las mezclas con material reciclado in situ
como factibles para trafico medio y bajo, contradictorio a ello en Colombia la experiencia
MIC 2011-I0-54B
77
ha mostrado la eficiencia del reciclaje de pavimentos asfálticos en proyectos de altos
niveles de transito como los que se enuncian a continuación.
Tabla 11. Niveles de tránsito para Mezclas Asfálticas con Material MBR
Proyecto con uso de material reciclado en mezclas asfálticas in situ
Niveles de transito
Numero de Ejes
Troncal del Magdalena Medio 16.000.000 – 19.000.0000
Puerto Lopéz – Puerto Gaitan 7.000.000
Troncal Transmilenio Americas tramo
Puente Aranda – Banderas
1.020.000
Fuente: Elaboración propia basada en datos suministrados por Contratistas
16.6 CONTROL DE CALIDAD EN EL RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN FRÍO IN SITU
Al ser un proceso en donde la mezcla se lleva a cabo in situ es de vital importancia el
control y cuidado en los procesos constructivos para la conseguir la estabilidad de la obra.
Los hitos que tienen una especial atención en la construcción y control de calidad en el
reciclaje de pavimentos son los que se enuncian a continuación:
-Contenido de asfalto: en el control de obra es primordial monitorear el contenido total y el
contenido aplicado.
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78
-Contenido de humedad: en el caso del asfalto espumado se debe controlar la humedad
preenvuelta para llegar al óptimo y lograr la compactación.
-Granulometría: cuando es necesario el ajuste granulométrico por contenido de finos.
-Vida media y relación expansión: este control es aplicado sólo para el espumado y es
indispensable.
-Ensayos de resistencia al agua: deben ser realizados mediante tracción indirecta.
16.7 EQUIPOS UTILIZADOS EN EL RECICLAJE CON ASFALTO ESPUMADO
Corresponde a un tren de pavimentación que se compone de la máquina recicladora,
máquina motoniveladora, carrotanque de asfalto, carrotanque de agua y compactadores.
En Colombia las recicladoras utilizadas son marca Wirtgen cuyo modelo tiene un ancho
efectivo de 2 metros y CMI con un ancho efectivo de 2,4 metros. En el mercado existen
máquinas de mayores especificaciones pero en el país las secciones transversales de las
vías recicladas corresponden a 7 metros, aunque en Colombia se han construido
proyectos como La Jagua- Rincón Honda con 7,6 metros y Honda-Rio Hermitaño con 8,30
metros. Para la construcción se han dejado traslapos entre 15 y 20 centímetros.
Es importante realizar inspección y mantenimiento preventivo a los dispositivos del tren de
reciclaje de los cuales los de mayor atención deben ser los dosificadores de agua y
asfalto, las boquillas del agua para la dosificación del espumado. A esto debe sumarse la
inspección y monitoreo de la velocidad de la máquina recicladora.
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79
En cuanto a rendimientos reales del tren de reciclaje, estos no se encuentran
documentados pero un estimativo por parte de los contratistas se acerca a 1.000 metros
cúbicos por día.
16.8 COSTOS DEL RECICLAJE DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN FRÍO IN SITU
Toda estimación de costos implica aproximaciones ya que las condiciones de campo de
cada proyecto varían, teniendo este precedente el valor aproximado para reciclaje con
asfalto espumado por metro cubico compacto está entre 230.000 – 280.000 según
información general de los contratistas.
16.9 FALLAS PRESENTANDAS EN MEZCLAS EN FRIO IN SITU CON MATERIAL RECICLADO.
Las fallas estas sujetas al control de calidad efectuado en obra durante la etapa
constructiva, en los proyectos que se han realizado el reciclaje las fallas más comunes
son el acolchonamiento y zonas blandas producto de deficiencia en el drenaje y bolsas de
agua no tratadas que saturan el material.
17. USO DEL ASFALTO ESPUMADO COMO LIGANTE BITUMINOSO EN MEZCLAS
RECICLADAS EN FRIO IN SITU.
En Colombia se han reciclado aproximadamente 360.000 m3 (Gayco,2011) y a pesar que
parece ser una cifra considerablemente baja respecto a los estándares internacionales no
MIC 2011-I0-54B
80
puede desconocerse su importancia y relevancia ya que la experiencia en estos proyectos
aporta conocimientos básicos para continuar con su implementación en la rehabilitación y
mantenimiento de pavimentos. La figura que se muestra a continuación ilustra espacial y
cuantitativamente los proyectos que en Colombia se han realizado con MBRS con asfalto
espumado.
Figura 16. Reciclaje con Asfalto Espumado en Colombia.
Fuente: IC Gayco S.A, Diapositivas. Bogotá,2011.
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81
18. CONCLUSIONES
• El reciclaje de pavimentos es una técnica de rehabilitación de estructuras que
consiste en la reutilización de los materiales ya dispuestos en las capas del
pavimento (denominado MBR) logrando que las capas recicladas y estabilizadas
aportan altos módulos, la disminución del uso de nuevos materiales, menor
consumo de energía, menor disposición de residuos y menor impacto ambiental
entre otros traduciéndose en una reducción de costos.
• El reciclaje de pavimentos asfálticos constituye un modo de intervención
alternativo que puede ser realizado en caliente o en frío permitiendo a su vez ser
fabricado In Situ o en Planta.
• El reciclaje de pavimentos asfálticos en frío tiene como ventaja, frente al que es
hecho en caliente, que es realizado en la misma obra, no requiere tratamientos de
calor a la mezcla, y, su construcción y puesta en servicio resulta menos compleja,
proporcionando mayores rendimientos de obra con el consecuente ahorro en
costos.
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82
• La técnica del reciclaje de pavimentos asfálticos en frio In Situ consiste en utilizar
el material reciclado -MBR en la nueva mezcla incorporando un ligante hidráulico,
ligante bituminoso que puede ser emulsión o asfalto espumado.
• En la rehabilitación la intervención del pavimento mediante el reciclaje en frio In
Situ puede ser dispuesta mediante las técnicas CIR y FDR. En el caso del CIR
(Cold In Place Recycling) el material reciclado - MBR- es superficial quedando un
remante, para el caso del FDR (Full Depth Reclamation) el reciclaje es hecho al
100% del espesor de la capa asfáltica sin dejar remanentes mezclándose con una
fracción de los granulares existentes.
• Al momento de seleccionar la técnica de reciclaje, CIR o FDR, es necesario
conocer la condición de los daños en la estructura del pavimento ya que en el caso
del CIR es aconsejable para daños superficiales y por consiguiente el FDR en
daños a profundidad.
• No es conveniente el uso de la técnica FDR ni CIR en los pavimentos en los que
se presenta daños estructurales en las capas inferiores, en la subrasante o en
zonas geológicamente inestables.
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83
• El diseño de la mezcla con materiales reciclados constituye un cuidadoso proceso
en el que convergen pruebas y caracterización del material existente y los
requerimientos mecánicos para cumplir con el tráfico y condiciones futuras del
nuevo proyecto.
• En la etapa constructiva deben desarrollarse actividades preliminares tendientes a
la toma de muestras, caracterización del material a reciclar (que es heterogéneo)
a través de pruebas de laboratorio como granulometría, porcentaje de asfalto y
contenido de humedad.
• En las mezclas diseñadas con MBR es recomendable realizar pruebas dinámicas.
• Para la puesta en marcha de reciclaje es necesario disponer de un tren de
reciclaje que se conforma por una máquina recicladora, la cual es la encargada de
pulverizar y mezclar el MBR con el ligante, compactadores neumáticos y lisos, y
carrotanques irrigadores de agua y ligante. En el caso en el que no se cuenta con
una máquina recicladora opcionalmente puede usarse una motoniveladora.
• El control de obra en los trabajos de reciclaje, es hecho principalmente mediante
las pruebas de laboratorio de inmersión compresión (para la resistencia), tracción
indirecta, espesores, densidades, curado de la mezcla y los demás que se
consideren necesarios.
MIC 2011-I0-54B
84
• En lo referente al costo, se estima que puede haber una disminución por metro
cúbico reciclado, en relación al metro cúbico de material granular, del orden del 15
al 25%.
• Es necesario seguir avanzando en la investigación a través de pruebas de campo
y laboratorio que permitan establecer análisis diferenciales que concluyan en la
formulación de una Guía y/o especificación para la técnica de rehabilitación de
pavimentos mediante el Reciclaje en Frio In Situ, ya que este trabajo dado su
alcance es descriptivo.
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85
19. RECOMENDACIONES
• Aun cuando casi todas las estructuras de pavimento pueden ser recicladas ,para
tener óptimos resultados en el proceso de reciclaje y teniendo en cuenta la
heterogeneidad de los pavimentos en Colombia, es importante realizar un
diagnóstico detallado de la condición superficial y estructural del pavimento que va
a ser reciclado, así mismo asegurarse que la toma de muestras como núcleos,
deflexiones y apiques, sean realizados con una separación que permita establecer
el estado y conformación real del pavimento.
• Además de la caracterización geotécnica de los materiales presentes en la vía,
deben establecerse las condiciones de drenaje superficial y sub superficial
(cunetas y filtros) ya que de encontrarse en condiciones deficientes estos deben
ser reparados antes de iniciar el proceso de reciclaje.
• La selección de la técnica de reciclaje ( CIR o FDR) dependerá de la condición del
pavimento y del propósito de la intervención, sin embargo en los casos en los que
sea necesario hacer FDR deberá tenerse especial cuidado al remover el material
de la capa granular.
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• Los parámetros establecidos en el diseño de la mezcla deben seguirse con
rigurosidad en obra asegurando la granulometría óptima, humedad de pre
envuelta, contenido de ligante y densidades y demás que el diseño disponga.
• El material reciclado – MBR- debe estar contenido dentro de la franja
granulométrica establecida en la norma de referencia, de presentarse
sobretamaños estos deberán ser nuevamente procesados o caso contrario
ajustarla con material nuevo, para los dos casos la humedad debe ser tomada
nuevamente así como ajustar la humedad de pre envuelta.
• La incorporación del ligante bituminoso debe someterse a la dosificación del
diseño, sin embargo en obra la situación puede variar ya que en el diseño no es
tenido en cuenta el asfalto residual del MBR, es por ello que mediante los
resultados de los ensayos puede ajustarse el contenido del bitumen siempre y
cuando se llegue al de diseño.
• La selección de los equipos del tren de reciclaje debe estar en función del proyecto
a construir, en Colombia dada la geometría de las vías es aconsejable la
utilización de máquinas recicladoras con ancho efectivo de 2,4 metros, los
compactadores deben responder a los espesores a reciclar por tanto no debe
tomarse como regla general los equipos lisos de 10 tn y neumáticos de 20tn. Es
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primordial la sincronización de estos equipos en lo referente a su velocidad y
tiempos de parada.
• Antes de iniciar la construcción es recomendable hacer tramos de prueba, esto
con el fin de ajustar los parámetros que sean necesarios para llegar a las
condiciones de diseño. Una vez iniciado el reciclaje del pavimento debe
controlarse además de los materiales , que el corte sea hecho a la profundidad y
velocidad especificada, si es necesario ajustar dicha profundidad los equipos están
provistos de dispositivos para hacerlo, esto debido a que para una misma
profundidad si la velocidad es mayor la disgregación de los materiales es menor.
• Una vez compactada la mezcla con material reciclado, el proceso de curado es
esencial y por tanto no debe abrirse tempranamente al tráfico. Debe tenerse en
cuenta que como tiempo mínimo de curado antes de poner la capa de rodadura,
para las emulsiones debe esperarse 10 días y en el caso de asfálto espumado 5
días.
• Las mezclas con material reciclado – MBRS- pueden presentar fallas posteriores a
su construcción, generalmente acolchonamientos y corrimientos que pueden ser
presentados por exceso de humedad o ligante. Pare estos casos deben tomarse
muestras y analizar sus causas.
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• Finalmente y como una recomendación general y a manera enunciativa estas
fallas pueden ser tratadas como se muestra en la tabla 12, sin embargo cada caso
deberá ser analizado detenidamente y en función de sus características propias en
cuanto a diseño, tráfico, materiales y proceso constructivo. Cabe anotar que una
de las ventajas del reciclaje en frio In Situ es que permite reprocesar la mezcla
(para asfalto espumado).
Tabla. 12. Posibles Problemas en la Rehabilitación de Vías con Reciclaje
TIPO CAUSAS RECOMENDACIONES
Exceso de Ligante Escarificar y ajustar el diseño
Inadecuado control del tráfico
Insuficiente emulsión
Gradación Abierta de la mezcla
Demora en la aplicación del sello
Insuficiente estructura en la
Compactación Prematura
Estructura Inadecuada Identificar las zonas antes de reciclar
Excavar, mejorar y compactar antes
del reciclaje
Limpiar el paso del compactador
vibratorio y prohibir el neumático
hasta que se estabilice la mezcla.
Esperar a que el agua contenida en la
mezcla se reduzca (1% - 1.5%)
usualmente dos semanas.
Sellar áreas que presentan los surcos
Aplicar un sello de arena, slurry seal o
carpeta asfáltica según el tráfico
Permitir el secado de la mezcla, hasta
su humedad óptima antes de la
compactación
ONDULACIONES
SURCOS
HUNDIMIENTO
FALLAS LOCALES
Compactación Prematura
Colocación prematura de la
sobrecarpeta o sello
Emulsiones de Rompimiento muy
lento
Saturación de las capas inferiores
Fuente: X Simposio sobre Ingeniería de Pavimentos. Reciclaje de pavimentos, una
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