Wirtgen Manual de Reciclado en Fro

Wirtgen Manual de Reciclado en Fro

2da Edicin Noviembre de 2004

Wirtgen GmbH Hohner Strasse 2 53578 Windhagen Alemania Tel.: Fax: +49 (0) 26 45 / 131-0 +49 (0) 26 45 / 131-242

ISBN 3-936215-08-1 2da Edicin 2004 2da Revisin 2001 Primera Edicin 1998 Copyright 1998, 2001, 2004 por Wirtgen GmbH. Todos los derechos reservados. Prohibida su reproduccin, transmisin o almacenamiento total o parcial por cualquier medio sin permiso de Wirtgen GmbH

AgradecimientosEsta Segunda Edicin del Manual de Reciclado en Fro Wirtgen fue realizada por un equipo de especialistas de amplia experiencia en distintas reas de la rehabilitacin de pavimentos, y especialmente en aquellas relacionadas con la reutilizacin de los materiales existentes en los pavimentos viales. Este equipo incluye a ingenieros de Loudon International, quienes han asesorado a Wirtgen y sus respectivos clientes por ms de 10 aos en la aplicacin de tecnologas de reciclado. Como una forma de reconocer los rpidos avances que ha tenido la ingeniera de pavimentos, y su liderazgo indiscutido en esta rea, el profesor Kim Jenkins de la Universidad de Stellenbosch fue invitado a unirse al equipo de especialistas. Sus contribuciones a todo el manual son valiosas y especialmente relevantes en aquellos captulos en que se expone la rehabilitacin, diseo y uso de agentes estabilizadores. Adems, los ingenieros de Wirtgen GmbH contribuyeron en corregir errores de la Edicin previa y en asegurar que esta nueva versin solucionara los problemas y dudas manifestados por sus clientes. Wirtgen GmbH agradece a todos aquellos que han contribuido a la elaboracin de este Manual e invita a los lectores a retroalimentar y comentar el mismo, sin importar la naturaleza de los comentarios, los cuales pueden ser enviados directamente a: recycling@wirtgen.de Wirtgen GmbH, Noviembre de 2004

IntroduccinIntroduccin Captulo 1 Pavimentos de Carreteras 1.1 General 1.2 Componentes del Pavimento 1.2.1 Superficie 1.2.2 Estructura de pavimento 1.2.3 Explanada 1.3 Principales Factores que Afectan la Estructura de Pavimento 1.3.1 Condiciones ambientales 1.3.2 Cargas de trfico 1.4 Factores que Causan el Deterioro del Pavimento 1.4.1 Factores ambientales 1.4.2 Efectos del trfico 1.4.3 Consecuencias del agrietamiento 1.5 Mantenimiento y Rehabilitacin Estructural de Pavimentos 1.6 Opciones de Rehabilitacin 1.6.1 Rehabilitacin superficial 1.6.2 Rehabilitacin estructural Captulo 2 Reciclado en Fro 2.1 General 2.2 El Proceso de Reciclado en Fro 2.2.1 Reciclado en planta 2.2.2 Reciclado in-situ 2.3 Aplicaciones del Reciclado en Fro 2.3.1 Reciclado del 100% de RAP 2.3.2 Estabilizacin con RAP/base granular 2.3.3 Pulverizacin 2.3.4 Reprocesamiento 2.3.5 Modificacin de propiedades mecnicas 2.4 Tipos de Mquinas Recicladoras Wirtgen 2.4.1 Recicladora in-situ 2.4.2 Unidad de mezclado en planta 2.4.3 Equipo auxiliar 2.5 Beneficios del Reciclado en Fro 2.6 Aplicabilidad del Proceso de Reciclado en Fro Captulo 3 Rehabilitacin de Pavimentos 3.1 Introduccin 3.2 Procedimiento de Diseo para la Rehabilitacin de Pavimentos 13 17 17 18 18 19 20 20 20 21 21 22 22 23 24 25 26 26 29 29 29 29 30 31 33 33 34 34 34 35 35 39 40 40 41 43 43 44

3.3 Adquisicin de Datos y Procesamiento de la Informacin Disponible 3.3.1 Informacin del pavimento existente (informacin histrica) 3.3.2 Diseo de trfico 3.4 Investigaciones Preliminares 3.4.1 Determinacin de secciones homogneas 3.4.2 Evaluacin visual 3.4.3 Reevaluacin de las secciones homogneas 3.5 Investigacin Detallada 3.5.1 Excavacin de calicatas 3.5.2 Extraccin de testigos 3.5.3 Ensayos de laboratorio 3.5.4 Cono de penetracin dinmica (CPD) 3.5.5 Anlisis de las medidas de deflexin 3.5.6 Medidas de la profundidad del ahuellamiento 3.5.7 Sntesis de todos los datos disponibles 3.6 Opciones Preliminares de Diseo de Rehabilitacin de Pavimentos 3.6.1 Aproximaciones del diseo de pavimentos 3.6.2 Mtodo de guas de diseo 3.6.3 Mtodo del nmero estructural 3.6.4 Mtodo basado en deflexiones 3.6.5 Mtodo de diseo mecanicista 3.6.6 Resumen de las aproximaciones de diseo de pavimentos 3.7 Diseo de Mezclas en Laboratorio para Materiales Reciclados 3.8 Finalizacin del Diseo de Pavimentos 3.9 Anlisis Econmico Captulo 4 Agentes Estabilizadores 4.1 Tipos de Agentes Estabilizadores 4.1.1 Generalidades 4.1.2 Agentes estabilizadores cementados 4.1.3 Agentes estabilizadores asflticos 4.2 Estabiliacin con Cemento 4.2.1 Generalidades 4.2.2 Factores que afectan la resistencia 4.2.3 Agrietamiento de capas tratadas con cemento 4.2.4 Aplastamiento (crushing) superficial 4.2.5 Durabilidad 4.2.6 Trabajando con cemento 4.2.7 Trnsito temprano 4.2.8 Propiedades tpicas de materiales tratados con cemento 4.3 Estabilizacin con Asfalto 4.4 Estabilizacin con Emulsin Asfltica 4.4.1 General 4.4.2 Tipos de emulsin 4.4.3 Trabajando con emulsiones asflticas

46 46 46 47 47 50 51 51 51 52 52 53 54 54 54 55 56 57 57 57 58 58 59 60 61 63 63 63 64 64 66 66 66 67 68 69 70 73 73 75 76 76 77 78

4.4.4 4.4.5

Concepto de contenido total de fluido Propiedades tpicas de materiales estabilizados con emulsin asfltica

79 80 81 81 83 86 88 90 95 97 97 99 99 101 103 103 104 104 106 106 106 110 110 112 112 112 113 114 114 115 116 116 117 118 118 118 119 122 122 123

4.5 Estabilizacin con Asfalto Espumado 4.5.1 General 4.5.2 Caractersticas del asfalto espumado 4.5.3 Material adecuado para tratamiento con asfalto espumado 4.5.4 Trabajando con asfalto espumado 4.5.5 Propiedades tpicas de materiales estabilizados con asfalto espumado 4.6 Resumen: Comparacin de Agentes Estabilizadores Cementantes versus Bituminosos Captulo 5 Soluciones de Reciclado 5.1 Cuadro Gua con Posibles Estructuras de Pavimento Reciclado 5.2 Sustitucin de Mezcla Asfltica en Caliente Convencional por RAP Estabilizado con Asfalto Espumado 5.3 Reciclado en Dos Etapas para Alcanzar Mayor Resistencia 5.4 Reciclado In-situ en Dos Etapas Captulo 6 Consideraciones Constructivas 6.1 Generalidades 6.2 Planificando el Reciclado 6.2.1 Seleccin del equipo 6.2.2 Objetivo de produccin 6.2.3 Material en el pavimento existente 6.2.4 Geometra del pavimento existente 6.2.5 Acomodamiento de trfico 6.2.6 Logstica 6.2.7 Requerimientos de producto final 6.2.8 Requerimientos pre-reciclado 6.2.9 Requerimientos especficos antes de la apertura al trfico 6.2.10 Plano de produccin diario 6.3 Trabajo Preliminar Previo al Reciclado 6.3.1 Remocin de las obstrucciones 6.3.2 Pre-conformacin del camino existente antes de reciclar 6.3.3 Importacin de nuevo material 6.3.4 Fresado previo al reciclado 6.3.5 Pre-pulverizado 6.4 La operacin del Reciclado 6.4.1 Configuracin del tren de reciclado 6.4.2 Comienzo de la operacin 6.4.3 Reciclado 6.4.4 Juntas transversales 6.4.5 Colocacin del material reciclado 6.5 Compactacin

6.5.1 6.5.2 6.5.3

Densidades requeridas Factores que influyen en la densidad de terreno Logro de la densidad mxima de terreno

123 125 127 129 129 130 131 133 137 139 141 157 167 175 177 179 181 190 192 194 197 199 200 205 210 215 217 217 218 222 223 225 227 228 230

6.6 Terminando la Nueva Capa Reciclada 6.7 Control de Calidad 6.7.1 Chequeos y ensayos de control de procesos 6.7.2 Chequeos y ensayos de aceptacin Lista de Referencias Apndices Apndice 1: Rehabilitacin de Pavimentos y Ejemplos de Diseo A1.1 Rehabilitacin de caminos de trfico pesado A1.2 Mejorar el estndar de un camino de grava A1.3 Sustituir el RAP estabilzado con asfalto espumado por una base asfltica en caliente Apndice 2: Procedimiento de Diseo de Mezclas para Materiales Estabilizados A2.1 Muestreo y preparacin A2.2 Procedimiento de diseo de mezclas para materiales estabilizados con cemento A2.3 Procedimiento de diseo de mezclas para materiales estabilizados con asfalto A2.4 Procedimientos de ensayos de resistencia A2.5 Determinacin de las propiedades de corte de los materiales estabilizados con asfalto A2.6 Equipos de laboratorio requeridos Apndice 3: Procedimientos de Diseo Estructural de Pavimentos para Capas Estabilizadas con Asfalto Espumado A3.1 Mtodos de diseo de pavimentos A3.2 Diseo de pavimentos utilizando nmeros estructurales A3.3 Diseo de pavimentos usando mtodos mecanicistas A3.4 Diseo de pavimentos usando el mtodo de lmite de razn de tensiones Apndice 4: Determinacin de la Capacidad Estructural a partir de Informacin de Trfico A4.1 Terminologa asociada al trnsito A4.2 Clasificacin de carga de trnsito A4.3 Estimaciones de cargas de trnsito A4.4 Determinacin del trnsito de diseo A4.5 Enfoque prctico para la determinacin del trnsito de diseo Apndice 5: Recomendaciones para la Preparacin de Especificaciones Tcnicas para Proyectos de Reciclado A5.1 Alcance A5.2 Materiales A5.3 Planta y equipamiento

A5.4 A5.5 A5.6 A5.7 A5.8

Construccin Proteccin y mantenimiento Tolerancias de construccin Inspecciones de rutina y ensayos Medicin y pago

234 241 241 242 245 251 251 252 255 257 257 259 260 263 266

Apndice 6: Principios del Anlisis Econmico A6.1 Introduccin A6.2 Comparacin de costo en un tiempo base A6.3 Tcnicas de evaluacin econmica A6.4 Perodo de anlisis y valor terminal y residual del transporte Apndice 7: Anlisis de Costos A7.1 Precios unitarios bsicos A7.2 Rehabilitacin de caminos de alto volumen de trfico A7.3 Mejoramiento de un camino de grava existente A7.4 Sustitucin de HMA por RAP estabilizado con asfalto espumado

IntroduccinEl Manual de Reciclado en Fro Wirtgen fue publicado en ingls por primera vez en 1998. Desde este ao ha sido traducido a varios idiomas y han sido distribuidas ms de 5,000 copias alrededor del mundo. Numerosos reportes, artculos tecnolgicos expuestos en congresos, y otras publicaciones tcnicas han utilizado al manual Wirtgen como referencia en forma directa o sus bibliografas. Con estos antecedentes, es posible afirmar que el Manual de Reciclado en Fro Wirtgen ha llegado a ser el documento de referencia de esta tecnologa. La importancia que ha adquirido este Manual, hace que los contenidos del mismo tengan que evolucionar al mismo ritmo que la tecnologa de reciclado en fro, tanto en el rea de Ingeniera Mecnica como de Ingeniera Civil. Este desarrollo tecnolgico se lleva a cabo en las instalaciones de Wirtgen en Alemania, donde ingenieros especialistas de alto nivel trabajan y transfieren la informacin y experiencia adquirida en terreno para mejorar el desempeo y capacidad de la maquinaria existente, y tambin para formular o disear nuevos modelos de maquinaria. Tambin trabajan Ingenieros especialistas en diseo de pavimentos, quienes perfeccionan la tecnologa aplicable al reciclado, especficamente en el rea de la estabilizacin de agregados de alta calidad que pueden recuperarse de las capas superiores del pavimento existente. En forma paralela a este desarrollo tecnolgico, el deterioro de la infraestructura vial a nivel mundial ha seguido su incremento, y muchos pases enfrentan una paulatina reduccin en los estndares de su infraestructura vial. Incluso, el aumento de las operaciones de mantenimiento, y los esfuerzos de rehabilitar la infraestructura para mantenerla en los rangos de nivel de servicio aceptables, generan demandas enormes en los presupuestos de un pas o estado. La situacin es exacerbada por el patrn global de crecimiento en los volmenes de trfico. Este crecimiento est compuesto por un incremento en las cargas por eje y por el aumento de la presin de los neumticos, factores que contribuyen al deterioro del pavimento. La enorme problemtica podra ser evitada con un significativo incremento en los presupuestos asignados a los caminos o carreteras, en conjunto con una innovacin tecnolgica en el rea de la ingeniera de pavimentos. Debido a que existen escasos presupuestos a nivel de pases o estados que aumenten en trminos reales, el inters se ha focalizado en conseguir mejores resultados con menores recursos. El reciclado claramente cae dentro la categora de conseguir ms por menos. De hecho, las estadsticas muestran que el nmero de kilmetros-pista de pavimento deteriorado que es rehabilitado mediante la tcnica de reciclado profundo se incrementa ao a ao. Este fenmeno es el reflejo de la reduccin de costos en trminos de costo/efectividad del proceso de reciclado. Para actualizar todos los cambios y desarrollos que han acontecido desde la primera vez que se public el Manual de Reciclado en Fro Wirtgen, los autores concluyeron se requera de una revisin completa del mismo. La mayor parte del material expuesto en esta versin ha sido reescrita o es completamente nuevo. Un captulo adicional ha sido aadido al Manual. Adems, para hacer ms amigable el uso del mismo, cada captulo ha sido reestructurado y ms figuras han sido incluidas. De igual forma que el manual anterior, esta versin se publica como un manual de aplicacin que se centra especficamente en el reciclado en fro in-situ de pavimentos flexibles. No incluye reciclado en planta, remezclado en caliente de asfalto, ni tampoco considera rehabilitacin de pavimentos de concreto. El primer captulo es una introduccin a los pavimentos de caminos, y se centra en el objetivo de los mismos y cmo se van deteriorando. Esta introduccin presenta las opciones de rehabilitacin, e introduce el concepto de reciclado en fro el cual es tratado en el Captulo 2. En este captulo tambin se muestra la maquinaria utilizada en el proceso.

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El Captulo 3 aborda los aspectos de diseo para la rehabilitacin de pavimentos, centrndose en el reciclado. Son tratados en profundidad los tpicos de investigacin de pavimentos, anlisis de materiales y diseo de pavimentos. En el Captulo 4 se presentan los agentes estabilizadores, uno de los elementos ms importantes en el proceso de reciclado. El Captulo 5, Soluciones de Reciclado, presenta una serie de estructuras de pavimentos que pueden ser utilizadas para la rehabilitacin mediante reciclado en fro, incluyendo las estabilizaciones tanto con cemento o asfalto. Finalmente, el Captulo 6, Consideraciones Constructivas, expone los aspectos prcticos del proceso de reciclado. Una lista de Bibliografa relevante se incluye despus del Captulo 6. Los Apndices son una fuente adicional de informacin. Ejemplos de los procedimientos para la rehabilitacin de pavimentos se incluyen como indicaciones en el Apndice 1. Los procedimientos estndares de diseo de mezclas estabilizadas son expuestos en el Apndice 2, as como un listado con el equipo de laboratorio utilizado para realizar el diseo de mezclas. En el Apndice 3, los procedimientos para el diseo de pavimentos con asfalto espumado son completamente nuevos. Fueron incluidos con el objetivo de apoyar al ingeniero o profesional de la construccin con esta tecnologa relativamente nueva, que en general ha recibido un escaso aporte de la literatura tcnica. La metodologa utilizada para determinar el criterio de diseo de pavimentos a partir de los datos de trfico se expone en el Apndice 4, seguido del Apndice 5, el cual incorpora recomendaciones para estructurar especificaciones tcnicas acordes a un proyecto de reciclado en fro. El Apndice 6 entrega informacin til para realizar un anlisis econmico de un proyecto de reciclado, mientras que el Apndice 7 presenta precios unitarios aproximados para la determinacin de los costes ilustrados en los ejemplos del Apndice 1. Toda la informacin contenida en estos apndices es relevante para la tecnologa del reciclado en fro, pero incluirla en los captulos hara que el manual fuese muy difcil de utilizar.

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Captulo 1: Pavimentos de Carreteras1.1 GeneralLa superficie o capa de rodadura es la nica parte visible de un camino. Bajo esta superficie, existe una estructura constituida por varias capas de distintos materiales, que en ciertos casos puede alcanzar profundidades mayores a 1,0 metro. La estructura de pavimento bajo la superficie es la seccin de la carretera que realiza el trabajo de soportar las cargas de trnsito. El peso de los vehculos aplicada en la superficie se transfiere o disipa a la subrasante (material natural bajo el pavimento) a travs de la estructura de pavimento. La subrasante generalmente es una capa dbil en trminos de capacidad de soporte. Las fuertes cargas de trfico aplicadas en la superficie del pavimento se van distribuyendo sobre un rea ms grande en las capas inferiores hasta llegar a la susbrasante, como se ilustra en la Figura 1.1.Fig. 1.1 Transferencia de carga a travs de la estructura del pavimento

Carga de Rueda

Load

Area de Contacto Superficie Estructura de Pavimento

Transferencia de Carga Subrasante

Cada una de las capas que conforman la estructura de pavimento vara en su composicin y espesor (generalmente entre 125 mm a 200 mm). Las capas de la superficie son construidas utilizando materiales de alta resistencia (por ejemplo, una mezcla asfltica en caliente) con el objetivo de resistir las altas tensiones producidas por las cargas de trfico. A medida que la carga se distribuye sobre un rea mayor en las capas inferiores, el nivel de tensiones se reduce. Por lo tanto, las capas inferiores pueden estar constituidas por materiales de calidad inferior (por ejemplo, materiales granulares). Como consecuencia, los materiales de las capas inferiores son ms econmicos que los materiales de las capas superiores (en la Seccin 1.2 se discutirn los distintos componentes del pavimento). Los pavimentos de carreteras se clasifican bsicamente en dos tipos: Pavimentos rgidos, con una capa gruesa de concreto de alta resistencia sobre una base granular estabilizada. Pavimentos flexibles, construidos de materiales naturales con las capas superiores con algn tipo de ligante (usualmente asfalto y / o levemente cementadas). En trminos generales, slo los pavimentos flexibles pueden ser reciclados in-situ. Los pavimentos rgidos construidos de un hormign de alta resistencia habitualmente son demolidos al final de su vida til. Por lo tanto, este manual se centra slo en pavimentos flexibles compuestos por una superficie asfltica.

Captulo 1

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Una vez que ha finalizado la construccin de una carretera, sta se somete a las fuerzas destructivas o solicitaciones del medioambiente y trfico. Ambos factores actan en forma continua, reduciendo la calidad de rodadura y la integridad estructural del pavimento. Estas solicitaciones se discutirn en la Seccin 1.3, adems de los mecanismos de deterioro de pavimentos y las acciones que deben tomarse para retardar este proceso (mantenimiento), y las medidas para restaurar la serviciabilidad una vez que el deterioro ha alcanzado un nivel de servicio inaceptable (rehabilitacin estructural).

1.2

Componentes del Pavimento

Como se mencion anteriormente, los pavimentos tienen tres componentes principales: la superficie, la estructura de pavimento y la subrasante. Cada uno de estos tiene un objetivo distinto y se definen a continuacin.

1.2.1

Superficie

La superficie es la interface del pavimento con las solicitaciones de trfico y medioambiente. Su funcin es proteger la estructura de pavimento de ambos efectos destructivos, entregando durabilidad e impermeabilidad a la estructura.

1.2.1.1 Proteccin al trficoEl trfico afecta la superficie en dos formas: Tensiones generadas en la superficie por las cargas de rueda. Estas suelen ser predominantes en el plano o direccin vertical. Sin embargo, la componente horizontal llega a ser considerable en los bordes, gradientes de cuestas y en intersecciones o cruces donde los vehculos frenan. Las caractersticas de resistencia del material utilizado en la superficie debe ser capaz de resistir todas estas tensiones sin romperse o deformarse. Accin abrasiva de los neumticos. Esta accin es especialmente significativa en los bordes y tiende a deteriorar y desgastar la superficie, generando el pulido de la misma y produciendo una reduccin en la friccin de la superficie (resistencia al patinaje). Las superficies desgastadas se vuelven resbaladizas cuando estn hmedas y pueden ser peligrosas para los usuarios de la carretera.

1.2.1.2 Proteccin del medio ambienteEl medio ambiente afecta la superficie mediante dos fenmenos: los efectos trmicos y la radiacin ultravioleta. Una superficie de pavimento debera presentar las siguientes propiedades para resistir las acciones del medio ambiente: Elasticidad, para permitir la expansin y contraccin repetitiva de los materiales, producidas por los cambios de temperatura. Durabilidad, para absorber el bombardeo de radiacin ultravioleta del sol, evitando un envejecimiento prematuro. Adems de la resistencia al deslizamiento, la superficie asfltica provee flexibilidad, durabilidad e impermeabilidad en la parte superior de la estructura. Las mezclas asflticas en caliente (con un porcentaje aproximado de asfalto de un 5% por unidad de peso) generalmente se utilizan como capa superficial para carreteras de trfico pesado, mientras que los tratamientos superficiales (de menor costo) son aplicados donde el volumen de trfico es menor.

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Captulo 1

1.2.2

Estructura de pavimento

La estructura de pavimento transfiere la carga de trnsito desde la superficie hasta la subrasante. Como se ilustra en la Figura 1.1, la carga aplicada por una rueda se reduce dentro de la estructura a medida que sta se reparte en una superficie mayor. El pavimento generalmente est compuesto por varias capas de material, con distintas propiedades de resistencia. Cada capa tiene el objetivo de distribuir la carga que recibe desde la parte superior, a un rea mayor en la parte inferior. Las capas ubicadas en la parte superior de la estructura estn sujetas a tensiones mayores que aquellas en la parte inferior, y por lo tanto requieren de un material ms resistente. La Figura 1.2 muestra los tipos de materiales que comnmente se utilizan para construir pavimentos flexibles. La respuesta de un material (tensiones, deformaciones), a la carga deFig. 1.2 Estructuracin tpica de pavimentos flexibles Posicin relativa en la estructura Material de construccin Asfalto o sello asfltico Mezcla asfltica/granular estabilizado con asfalto o cemento/granular Granular estabilizado con asfalto o cemento/granular

Superficie Base

Subbase

Subrasante

Granular estabilizado con cemento/granular/material in-situ

trnsito depende en gran medida de las propiedades elsticas del material y de la carga misma (magnitud, presin, etc). El rea de la ingeniera (Diseo Estructural de Pavimentos) que estudia en profundidad la respuesta de los materiales de pavimentos se encuentra ms all del alcance de este manual de reciclado. Sin embargo, los puntos ms importantes son: Los materiales granulares (gravas, material de machaqueo), transfieren las cargas a travs de las partculas o esqueleto de la estructura. La friccin interna de las partculas mantiene la integridad estructural bajo condiciones normales. Sin embargo, si los materiales granulares son sometidos a cargas repetitivas de trnsito en conjunto con un incremento en el contenido de humedad, se produce un proceso de densificacin gradual en el material (las partculas que lo conforman comienzan a juntarse). Este fenmeno puede ocurrir en cualquier capa granular de la estructura, generando una deformacin de la capa superficial del pavimento. Esta deformacin se manifiesta habitualmente como un extenso ahuellamiento bajo la huella de los neumticos. Los materiales ligados (con asfalto), actan en forma similar a una losa. La aplicacin de una carga vertical a la superficie de una losa genera tensiones de compresin horizontales en la mitad superior de la misma, y tensiones horizontales de traccin en la mitad inferior. Las tensiones horizontales mximas se producen en el extremo superior e inferior. La deformacin unitaria producto de estas tensiones, y particularmente la deformacin unitaria repetitiva de traccin en la parte inferior de la capa, lleva al material a una falla del tipo fatiga. Las grietas producidas por la fatiga se forman en la parte inferior de la capa y luego se propagan verticalmente a medida que las repeticiones de trfico aumentan. La deformacin producida en el material granular, y el agrietamiento de fatiga del material ligado estn relacionados al nmero de repeticiones de carga. Esto permite determinar la vida funcional del pavimento en trminos del nmero de veces que puede ser cargado hasta que falle. Esto se discutir en profundidad en el Captulo 3.

Captulo 1

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1.2.3

Explanada

La subrasante o material natural que soporta la estructura de pavimento puede estar compuesto por material in-situ (si se trata de una condicin de corte) o material importado a la obra (si se trata de una condicin de relleno). Las caractersticas de resistencia del material de subrasante determinan las caractersticas de la estructura de pavimento requerida para disipar las fuerzas aplicadas en la superficie. Estas fuerzas deben ser reducidas hasta alcanzar una magnitud tal que pueda ser tolerada por la subrasante, evitando la deformacin permanente de la misma. Los mtodos de diseo de pavimentos generalmente utilizan la resistencia y rigidez de la subrasante como parmetros de entrada. La determinacin de estos parmetros tiene por objetivo el proveer a la estructura de la resistencia necesaria para proteger la subrasante. Este mtodo o paroximacin al diseo de pavimentos fue adoptado por primera vez en la dcada de los 50, con el mtodo de diseo emprico denominado Razn de Soporte California (California Bearing Ratio o CBR), el cual ha perdurado hasta el siglo 21. En general, las estructuras de pavimento de gran espesor son construidas para proteger una capacidad de soporte deficiente de la subrasante. El espesor requerido usualmente es alcanzado mediante la construccin de capas seleccionadas de explanada o capping (por capas).

1.3

Principales Factores que Afectan la Estructura de Pavimento

En el mundo, los caminos se construyen bajo cualquier condicin ambiental: desde climas desrticos con altas temperaturas a regiones altamente lluviosas tipo tundra glacial. Sin importar la condicin ambiental, todos los proyectos de caminos se disean con el mismo objetivo de resistir las cargas de trfico, utilizando el principio mecanicista de transferencia de carga (generada en la superficie) hacia las capas inferiores de la estructura, de tal forma que la subrasante pueda resistir el trnsito sin sufrir deformaciones. Las condiciones ambientales, y las cargas de trfico proyectadas, son los dos principios fundamentales que definen los requerimientos estructurales en cualquier tipo de pavimento.

1.3.1

Condiciones ambientales

Las condiciones ambientales afectan a los caminos bsicamente en 2 formas:

1.3.1.1 La superficieAdems del trfico, las superficies de los caminos estn expuestas al sol, viento, lluvia, nieve, y otros elementos naturales. La importancia de estos fenmenos naturales son las consecuencias que producen en las propiedades de ingeniera de la superficie del camino. Estos efectos se manifiestan principalmente en: Efectos trmicos que causan los cambios de volumen, producto de la expansin y contraccin de materiales por cambios de temperatura. El rango de temperatura diaria que experimenta la superficie del camino es importante. En reas desrticas, la superficie de un camino de pavimento flexible (negro) puede experimentar un rango de temperaturas de 50 C entre las primeras horas de la maana y el medioda. Por otro lado, las superficies de caminos que se ubican dentro del Crculo rtico permanecen enterradas bajo la nieve en el invierno, manteniendo una temperatura relativamente constante. Efectos de congelamiento, que producen el fenmeno llamado hinchamiento. Ciclos repetitivos de hielo y deshielo causan un mayor dao a las superficies de los caminos. Efectos de la radiacin producen sobre la superficie de los pavimentos lo comnmente denominado como insolacin. La radiacin ultravioleta aplicada sobre la superficie del pavimento produce la oxidacin del asfalto, volvindolo frgil. Este proceso se conoce como envejecimiento.

1.3.1.2 La estructura de pavimentoEl agua es el principal enemigo de las estructuras de caminos. La saturacin con agua hace que los materiales se vuelvan deformables y proporciona una lubricacin entre las partculas, al mismo tiempo que las cargas de trfico son aplicadas. La capacidad de soporte del material en condicin seca es siempre mayor que en estado hmedo, y mientras ms cohesivo (o arcilloso) sea el material, mayor es la susceptibilidad a la humedad. Adems, si el agua presente en la estructura alcanza su punto de congelamiento, se produce una expansin en volumen de la misma, lo que genera dao considerable. Por lo tanto, la importancia de prevenir el ingreso del agua a la estructura de pavimento, especialmente en los materiales de ms baja calidad de las capas inferiores es fundamental.

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Captulo 1

1.3.2

Cargas de trfico

El objetivo final de los caminos es permitir el trfico vehicular. El volumen y tipo de trfico esperado en un camino determinan los requerimientos geomtricos y estructurales de pavimentos. Los ingenieros de transporte trabajan con estadsticas de trficos proyectados (en trminos de: nmeros de vehculos, composicin vehicular, y tamao de los mismos) con el fin de determinar los requerimientos geomtricos (alineacin, nmero de pistas, etc). Los ingenieros de pavimentos necesitan las estadsticas de trfico proyectado (en trminos de: nmero de vehculos, composicin vehicular, y cargas por eje) para determinar los requerimientos estructurales del camino. Por lo tanto, la estimacin acertada del trfico proyectado, tanto en volumen como en tipo de vehculos, es de gran importancia. Desde el punto de vista del diseo de pavimentos, las caractersticas ms importantes del trfico son aquellas que permiten definir la magnitud y frecuencia de las cargas de superficie que el camino puede anticipar durante la vida estimada del pavimento. La carga que es aplicada sobre la superficie del pavimento por la rueda se define por 3 factores: La fuerza (en Kilo Newtons, KN) que realmente lleva la rueda. Esta fuerza acta en conjunto con la Presin de inflado (en Kilo Pascales, kPa) que determina la impronta de la rueda sobre la superficie. Esta impronta define el rea de contacto entre el neumtico y la superficie. Este es un factor que adems depende de la carga, y La velocidad de viaje. Esta velocidad define el tiempo en que la superficie del pavimento es cargada y descargada. Las presiones de inflado de los automviles de pasajeros tpicamente se encuentra en el rango de 180 a 250 kPa, y llevan una carga menor a 3,6 kN por neumtico, o 7 kN en un eje. Esta carga es insignificante si se compara con un camin utilizado para el transporte de cargas pesadas, cuyo rango puede variar entre 80 a 130 kN por eje (dependiendo de los lmites legales y control de pesos) con presiones de inflado entre 500 a 900 kPa. Claramente la carga de estos vehculos pesados tendr un efecto mucho ms grande en los requerimientos de resistencia de un pavimento. Esto se discute en el Captulo 3 (Rehabilitacin de Pavimentos) y se cubre con detalle en el Apndice 4 (Determinacin de la Capacidad Estructural a partir de la informacin de Trfico).

1.4

Factores que Causan el Deterioro del Pavimento

Los pavimentos se deterioran por un gran nmero de factores, pero los dos ms importantes son los efectos medio ambientales y las cargas de trfico. El deterioro del pavimento es normalmente medido indirectamente por la calidad de rodado, pero las caractersticas visibles como el ahuellamiento y agrietamiento superficial tambin son relevantes. La Figura 1.3 muestra como estas 3 caractersticas relacionan el paso del tiempo y el efecto acumulativo de las cargas de trfico. El deterioro gradual de los pavimentos es causado por una combinacin de los factores ambientales y de trfico discutido en los puntos siguientes.Fig. 1.3 Indicadores de deterioro de pavimentos Calidad de Rodado

Ahuellamiento

Grietas Tiempo/Trnsito

Captulo 1

21

1.4.1

Factores ambientales

Los factores medio ambientales son responsables de la mayor parte del inicio del agrietamiento superficial. El principal factor que contribuye a este fenmeno es la radiacin ultravioleta solar, que causa un endurecimiento lento pero continuo del asfalto. Con el endurecimiento, la capa asfltica reduce su elasticidad, lo que produce el agrietamiento cuando la superficie se contrae al disminuir su temperatura. Una vez que la integridad de la superficie se pierde debido al agrietamiento, el pavimento tiende a deteriorarse a una tasa mayor producto del ingreso del agua a las capas subyacentes (ver siguiente punto).

1.4.2

Efectos del trfico

La carga de trfico es la responsable de la aparicin del ahuellamiento y de la aparicin de grietas dentro de la estructura de pavimento. Todo vehculo que utilice un camino va a producir una pequea deformacin momentnea en la estructura de pavimento. Sin embargo, la deformacin producida por un vehculo liviano (automvil) es insignificante, mientras que los vehculos pesados producen grandes deformaciones. El paso de una gran cantidad de vehculos tiene un efecto acumulativo que gradualmente lleva a una deformacin permanente y/o agrietamiento de fatiga en el pavimento. Es importante destacar que los ejes sobrecargados de los camiones pesados producen un efecto extremadamente nocivo en la estructura de pavimento, acelerando el deterioro. Este deterioro es causado bsicamente por dos mecanismos dentro de la estructura de pavimento: Deformacin permanente causada por densificacin, donde las tensiones de cargas repetitivas hacen que las partculas dentro de las capas del pavimento se aglomeren ms, produciendo una reduccin en los vacos de los materiales. En el material granular, tal prdida de vacos produce un aumento en la capacidad de soporte (materiales ms densos son ms resistentes), pero en las capas asflticas el efecto es nocivo. Una reduccin en el contenido de vacos en el asfalto no slo causa ahuellamiento bajo la huella de los neumticos, sino que tambin ste comienza a actuar como una especie de fluido. Este fluido crea una especie de medio hidrulico, el cual genera presiones de poro producidas por las cargas de trfico. El fenmeno hidrulico causa el desplazamiento lateral de la mezcla asfltica a lo largo de los ejes de las huellas. Agrietamiento de fatiga en materiales ligados. Este se inicia en la parte inferior de la capa, donde la deformacin unitaria de traccin producida por las cargas de rueda alcanza su mxima magnitud. A partir de este punto de la capa, las grietas se propagan hacia la superficie. La deformacin permanente que sufre el material bajo la superficie hacen que esta condicin sea an ms crtica, al producirse un incremento de las deformaciones unitarias de traccin por cargas de rueda.

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Captulo 1

1.4.3

Consecuencias del agrietamiento

Una vez que el agrietamiento llega a la superficie, el agua puede ingresar libremente dentro de la estructura. Como se describi previamente, los efectos de la prdida de capacidad de soporte producida por el agua, llevan a la reduccin de la resistencia de la estructura. Esta disminucin de la resistencia causa una tasa de deterioro mayor bajo las cargas de trfico repetitivas. Adems, el agua en un material saturado puede llegar a ser un elemento destructivo cuando el pavimento est sometido a cargas pesadas. De forma similar que un fluido hidrulico, el agua transmite las cargas verticales de los vehculos en presiones, que rpidamente erosionan la estructura de material granular y produce la segregacin del rido en el asfalto. Bajo estas condiciones, la fraccin fina del material de pavimento se puede mover dentro de la estructura. Frecuentemente, la fraccin fina suele ser expulsada fuera del pavimento a travs de las grietas (fenmeno conocido como bombeo), lo cual produce vacos dentro del pavimento. Por lo tanto, despus de producido el agrietamiento, se observar la rpida formacin de baches y un deterioro progresivo an mayor.Fig. 1.4 Tpico deterioro de pavimento por fatiga y con presencia de bombeo de finos

Cuando las temperaturas descienden bajo los 4 C, el agua libre dentro del pavimento se expande a medida que esta se congela, produciendo presiones hidrulicas incluso sin la presencia de cargas de trfico. El hinchamiento producido por los ciclos de hielo / deshielo es el peor escenario para el pavimento agrietado, generando un deterioro acelerado. Bajo condiciones desrticas secas, las grietas superficiales producen una problemtica distinta. Durante la noche, las temperaturas generalmente son bajas (incluso bajo el punto de congelamiento) y la superficie se contrae, haciendo que las grietas aumenten su ancho y acten como un refugio para la arena arrastrada por el viento. Cuando la temperatura aumenta durante el da, la expansin de la misma comienza a ser restringida por la arena atrapada en la grieta, generando grandes fuerzas horizontales que producen fallas localizadas (spalling) en el borde de la grieta. Estas fuerzas pueden producir el levantamiento de la superficie de la estructura del pavimento en la zona cercana a las grietas, produciendo una calidad de rodado para los vehculos de muy baja calidad. Una causa que va ms all del agrietamiento normal de la superficie, y que se produce principalmente en superficies asflticas delgadas, son las grietas por ausencia de trfico. El efecto de amasado generado por el trfico mantiene el asfalto trabajando a la compresin y traccin en forma continua. La oxidacin y el posterior envejecimiento del cemento asfltico producen grietas trmicas en la superficie. Someter repetidamente al asfalto a cargas de trfico, genera tensiones y deformaciones unitarias en la superficie, suficientes como para cerrar las grietas trmicas mientras se van formando. De este modo se evita la propagacin de las mismas retardando el deterioro del pavimento.

Captulo 1

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1.5

Mantenimiento y Rehabilitacin Estructural de Pavimentos

Las acciones para el mantenimiento de pavimentos son generalmente focalizadas en mantener el agua fuera y lejos de la estructura. Esto implica mantener la superficie en una condicin de impermeabilidad, y adems asegurarse que las medidas de drenaje son efectivas, de tal forma que el agua no quede atrapada en el borde del camino. El agua normalmente ingresa por la parte superior de la estructura del pavimento a travs de las grietas superficiales, y en ocasiones tambin ayudada por el estancamiento del agua en la superficie. Por lo tanto, las grietas deberan estar selladas en la medida que estas aparecen, y los bordes del camino deben mantenerse en buen estado de tal forma que el agua se pueda evacuar fcilmente. Los efectos del envejecimiento pueden ser tratados en forma efectiva si son manejados a tiempo, con la aplicacin de un Riego Neblina (Fog Seal) con emulsin diluida. Las condiciones ms severas de trfico requieren para el mantenimiento una aplicacin con Tratamiento Superficial (Riego en gravilla) en el caso de volmenes de trfico bajos, o un recapado asfltico convencional para trficos mayores. Todas estas medidas apuntan a mantener la flexibilidad y durabilidad de la superficie, y slo atacan el deterioro producido por el medio ambiente. La deformacin y grietas de fatiga causadas por las cargas de trfico no pueden ser tratadas en forma efectiva con acciones de mantenimiento superficial y requieren alguna forma de rehabilitacin. Normalmente, el deterioro del pavimento es un proceso lento. Los indicadores expuestos en la Seccin 1.4 (y presentados en la Figura 1.3) pueden ser utilizados para determinar la tasa de deterioro. Las autoridades encargadas de las redes viales generalmente utilizan un sistema de base de datos, conocido como Sistema de Administracin de Pavimentos (Pavement Management System, PMS), para controlar en forma continua la calidad de rodado de los pavimentos que componen la red vial. De ese modo ponen nfasis en los que presentan la peor calidad y requieren de un mantenimiento. La Figura 1.5 presenta el grfico de un PMS tpico, el cual muestra la efectividad del mantenimiento oportuno y de las medidas de rehabilitacin.Fig. 1.5 Administracin de pavimentos para el mantenimiento y rehabilitacin a travs del monitoreo de la calidad de rodado Calidad de rodado inicial Consecuencias de no recapar Recapado Rehabilitacin estructural

Calidad de Rodado

Umbral de la calidad de rodado Perodo de diseo estructural

Tiempo/Trnsito

Esta figura destaca la importancia de tomar las acciones a tiempo para mantener la calidad de rodado tan alta como sea posible. La tasa de deterioro se estima mediante la calidad de rodado. Entre peor sea la calidad de rodado, mayor ser la tasa de deterioro. A medida que la calidad de rodado se reduce, las acciones de mejoramiento del pavimento debern ser mayores, as como el costo de tales medidas.

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La decisin de cul medida tomar en un pavimento deteriorado (mejorar el pavimento o slo mantener la calidad de rodado) generalmente est limitada por los recursos disponibles. En ocasiones, las medidas de corto plazo pueden presentar una relacin costo efectividad altamente atractiva. La rehabilitacin de pavimentos a veces es postergada, hasta que se combina con un mejoramiento de estndar para mejorar el diseo geomtrico del camino e incluir pistas adicionales. Cada decisin de rehabilitacin necesita ser tomada separadamente dentro del contexto de la red vial. Sin embargo, el no tomar ninguna accin de mantenimiento y permitir que el pavimento sufra un deterioro mayor es en trminos generales la peor decisin, debido a que la tasa de deterioro es exponencial en el tiempo.

1.6

Opciones de Rehabilitacin

Normalmente existen varias opciones para la rehabilitacin de un camino deteriorado, y en algunas oportunidades es difcil determinar cul es la mejor. Sin embargo, si se cuenta con la respuesta para dos preguntas importantes desde el inicio del proyecto, ser mucho ms fcil seleccionar la tcnica correcta. La alternativa correcta va a ser la que produce la mejor relacin costo efectividad durante la vida de servicio del pavimento. Las dos preguntas son: Cul es el problema del pavimento existente? Una rpida inspeccin visual ms algunos ensayos bsicos (por ejemplo, medidas de deflexin) normalmente sern suficientes para ser capaz de entender los mecanismos de deterioro. La importancia de stos es determinar si el deterioro se produce slo en la superficie del pavimento (capas superiores) o si existe un problema estructural. Qu quiere realmente la autoridad vial? Se espera una vida de diseo de 15 aos o slo existe un capital reducido previsto para detener la tasa de deterioro actual, y mantener el pavimento en similares condiciones durante los prximos 5 aos? Las respuestas a estas dos preguntas reducirn las opciones de rehabilitacin a slo aquellas que tienen una buena relacin costo beneficio. Si se separara la naturaleza del problema en dos categoras (superficie y estructura) de la duracin del proyecto (corto plazo o largo plazo), la seleccin de la mejor opcin es ms sencilla. Otro punto importante que afecta la decisin es la aplicacin de los mtodos de rehabilitacin. Acomodaciones de trfico, condiciones de clima, y disponibilidad de recursos pueden tener una influencia significativa en cmo es ejecutado el proyecto, y se pueden descartar algunas soluciones. Todo este ejercicio de anlisis tiene un solo propsito: la determinacin de la solucin con mejor razn costo efectividad al problema del proyecto, considerando un contexto global.

Captulo 1

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1.6.1

Rehabilitacin superficial

Las medidas de rehabilitacin superficial estn dirigidas a los problemas que relacionados al asfalto y sellos superficiales, generalmente dentro de los 50 a 100 milmetros superficiales del pavimento. Estos problemas se relacionan normalmente al envejecimiento del asfalto y al agrietamiento que se inicia en la superficie debido a las fuerzas trmicas. Los mtodos comnmente utilizados para tratar estos tipos de problemas son: Recapado asfltico. Construccin de recapado delgado (40 50 mm) de mezcla asfltica en caliente sobre la superficie existente. Esta es la solucin ms simple al problema superficial, debido a que el tiempo requerido para completar el trabajo es breve y el impacto al usuario del camino es mnimo. Asfaltos modificados son utilizados en ciertas oportunidades para mejorar el comportamiento del asfalto, con el objetivo de extender la vida til del recapado. Sin embargo, recapados sucesivos (uno encima del otro) aumentan las cotas de la superficie, lo que puede causar problemas en el sistema de drenaje. Fresar y reemplazar. Este mtodo remueve la capa deteriorada por agrietamiento del asfalto y luego la reemplaza, generalmente con un asfalto modificado. El proceso es relativamente rpido debido a los altos rendimientos de la maquinaria de fresado moderna. El problema se elimina con la nueva capa de asfalto y las cotas del pavimento se conservan. Reciclar una capa delgada de material asfltico del pavimento existente (asumiendo que existe un espesor de asfalto suficiente). Este reciclado es realizado en el mismo lugar de la obra, como una aplicacin en caliente (remezclado). Adems, las propiedades del asfalto que es reciclado pueden ser modificadas con la adicin de nuevos materiales y/o nuevos cementos asflticos.

1.6.2

Rehabilitacin estructural

La rehabilitacin para eliminar los problemas dentro de la estructura de pavimento se entiende como una solucin de largo plazo. Debe tomarse en cuenta que la estructura de pavimento est deteriorada, y tambin los materiales que la componen. Adems, mejorar el estndar de un pavimento existente por el reforzamiento de la estructura (por ejemplo, un camino no pavimentado de grava a estndares pavimentados) puede ser considerado como una forma de rehabilitacin. La densificacin (o consolidacin) de los materiales granulares es, de hecho, una forma de mejorar la calidad del material. Entre mayor sea la densidad natural del material, mejores sern sus caractersticas de resistencia. Sin embargo, las consecuencias de la densificacin causan problemas en las capas subyacentes, especialmente en las capas construidas con material ligante. Como una regla general, la rehabilitacin estructural debera apuntar a conseguir el mximo beneficio a partir del valor residual del pavimento existente. Esto implica que el material que se ha densificado no debera ser perturbado. El continuo efecto de amasado del trfico toma varios aos en alcanzar esta alta densificacin, y los beneficios que tal densidad ofrece debera ser aprovechada.

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Captulo 1

Varias opciones tpicas para rehabilitacin estructural incluyen: Reconstruccin total: A menudo esta es la opcin preferida cuando la rehabilitacin se combina con un mejoramiento de estndares que implican cambios significativos al trazado del camino. Esencialmente, la reconstruccin implica botar el material existente y construir de nuevo. En los proyectos donde los volmenes de trfico son altos, frecuentemente es preferible construir desvos para evitar el problema del trfico. Construccin de capas adicionales (tanto de material granular como de material asfltico) sobre la superficie existente. Recapados asflticos de gran espesor a veces son la solucin ms sencilla a un problema estructural donde el volumen de trfico es alto. Sin embargo, como se describi anteriormente, un incremento en las cotas de superficie habitualmente produce problemas de drenaje y de acceso. Reciclado profundo hasta donde se encuentra el problema del pavimento, mediante el cual se crea una nueva capa homognea y gruesa que puede ser reforzada con la adicin de agentes estabilizadores. Capas adicionales pueden ser colocadas en la superficie de la capa reciclada. Los agentes estabilizadores son generalmente aadidos al material reciclado, especialmente donde el material del pavimento existente es marginal y requiere aumentar su resistencia. El objetivo del reciclado es recuperar la mayor cantidad de material del pavimento existente. Adems de recuperar el material en las capas superiores del pavimento existente, la estructura de pavimento que se encuentra a mayor profundidad del nivel de reciclado permanece inalterada. Combinar 2 mtodos de reciclado: reciclado in-situ con reciclado en planta. Esta opcin permite tratar pavimentos a una profundidad considerable. El procedimiento consiste en que una parte del material superficial sea removido temporalmente a un acopio. Luego, el material subyacente es reciclado / estabilizado in-situ. El material que se encontraba en acopio se trata en planta y posteriormente es colocado sobre el material reciclado / estabilizado in-situ. As, la estructura rehabilitada presentar una capacidad estructural adicional sin aumentar significativamente las cotas finales de superficie. En forma alternativa, el material de acopio puede ser esparcido como una capa sobre la capa tratada in-situ, y posteriormente ser estabilizada en el mismo lugar. El objetivo de considerar todas estas opciones de rehabilitacin de pavimentos es determinar la solucin con la mejor razn costo / efectividad. Este manual tiene por objetivo proveer toda la informacin disponible para incluir al reciclado como una de estas opciones de rehabilitacin de pavimentos.

Captulo 1

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Captulo 2: Reciclado en Fro2.1 GeneralEste captulo describe los distintos tipos de procesos y equipos para realizar el proceso de reciclado. Especficamente, describe la gama de productos Wirtgen. Tambin se exponen los beneficios que se obtienen al aplicar este proceso, y los principales factores que afectan la viabilidad del reciclado en fro en un proyecto especfico.

2.2

El Proceso de Reciclado en Fro

El reciclado en fro puede ser realizado en planta o in-situ. En planta, el reciclado se logra mediante el transporte del material recuperado de un pavimento existente a un depsito central, donde el material se trabaja con una unidad de procesamiento (como un mezclador continuo). In-situ, el reciclado se logra utilizando una mquina recicladora mvil. En general, el proceso en planta es la opcin ms cara en trminos de costo por metro cbico de material. Esto se debe principalmente a los costos de transporte, que no existen en el reciclado in situ. Sin embargo, ambos mtodos de reciclado tienen su nicho en la industria de la construccin y la decisin sobre cul debe ser aplicado est definido bsicamente por: Tipo de construccin. El proceso en planta habitualmente es considerado donde el material reciclado se puede utilizar en la construccin de un nuevo pavimento asfltico, y en el refuerzo de un pavimento existente. El material in-situ del pavimento existente que va a ser reciclado. Cuando el material de la capa superior de un pavimento existente va a ser reciclado, la variabilidad y/o condicin del material en ocasiones requiere un proceso de seleccin o pre-tratamiento (por ejemplo, reducir el tamao de una capa asfltica gruesa). En la actualidad, el tratamiento in-situ de los materiales de pavimentos es de uso generalizado, debido a la llegada de potentes mquinas recicladoras que pueden rehabilitar pavimentos a una fraccin del costo de los mtodos de reconstruccin convencionales. Adems, considerando la situacin de los pavimentos a nivel mundial, la rehabilitacin de pavimentos existentes excede ampliamente la demanda por caminos nuevos. Como consecuencia de esto, el reciclado in-situ ha sido adoptado en muchos pases como el mtodo recomendado para abordar el enorme trabajo pendiente en trminos de rehabilitacin de pavimentos.

2.2.1

Reciclado en planta

El tratamiento en planta permanece siempre como una opcin que debera ser considerada cuando el reciclado tiene aplicacin, particularmente en aquellos proyectos que requieren una mezcla de materiales vrgenes a ser tratados, y tambin cuando son tratados con asfalto espumado y luego almacenados en acopios para su uso posterior. Los principales beneficios del reciclado en planta versus el reciclado in situ son: Control de los materiales de entrada. Mientras que el reciclado in-situ permite un control limitado del material recuperado del pavimento existente, el reciclado en planta permite producir un producto final especfico al mezclar distintos tipos de agregados. Los materiales de entrada pueden ser almacenados en acopios y ser sometidos a ensayos antes de producir la mezcla, y tambin es posible cambiar la proporcin de los mismos en la mezcla. Calidad de mezclado. Es posible realizar modificaciones en la operacin de mezclado contnuo para variar el tiempo en que el material es retenido dentro de la cmara de mezclado, cambiando la calidad de la mezcla. Posibilidades de acopiar el material. Particularmente en los materiales tratados con asfalto espumado, el producto producido puede ser almacenado y ser utilizado cuando sea requerido, y de ese modo evitar la dependencia de la produccin de la mezcla y la colocacin de la misma.

Captulo 2

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2.2.2

Reciclado In-situ

Las mquinas de reciclado han evolucionado a travs de los aos, desde las primeras mquinas modificadas para fresar y estabilizar suelos, hasta las recicladoras especializadas utilizadas hoy en da. Estas recicladoras son especialmente diseadas para lograr la capacidad de reciclar capas de pavimento de gran espesor en una sola pasada. Las recicladoras modernas tienden a ser mquinas grandes y potentes, las cuales pueden estar montadas sobre orugas o sobre neumticos de flotacin. La amplia gama de mquinas Wirtgen y sus diversas aplicaciones de reciclado se describen en las Seccin 2.4. El elemento ms importante de una mquina recicladora es el rotor fresador-mezclador equipado con un gran nmero de puntas, especialmente diseadas para este proceso. El tambor normalmente rota y pulveriza el material del pavimento existente, como se ilustra en la Figura 2.1.Fig. 2.1 El proceso de reciclado Inyeccin de agua o aditicvos lquidos Reciclado profundo Direccin de operacin

Tambor fresador Asfalto deteriorado Material granular

A medida que la mquina avanza con el tambor rotando, el agua de un tanque acoplado a la recicladora se llena mediante mangueras dentro de la cmara de mezclado de la recicladora. El flujo de agua es medido con precisin mediante un micro procesador controlado por un sistema de bombeo, mientras que el tambor mezcla el agua con el material reciclado para alcanzar el contenido necesario de humedad. De esta forma es posible conseguir altos niveles de compactacin. Agentes estabilizadores lquidos, como lechada cemento / agua o emulsin asfltica, tanto en forma separada como combinadas, pueden ser introducidas directamente a la cmara de mezclado de una forma similar. Adems, el asfalto espumado puede ser inyectado dentro de la cmara de mezclado mediante una barra aspersora especialmente diseada. Agentes estabilizadores poderosos, como la cal hidratada, son normalmente repartidos en la superficie del pavimento existente, delante de la recicladora. La recicladora pasa trabajando sobre el estabilizador en polvo, mezclando a ste con el material recuperado, para luego inyectarle agua, todo en una sola pasada.

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Captulo 2

Los trenes de reciclado pueden ser configurados de distinta manera, dependiendo de la aplicacin de reciclado y del tipo de agente estabilizador que sea utilizado. En cada caso la mquina recicladora ejerce la traccin en el tren de reciclado, empujando o tirando el equipo que est conectado a la misma mediante barras de empuje o lanzas. Configuraciones tpicas de trenes de reciclado se ilustran en las Figuras 2.2 y 2.3. El tren de reciclado presentado en la Figura 2.2 se utiliza cuando el material es estabilizado con lechada de cemento. La tasa de aplicacin requerida de cemento y agua se mide con exactitud antes de mezclarse para formar una lechada, la cual es bombeada a la recicladora mediante una manguera flexible y posteriormente inyectada dentro de la cmara pulverizadora. Alternativamente, el cemento puede ser esparcido sobre el pavimento existente delante de la recicladora, sustituyendo el mezclador de lechada por un tanque de agua.Fig. 2.2 Tpico tren reciclador con mezclador de lechada

Motoniveladora

Compactador

Recicladora WR 2500 S

Mezcladora Lechada de Cemento WM 1000

El material que sale de la recicladora recibe la compactacin inicial del rodillo pesado vibratorio para alcanzar una densidad uniforme en todo el material. Posteriormente el material se perfila con una motoniveladora antes de ser finalmente compactado utilizando un compactador neumtico y un rodillo vibratorio. Cuando la emulsin o el asfalto espumado se aplican junto con la lechada de cemento se configura un tren de reciclado similar al anterior, formado por un tanque suministrador de asfalto empujado delante del mezclador de lechada, como se ilustra en la Figura 2.3. En los casos donde el cemento se esparce como polvo sobre la superficie del camino delante del tren de reciclado, el tanque de asfalto se acopla directamente a la recicladora y el tanque de agua es empujado, liderando el tren de reciclado. En el caso de utilizar una recicladora montada sobre orugas y equipada con placa compactadora como se muestra en la Figura 2.3, el uso de una motoniveladora para perfilar la superficie puede no ser necesario. Las caractersticas de los modelos de recicladoras Wirtgen se detallan ms adelante en la Seccin 2.4.Fig. 2.3 Tpico tren reciclador con mezclador de lechada y camin de asfalto

Compactador

Reciclador 2200 CR montado sobre oruga

Mezclador de lechada WM 1000

Camin tanque de asfalto

2.3

Aplicaciones de reciclado en fro

El reciclado en fro es un proceso con mltiples aspectos que puede satisfacer muchas necesidades en el mantenimiento y rehabilitacin en la infraestructura vial. Dependiendo en si el material es tratado o no con un agente ligante, se pueden identificar dos categoras de reciclado en fro. Luego, como un segundo grupo de clasificacin, cada categora (con o sin agente ligante) pude ser a su vez categorizada por el tipo de tratamiento que el material recibe. Este sistema de clasificacin primaria y secundaria es ilustrado en la Figura 2.4. Ntese que la abreviacin RAP utilizada en la Figura 2.4 y en otras partes de este manual se refiere a Recyled Asphalt Pavement (Pavimento Asfltico Recuperado), un trmino comnmente utilizado en todo el mundo para el material asfltico fresado.

Captulo 2

31

Las distintas categoras se presentan en la Figura 2.4; 100% de reciclado con RAP, estabilizacin de material granular y/o RAP, modificacin mecnica, recompactacin y pulverizacin son discutidos a continuacin.

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Fig. 2.4 Categoras de reciclado

Reciclado en FroTipo de material reciclado Con agente estabilizador

Sin agente estabilizador

Espesor capas de asfalto y/o material estabilizado Material granular 100% Reciclado RAP

Material granular con o sin RAP

Granulometra deficiente o alta plasticidad? Tipo de tratamiento? No Si

Pulverizacin

Volver a trabajar el material Rejuvenecedor

Modificacin Mecnica

Estabilizacin

Estabilizacin Material granular / RAP

Adicin de agua de compactacin

Adicin de agua de compactacin

Correccin de granulometra

Adicin de asfalto en fro (emulsin)

Adicin de agentes qumicos emulsin de asfalto, asfalto espumado y filler activo

Adicin de agentes qumicos emulsin de asfalto, asfalto espumado y filler activo

Captulo 2

2.3.1

Reciclado del 100% de RAP

Esta categora cubre exclusivamente el reciclado de material 100% RAP y requiere considerar los siguientes factores: Naturaleza y composicin del pavimento existente (por ejemplo, tipo de mezcla asfltica, granulometra, contenido de asfalto, envejecimiento, etc.). Tipo y causas del deterioro (por ejemplo, agrietamiento o deformacin permanente). Severidad del deterioro (por ejemplo, aislado a la capa superficial o deterioro profundo). Objetivo de la rehabilitacin (por ejemplo, restauracin de la integridad estructural). Existen dos tecnologas distintas que pueden ser aplicadas para reciclar el 100% del material RAP. Construccin de una capa de mezcla asfltica en fro, mediante la adicin de emulsin como un rejuvenecedor, a una capa reciclada delgada (normalmente de 100 mm de espesor o menos). Estabilizacin del RAP con cemento, emulsin o asfalto espumado en una capa ms profunda (usualmente mayor a 100 mm). El reciclado del 100% del material de RAP como una mezcla asfltica en fro requiere el aporte de asfalto adicional en forma de emulsin. Esto es esencial en un proceso de rejuvenecimiento del asfalto. Sin embargo, agregar cemento asfltico en una mezcla de concreto asfltico sin estudiar las propiedades volumtricas del material reciclado requiere una aproximacin de diseo cuidadosa. La granulometra de la capa reciclada ser diferente a la del asfalto original, y adems, la fraccin fina en general est adherida al material reciclado. Generalmente esto significa que una cantidad adicional de finos debe ser aadida a la mezcla mientras se realiza el proceso de reciclado. Cuando el 100% del material de RAP es reciclado con un agente estabilizador, las propiedades del producto son diferentes cuando rejuvenece, lo cual es descrito en el Captulo 4, Agentes Estabilizadores. Normalmente se requiere una superficie adecuada sobre la capa reciclada con el objetivo de alcanzar las propiedades funcionales, como la resistencia al deslizamiento y la calidad de rodado. Para caminos de trfico menor, esto puede conseguirse con un riego con gravilla o con una capa de mezcla asfltica en caliente delgada (< 40 mm). Si un mejoramiento de estndar es aplicado al pavimento para que este pueda soportar trfico pesado, en ocasiones puede ser requerida una base asfltica, adems de la capa asfltica superficial.

2.3.2

Estabilizacin con RAP / base granular

Esta categora de reciclado es tpicamente aplicada como una medida para tratar estructuras de pavimentos deterioradas compuestas por bases granulares y superficies asflticas delgadas, constituidas tanto por concreto asfltico como por varias capas de sellos superficiales. El deterioro en este tipo de pavimentos generalmente se manifesta como capas asflticas severamente agrietadas, capas granulares deformadas, y baches. El objetivo de aadir agentes estabilizadores mientras se recicla es recuperar la integridad estructural mediante el mejoramiento de las propiedades de ingeniera de los materiales recuperados, al mismo tiempo que es posible alcanzar una calidad de rodado ptima. La estabilizacin Granular/RAP puede ser efectuada mediante el reciclado a distintas profundidades, generalmente entre 150 mm y 250 mm. Cuando la capacidad estructural necesita ser mejorada para ajustarse a mayores demandas de trfico, la profundidad del reciclado puede incrementarse, alcanzando un aumento en el espesor de la nueva capa estabilizada. Sin embargo, es necesario que el pavimento existente tenga un espesor mnimo de material natural de buena calidad para aplicar esta alternativa. Los pavimentos deteriorados compuestos por capas estabilizadas (por ejemplo, con cemento o cal hidratada) tambin pueden ser reciclados. Cuando una estrategia de rehabilitacin de corto plazo es adoptada debido a restricciones presupuestarias, o cuando el deterioro del pavimento es causado por la mala capacidad de soporte de las capas superiores, la profundidad del reciclado debe reducirse. Existe siempre un mejoramiento significativo en la

Captulo 2

33

capacidad estructural del pavimento despus de la estabilizacin. Esto se complementa con la aplicacin de una capa superficial de asfalto sobre la capa reciclada. Evitar el ingreso de agua en las capas inferiores mediante la estabilizacin, tambin ayudar a extender la vida til del pavimento reciclado. En esta categora tambin se incluye el mejoramiento de los caminos sin recubrimiento superficial. Generalmente, el mejoramiento de estndar de estos caminos no pavimentados se debe a: Razones econmicas. Usualmente, altos costos de mantenimiento estn asociados a incrementos en las cargas de trnsito. Razones medio ambientales. La prdida anual de agregados entre 25 mm y 35 mm es comn en caminos no pavimentados, lo que requiere un aporte continuo de material de emprstito. Adems, se ha demostrado que la generacin de polvo de los caminos no pavimentados es daina para la salud. Razones estratgicas. Necesidades polticas gubernamentales. El reciclado de las capas granulares superficiales existentes generalmente es realizado con agentes estabilizadores. La estabilizacin con emulsin o asfalto espumado habitualmente es realizada a una profundidad promedio de entre 125 mm a 150 mm ms una capa superficial delgada, como un riego con gravilla o una lechada. Estabilizar con cemento o cal hidratada requiere que la profundidad del reciclado sea aumentada a 150-250 mm para alcanzar un producto similar en trminos de vida estructural. Una aplicacin adicional que cae dentro de esta categora es la modificacin del material plstico mediante el reciclado con cal hidratada. Durante el proceso de reciclado, slo la cal requerida es agregada al material recuperado para eliminar o reducir la plasticidad. Por lo tanto, la adicin de cal no es considerada como una estabilizacin, ya que la razn de agregar este estabilizador no es conseguir un aumento en la resistencia del material (pese a que a largo plazo es posible conseguir algn incremento en la resistencia).

2.3.3

Pulverizacin

No siempre es necesario adicionar un agente estabilizador cuando se recicla un pavimento existente que contiene capas asflticas gruesas. En ocasiones, las capas asflticas gruesas que presentan un estado de agrietamiento por fatiga severo, se tratan mejor mediante la pulverizacin previa de la capa asfltica completa. Posteriormente, se compacta este material para crear un granular reconstituido. La base asfltica nueva y las capas superficiales se construyen sobre esta capa asfltica reconstituida obtenindose una estructura de pavimento equilibrada. Los pavimentos que incorporan capas deterioradas de base estabilizadas tambin pueden ser tratados en forma efectiva utilizando pulverizacin. Las capas ligadas deterioradas usualmente exhiben fallas tipo en bloque. En un comienzo, estas fallas se producen en forma espaciada, pero con el tiempo aumentan su frecuencia en la superficie del pavimento. Al pulverizar estos materiales, se elimina el potencial riesgo del reflejo de grietas en las capas que se construirn sobre el material pulverizado.

2.3.4

Reprocesamiento

Los caminos de grava o no pavimentados generalmente mejoran su estndar a caminos pavimentados sin la incorporacin de agentes estabilizadores (como se describi en la Seccin 2.3.2). Sin embargo, es beneficioso volver a trabajar y recompactar la capa superior del pavimento existente para alcanzar una uniformidad adecuada antes de recapar con una nueva capa de material importado. A pesar de que no se agrega material asfltico, la humedad del material in-situ normalmente requiere un ajuste. Esto es posible lograrlo con el procedimiento constructivo del reciclado, para asegurar que se consiga el nivel ptimo de compactacin. Aplicar la tcnica de reprocesamiento tambin es aplicable a los caminos nuevos construidos con materiales disponibles in-situ. Si la subrasante existente es adecuada, la opcin de reprocesamiento es un mtodo equivalente a escarificar y recompactar, tradicionalmente utilizado en la construccin de caminos nuevos. De esta forma, es posible conseguir una capa homognea y con propiedades de capacidad de soporte consistentes.

2.3.5

Modificacin de propiedades mecnicas

Investigaciones realizadas en pavimentos revelan que una de las causas del deterioro se debe a la graduacin (granulometra) deficiente de los materiales que componen las capas superiores del pavimento. Corregir la graduacin es posible mediante la adicin del material granular faltante para lograr una

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Captulo 2

granulometra adecuada sobre la capa granular existente, antes de aplicar la tcnica del reciclado. El contenido de humedad se ajusta durante el proceso de reciclado, para alcanzar las condiciones ptimas de compactacin del material reutilizado. La modificacin de las propiedades mecnicas puede ser utilizada en el tratamiento de materiales que presentan una plasticidad inaceptable. En algunos casos, es posible tratar arcillas que se encuentran en terreno, mediante el mezclado de materiales arenosos sin cohesin, reduciendo la plasticidad efectiva del material existente. Esta tcnica debe ser aplicada con cuidado, ya que la separacin mecnica de partculas plsticas en realidad no produce ningn tipo de reduccin qumica de la plasticidad y, a menos que la graduacin de la arena sea compatible con la naturaleza y graduacin del material plstico, el desempeo del material existente no necesariamente ser mejor.

2.4

Tipos de Mquinas Recicladoras Wirtgen

Las recicladoras Wirtgen son capaces de materializar cualquier proyecto de reciclado en fro. La WR 2000 es ideal para trabajos ms pequeos y pavimentos ms delgados, mientras que la WR 4200 se adapta mejor al reciclado de carreteras de mayor importancia y otros proyectos mayores. Cada mquina tiene un campo particular de aplicacin, como se resume a continuacin.

2.4.1

Recicladoras in-situ

2.4.1.1 Mquinas montadas sobre neumticos: WR 2000 y WR 2500 S (Figuras 2.5 y 2.6)Fig. 2.5 La recicladora Wirtgen WR 2000

Fig. 2.6 La recicladora Wirtgen WR 2500 S

Captulo 2

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La aplicacin ms frecuente de estas mquinas es el reciclado de pavimentos existentes, generalmente incluyendo las capas asflticas superiores y una porcin de la capa subyacente (tanto ligada como no ligada). Las mquinas estn equipadas con dos sistemas de microporocesadores que controlan el sistema de bombeo, y dos barras de riego, como se esquematiza en la Figura 2.7. El rendimiento de este tipo de mquinas es enorme, y son capaces de aplicar todos los agentes estabilizadores comnmente conocidos.Fig. 2.7 Microprocesador para el control del sistema de inyeccin de la Wirtgen 2500 SPantalla/ Teclado Constrol del sistema de apertura y cierre de vlvulas Impresora Procesador

Control Mdulo 1

Control Mdulo 2

Control Mdulo 3

Medicin del flujo Bomba de control Medicin de flujo Bomba de control

Barra control de inyeccin

Direccin de trabajo

Medicin de velocidad de avance Medicin de flujo de inyeccin Sistema control de bomba

Adems, las caractersticas y tamao de los neumticos con traccin a las cuatro ruedas permiten la estabilizacin de todo tipo de suelos, desde suelos inertes hasta suelos blandos de alta plasticidad. La estabilizacin de suelos generalmente se aplica a la subrasante de la estructura de pavimento y ha probado ser una tcnica altamente efectiva desde el punto de vista de costos y tiempos de construccin. Las mquinas Wirtgen tambin pueden ser utilizadas para romper roca blanda del tipo piedra caliza desgastada o pizarra. Estos materiales pueden ser llevados a terreno desde cortes o emprstitos, esparcirse sobre un relleno en capas de hasta 500 mm de espesor y luego ser pulverizadas con la recicladora hasta alcanzar una granulometra adecuada antes de ser compactadas. El sistema de aplicacin de agua es ideal para aumentar el contenido de humedad y alcanzar la mxima densidad a travs de la compactacin de estas capas gruesas. La WR 2500 SK es una versin ms avanzada de la WR 2500 S con una unidad integrada para la aplicacin de cal o cemento, montada en la parte delantera de la cmara de mezclado. Esta unidad es utilizada para aplicar agentes establizadores sin la emisin de polvo al medio ambiente, una caracterstica que cada vez es ms importante en trminos de aceptacin medio ambiental. La WR 2500 SK no se limita a la estabilizacin de los suelos solamente. Tambin se puede aplicar para proyectos de reciclado de pavimentos.

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Captulo 2

2.4.1.2 Mquinas montadas sobre orugas: 2200 CR y WR 4200 S (Figuras 2.8 y 2.9)La 2200 CR se basa en la mquina pulverizadora 2200, una unidad de alto rendimiento. Cuando esta mquina se utiliza con los sistemas de barras de riego y sistema de bombeo, puede ser utilizada en proyectos de reciclado en fro, especialmente donde el pavimento existente incluye capas asflticas gruesas. Incluso, la 2200 CR usualmente est equipada con un sistema de niveles que en ocasiones elimina la necesidad de una moto niveladora para perfilar el material reciclado.Fig. 2.8 La recicladora Wirtgen 2200 CR

La WR 4200 ilustrada en la Figura 2.9 es una mquina ideal para proyectos de reciclado de gran envergadura.Fig. 2.9 La recicladora Wirtgen WR 4200

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Las caractersticas de la WR 4200 incluyen: Un ancho de trabajo de hasta 4,2 metros. Esto significa que el ancho completo de una pista puede ser rehabilitado con una sola pasada sin una junta longitudinal. El ancho de trabajo puede ser ajustado hasta un mnimo de 2,8 metros hasta un mximo de 4, 2 metros. Estos ajustes pueden realizarse mientras la maquinaria se encuentra trabajando. El mezclado se realiza en un conducto-gemelo mezclador continuo que se encuentra en el equipo, con una capacidad de 400 toneladas/hora que alcanza una calidad de mezclado similar a las plantas de mezclado convencionales fijas. Una pantalla de pavimentacin para colocar el material reciclado de acuerdo al perfil requerido y equipado con tmperes y vibradores para una precompactacin. La recicladora mezcla en forma efectiva el material recuperado del ancho completo del corte. El material pulverizado por el tambor de fresado con ancho variable es levantado dentro del mezclador de doble eje donde se mezcla con agua y los agentes estabilizadores antes de ser depositado sobre el camino como cordn, y ser esparcido por un tornillo sinfn. La configuracin se muestra en la Figura 2.10.

Fig. 2.10 Configuracin del reciclador WR 4200

Sistema de inyeccin de emulsin asfltica Sistema de inyeccin de agua Tanque de agua

Generador del sistema de asfalto en caliente Dos motores Diesel de propulsin Tanque lquido hidrulico

Tanque de petrleo

Tornillo de distribucin

Sistema de inyeccin de asfalto en caliente Sistema de inyeccin de lechada de cemento

Tambor fresador fijo Dos tambores de fresado de posicin variable

Mezclador de dos cmaras Placa compactadora Vgele AB 500 TV

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Captulo 2

2.4.2

Unidad de mezclado en planta

La planta de mezclado KMA 200 presentada en la Figura 2.11 fue concebida como una planta de mezclado transportable, fcil de instalar y de alto rendimiento. La planta est compuesta por una tolva de agregados, sistemas y bombas aplicadoras de agua, asfalto en forma de emulsin o espuma y un mezclador de doble eje con una capacidad mxima de produccin de 200 toneladas la hora.Fig. 2.11 La planta mezcladora Wirtgen KMA 200

La KMA 200 puede ser utilizada para tratar un amplio espectro de materiales de pavimentos, incluyendo: Material reciclado. RAP y otros materiales recuperados de pavimentos antiguos pueden ser tratados con cemento, asfalto espumado o emulsin asfltica para la construccin de nuevas capas de base. Cuando es necesario, se pueden adicionar en forma simultnea ridos con materiales reciclados, para mejorar las propiedades de ingeniera. Nuevos agregados pueden ser mezclados con una variedad de agentes estabilizadores (por ejemplo, cemento, cal hidratada, emulsin asfltica, asfalto espumado, etc) para producir materiales de alta calidad en la construccin de nuevos materiales de base. Por ejemplo, piedra chancada puede ser mezclada con cemento y agua para producir una mezcla limpia de hormign magro u hormign compactado con rodillo. La reutilizacin de materiales granulares contaminados con alquitrn. La reutilizacin de este material en un proceso de mezclado en caliente est prohibido debido a los gases nocivos y cancergenos causados por la emisin de hidrocarburos poliaromticos. Adems, el depsito de este material es caro, debido a las restricciones medio ambientales del manejo de residuos peligrosos. El proceso de reciclado en fro en planta calza perfectamente con el mezclado de este material contaminado con un material bituminoso apropiado, el cual, si es compactado en forma adecuada en la capa de base de un camino, encapsular en forma permanente los hidrocarburos nocivos. Los productos mencionados anteriormente pueden ser utilizados para materializar distintas aplicaciones, desde bases para pavimentos de alto trfico, utilizando una pavimentadora, hasta aquellos construidos en forma ms artesanal utilizando mtodos que requieren una gran cantidad de mano de obra.

Captulo 2

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2.4.3

Equipo auxiliar

La unidad de mezclado de lechada de cemento ilustrada en la Figura 2.12 se denomina WM 1000. Esta unidad complementa la maquinaria de reciclado en fro Wirtgen para la aplicacin de cemento. La mquina incluye una tolva y un estanque de agua de 11,000 litros. El cemento es pesado en forma precisa por celdas de carga, mientras se transfiere al tornillo sinfn para ser mezclado con la cantidad necesaria de agua requerida para alcanzar el contenido de humedad ptima del material reciclado. La mxima produccin de salida de la mquina es de 1000 litros de lechada de cemento por minuto, suficiente para la gran mayora de proyectos de reciclado. La lechada es bombeada directamente a la barra esparcidora, montada sobre la cmara de fresado y mezclado de la recicladora, donde se le inyecta al material pulverizado. Dentro del tren reciclador, la WM 1000 se ubica directamente delante de la recicladora, en la mayor parte de las aplicaciones.Fig. 2.12 Mezcladora de lechada Wirtgen WM 1000

2.5

Beneficios del Reciclado en Fro

Algunos de los beneficios ms evidentes del reciclado en fro para la rehabilitacin de pavimentos son: Factores medio ambientales. Se hace uso del 100% de los materiales del pavimento existente. No se necesita crear sitios de emprstitos de materiales, y el volumen del nuevo material que debe ser importado a la obra desde pozos de agregados es minimizado. Esto reduce los efectos en el medio ambiente (en la actualidad, y debido a los mtodos tradicionales de construccin, es frecuente observar cortes de gran tamao en cerros, para extraer materiales de construccin), los cuales son inevitables cuando se abre una zona para extraer materiales de emprstito. Adems, el transporte es reducido en forma drstica. El consumo de energa total es reducido en forma considerable, as como el efecto destructivo de los vehculos de transporte en la red vial. Calidad de la capa reciclada. Se logra una alta y consistente calidad de mezclado de los materiales insitu con el agua y los agentes estabilizadores. La adicin de fluidos es precisa debido al microprocesador que controla los sistemas de bombeo. El material reciclado, ms los aditivos, son mezclados en forma intensa en la cmara del tambor fresador-mezclador. Integridad estructural. El proceso de reciclado en fro produce capas ligadas gruesas que son homogneas y no contienen interfaces dbiles con otras capas ms delgadas.

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Captulo 2

La alteracin de la subrasante es mnima. La alteracin de la estructura de pavimento subyacente es mnima comparada a la rehabilitacin utilizando tcnicas tradicionales de construccin. El reciclado en fro generalmente es una operacin que requiere una sola pasada de mquina. Cuando se utiliza una recicladora montada sobre orugas, las ruedas traseras pasan slo una vez sobre el material subyacente. Las recicladoras montadas sobre neumticos reparten el material detrs de la mquina, evitando cualquier contacto entre las ruedas y el material expuesto bajo la estructura del pavimento (en ocasiones el material de pavimento que se vuelve a trabajar con maquinaria convencional somete a la subrasante a cargas repetitivas con un alto estado de tensiones, causando problemas de levantamiento en esta, lo que se traduce en excavar y rellenar con material importado). Menores tiempos de construccin. Las recicladoras Wirtgen son capaces de producir con altas tasas de rendimiento que reducen significativamente los tiempos de construccin comparados con mtodos alternativos de rehabilitacin. Esta reduccin de tiempos tambin disminuye los costos y generan un beneficio intangible para los usuarios del camino, ya que las interrupciones de trfico son menores. Seguridad. Uno de los beneficios ms importantes del proceso de reciclado en fro es la seguridad vial que es posible conseguir. El tren de reciclado completo se puede acomodar en el ancho de una pista. Por ejemplo, en caminos con dos pistas, el reciclado puede ser llevado a cabo a lo largo de una mitad del ancho del camino durante el da. El ancho completo del camino, incluyendo la pista completamente reciclada, puede ser abierta al trfico al anochecer. Costo-efectividad. Los beneficios expuestos anteriormente se combinan para hacer del reciclado en fro una alternativa altamente atractiva para la rehabilitacin de pavimentos en trminos de costo-efectividad.

2.6

Aplicabilidad del Proceso de Reciclado en Fro

Cuando se decide rehabilitar un pavimento deteriorado, los mtodos que poseen una mejor relacin costo-efectividad tienden a ser especficos para cada proyecto. Cada proyecto es nico en trminos de la estructura del pavimento existente y la calidad de los materiales que conforman los mismos. Por lo tanto, es importante utilizar la solucin ms apropiada y prctica para cada proyecto, tomando en cuenta los siguientes factores relevantes: Ubicacin. La solucin ms efectiva para cada pas o zona en particular est definida por el medio ambiente local, as como las condiciones de trfico del proyecto. Si este es una calle urbana de alto trfico donde slo el trabajo nocturno est permitido, o si es un camino rural secundario sin pavimentar, y se debe aumentar su estndar. Soluciones y estndares de servicio muy distintos son requeridos en ambos casos extremos. Es importante tomar conocimiento de los estndares locales de la construccin de caminos, as como la percepcin y aceptacin de la poblacin local de los niveles de servicio. Medio ambiente fsico. La topografa y geologa deberan ser tomadas en consideracin cuando se determina el mtodo apropiado para la rehabilitacin de un camino. Especficamente, pendientes pronunciadas pueden hacer que algunos tipos de tcnicas constructivas sean imposibles de aplicar en la prctica. El clima tambin juega un rol importante en la eleccin y aplicacin de distintas soluciones. Las condiciones y soluciones en regiones desrticas con una escasa o nula precipitacin sern distintas a las requeridas en proyectos de zonas lluviosas. El efecto de temperaturas extremas, como el agrietamiento trmico inducido por los ciclos hielo-deshielo, tambin influyen en el tipo de solucin adoptada. Disponibilidad de materiales. La factibilidad de varias opciones de rehabilitacin es significativamente influenciada por la disponibilidad de materiales, especialmente los agentes estabilizadores. Estos deben ser provistos en cantidades suficientes y que alcancen niveles adecuados de calidad y consistencia. Las recicladoras Wirtgen utilizan grandes volmenes de agentes estabilizadores y es necesario establecer una fuente de abastecimiento confiable de estos materiales. Como se discutir en los captulos siguientes, siempre existir ms de una solucin para la rehabilitacin de un camino deteriorado. El reciclado profundo es un concepto relativamente nuevo en la ingeniera de pavimentos y, debido a la inherente reduccin de costos que implica aplicar la tcnica, siempre debera ser considerada como una opcin.

Captulo 2

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Captulo 3: Rehabilitacin de Pavimentos3.1 IntroduccinNormalmente, la rehabilitacin de pavimentos se requiere cuando un camino se encuentra prximo a su condicin final, debido a deterioros en la estructura del pavimento, o cuando el pavimento requiere una mejora debido al aumento del volumen de trfico. Como se describe en el Captulo 1, cuando un camino pavimentado es diseado apropiadamente, y es constantemente protegido con mantenimiento rutinario y recapados, la necesidad de rehabilitacin estructural puede ser considerablemente minimizada. Sin embargo, en la prctica, el mantenimiento requerido no se realiza con frecuencia, haciendo necesaria la rehabilitacin tan pronto como sea pronosticada. Este captulo describe en detalle la planificacin y ejecucin de procedimientos de investigacin normalmente requeridos para un eficaz diseo de rehabilitacin, enfocndose en aquellos que son relevantes para el reciclado en fro de pavimentos. Se entrega un diagrama de flujo para ilustrar la metodologa general requerida para la investigacin de rehabilitacin. Se esquematizan los mtodos normalmente utilizados para investigar el deterioro de los pavimentos. Se describen diferentes mtodos de diseo de pavimentos y aquellos aplicables al reciclado. La confiabilidad es proporcionada en los niveles de confianza en cuanto a la certeza que puede ser alcanzada en el diseo. Sin embargo, debe ser enfatizado que no se ha realizado un mtodo de diseo de pavimentos en forma detallada para pavimentos que incluyen una capa estabilizada con asfalto espumado (ver Apndice 3). Es incluida una completa bibliografa (Captulo 6) en caso de requerir informacin ms detallada. El captulo siguiente, Captulo 4, cubre los agentes estabilizadores ms comnmente utilizados en los procesos de reciclado en fro. El Captulo 5, Soluciones Tpicas de Reciclado, contiene guas de diseo de pavimentos para ayudar a conceptuar el tipo de solucin de reciclado que puede ser considerada para un conjunto de condiciones dadas, incluyendo una gua de diseo de pavimentos tpicos reciclados con cemento y, separadamente, con agentes estabilizadores asflticos. Adems, el Apndice 1 contiene tres ejemplos de investigaciones de pavimentos y diseos aplicables al reciclado, incluyendo opciones alternativas de diseo y la seleccin de la opcin ms costo-efectiva basndose en un anlisis econmico.

Captulo 3

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3.2

Procedimiento de Diseo para la Rehabilitacin de Pavimentos

La rehabilitacin de pavimentos slo puede ser realizada despus de identificar una necesidad de accin, usualmente a nivel de red, utilizando un Sistema de Administracin de Pavimentos (SAP). Esto es seguido a nivel de proyecto recolectando la informacin disponible y realizando una investigacin detallada, acompaada por un diagnstico de experto para determinar la causa del deterioro (identificacin del problema). El proceso de diseo de rehabilitacin total de pavimentos incluye anlisis de trfico, identificacin de las opciones de rehabilitacin, diseo de mezclas y un detallado diseo de pavimentos antes de determinar la solucin ptima de rehabilitacin. Estos aspectos son descritos ms abajo. Sin embargo, previo a describir el marco dentro del cual puede ser realizada adecuadamente la rehabilitacin de pavimentos, es importante reconocer las siguientes dos reglas de oro aplicables a todas las acciones de rehabilitacin: Regla 1: Debe haber un claro entendimiento de lo que las autoridades esperan del camino rehabilitado. Esto requiere responder a tres preguntas claves: Se requiere una vida de diseo a corto o largo plazo? Qu estndar de propiedades funcionales, tal como calidad de rodadura y resistencia al patinaje, es esperado? Qu nivel de financiamiento debe ser proporcionado para el mantenimiento rutinario del pavimento durante su vida de diseo? Por ejemplo, se espera que el pavimento este sin necesidad de mantenimiento durante su vida de diseo? qu son las capacidades de mantenimiento locales, en trminos de mano de obra, equipo y conocimiento? Regla 2: Se deben realizar suficientes investigaciones para adquirir informacin sobre el comportamiento del pavimento existente, y del modo en que ste se deteriora. Estas reglas entregan el contexto para el proceso completo de rehabilitacin de pavimentos. El tipo y alcance del trabajo de investigacin de pavimentos depender de la informacin requerida para un proyecto especfico, y es esencial una interaccin entre la investigacin y el proceso de diseo. Los diseos de pavimentos pueden ser adaptados para una amplia variedad de caminos, desde caminos no pavimentados con bajo volumen de trfico, hasta autopistas de alto trfico. Estos deben satisfacer los requerimientos especficos de las autoridades con respecto a la vida de diseo y al estndar funcional. Por lo tanto, la atencin debe permanecer sobre la exigencia del producto final en todas las partes del proceso de diseo. Un diagrama de flujo generalizado es til como gua de los pasos a seguir en el proceso de diseo de rehabilitacin. El diagrama de flujo presentado en la Figura 3.1 es aplicable prcticamente a todos los proyectos de rehabilitacin y puede ser adaptado de acuerdo a las necesidades especficas. Las actividades incluidas en este diagrama son las siguientes: Adquisicin de datos Investigacin preliminar Investigacin detallada Opciones preliminares de diseo de rehabilitacin de pavimentos Diseo de mezclas en laboratorio para material reciclado Finalizacin del diseo de pavimentos Anlisis econmico para seleccionar la mejor opcin

Cada una de estas actividades es discutida ms adelante en secciones separadas.

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Captulo 3

Fig. 3.1 Diagrama de flujo: Investigacin y Diseo de Pavimentos

Defina los requerimientos y especificaciones