4. Rec. Asfalto.pdf

1Guillermo Thenoux Z.Profesor Titular, PE, MSc, PhD,

Escuela de IngenieraPontificia Universidad Catlica de Chile

Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera

Guillermo Thenoux Z.Guillermo Thenoux Z.Guillermo Thenoux Z.Guillermo Thenoux Z.Profesor Titular, PE, Profesor Titular, PE, Profesor Titular, PE, Profesor Titular, PE, MScMScMScMSc, PhD, Escuela de Ingeniera, PhD, Escuela de Ingeniera, PhD, Escuela de Ingeniera, PhD, Escuela de Ingeniera

Pontificia Universidad Catlica de ChilePontificia Universidad Catlica de ChilePontificia Universidad Catlica de ChilePontificia Universidad Catlica de Chile

2Reflexin 1: Enfoque Estratgico del Reciclado

IngenieraMedio

Ambiente

PolticoEconmico

Captulos 1

Tcnicas Reciclado de Pavimentos Asflticos


CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL

3En Sitio

En Planta

Tcnicas de Reciclado en un Sistema de Gestin

En Fro En Caliente

- Asfalto Espumado- Emulsin

- Cemento Asfltico

Reciclado en Fro en Sitio con Asfalto Espumado

Tcnica de Asfalto Espumado

4 Reciclado en Caliente en Planta

RAP

Materiales recuperados de pavimentos asflticos son seleccionados y mezclados en plantas asflticas especialmente diseadas

para mezclar el RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) con ridos nuevos (AN).

Las proporciones RAP/AN estn entre 10/90 hasta 50/50 en

plantas modernas usndose

normalmente 30/70.

G. Thenoux Z.

Se distinguen, 3 etapas de reciclado en caliente en sitio:

Reciclado en Caliente en Sitio

El pavimento existente es completamente calentado hasta una profundidad de 1.5 a 2 pulgadas, antes de ser frezado y luego remezclado.

Escarificado en calienteRe-mezcladoRepavimentacin

Para calentar el pavimento se utilizan gases caliente o microondas.

G. Thenoux Z.

5MICROONDAS

GASES CALIENTE

Alternativas de Reciclado en Caliente en Sitio

G. Thenoux Z.

Reciclado en Fro en PlantaReciclado en fro en planta se justifica en proyectos de pavimentacin que presentan granheterogeneidad o en reciclado de pavimentos urbanos. En ambos casos el material es frezadotransportado a planta en donde puede corregirse la granulometra del material extrado. Para el casode proyectos no urbanos la planta es porttil y puede trasladarse de modo de mantener cortasdistancias de transporte

6 Reciclado en FroReciclado en fro representa ventajas particulares las cuales se vern detalle en elpresente captulo.

En Sitio

En Planta

Tcnicas de Reciclado en un Sistema de Gestin

En Fro En Caliente

- Asfalto Espumado- Emulsin

- Cemento Asfltico

7Captulos 2Parte 1



Tecnologa del Asfalto: Asfalto Espumado

ALMACENAMIENTO ESTACION DE BOMBEO

DESTILADOS LIVIANOS

DESTILADOS PESADOS

Destilacin al Vaco

CEMENTO ASFALTICO

Store

Torre de Destilacin

RESIDUO (Pitch)

GAS

PETROLEO

Condensador y Enfriador

Calentador

DESTILADOS MEDIOS

1.1 Produccin del Asfalto

1. Introduccin

8CALENTAMIENTO135 C +

CEMENTO ASFALTICO

ASFALTO CORTADO

DILUCIN50 a 80% Asfalto

EMULSION ASFALTICA

EMULSIFICADOAprox 40% w y 60C+

ASFALTO ESPUMADO

EXPANDIDO1-2% w y 180C+

1.2 Aplicaciones

CALENTAMIENTO135 C

CEMENTO ASFALTICO

ASFALTO CORTADO


ENFRIAMIENTO

EMULSION ASFALTICA

EMULSIFICADOAprox 40% w y 60C+ QUIEBRE y EVAPORACIN

ASFALTO ESPUMADO

EXPANDIDO1-2% w y 180C+ ENFRIAMIENTO INSTANTNEO

EVAPORACIN

1.3 Obtencin de Asfalto Residual

9CALENTAMIENTO135 C

CEMENTO ASFALTICO

Mezclas en Caliente

ASFALTO CORTADO

EMULSION ASFALTICA

ASFALTO ESPUMADO

CEMENTO ASFALTICO

ASFALTO CORTADO


EMULSION ASFALTICA

ASFALTO ESPUMADO

Riegos y M. En Fro

10

CEMENTO ASFALTICO

ASFALTO CORTADO

EMULSION ASFALTICA


ASFALTO ESPUMADO

Sellos y Lechadas

CEMENTO ASFALTICO

ASFALTO CORTADO

EMULSION ASFALTICA


ASFALTO ESPUMADO

Reciclado

11

ASFALTO ESPUMADO

EXPANDIDO1-2% w y 180C+

CEMENTO ASFALTICO

ASFALTO CORTADO

EMULSION ASFALTICA

Reciclado en Fro de Pavimentos y Estabilizacin de Suelos

Estabilizacin de Suelos

12

Captulos 2Parte 2




En la cmara de reciclado se pulveriza el material, y se inyecta agua y aditivo (asfalto espumado, cemento, etc.).

Reciclado profundo toma el 100% del pavimento ms un X % de la base granularproduciendo una nueva base estabilizada la cual se debe proteger con una capa de rodado.

Asfalto

Sentido de Avance


agua

agua compactacin

asfalto

cemento

13


Tcnica de Asfalto Espumado

Tcnica de Reciclado con Asfalto Espumado

14

Reciclado en Fro

Alternativas

Profundidad

Lugar

rido

RECICLADOEN FRO

Aditivo

Reciclado en Fro

Alternativas

Profundidad

Lugar

rido

RECICLADO

EN FROAditivo

RecicladoProfundo

Reciclado

Superficial

En planta En-Sitio

Reciclado Estabilizacin

Bituminoso

Emulsin

Asfalto Espumado

15

Reciclado en Fro

Alternativas

Profundidad

Lugar

rido

RECICLADO

EN FROAditivo

En planta En-Sitio

Bituminoso

Asfalto Espumado

Reciclado

Superficial

RecicladoProfundo


Emulsin

Reciclado en Fro

Alternativas

Profundidad

Lugar

rido

RECICLADO

EN FROAditivo

En planta En-Sitio

Bituminoso

Asfalto Espumado

Reciclado

Superficial

RecicladoProfundo


Emulsin

16

Reciclado en Fro en PlantaReciclado en fro en planta se justifica en proyectos de pavimentacin que presentan granheterogeneidad o en reciclado de pavimentos urbanos. En ambos casos el material es frezadotransportado a planta en donde se puede corregir la granulometra del material extrado. Las plantasde reciclado son porttiles, pueden trasladarse de modo de mantener cortas distancias de transporte

Planta Reciclado Espumado Wirtgen KMA 200

17

Reciclado en Fro

Alternativas

Profundidad

Lugar

rido

RECICLADO

EN FROAditivo

En planta En-Sitio

Bituminoso

Asfalto Espumado

RecicladoProfundo

Reciclado

Superficial


Emulsin

Reciclado Profundo v/s Reciclado Parcial

Reciclado Profundo Reciclado Parcial

Slo capa asfltica Entre 80 y 150 mm Estrategia de mediano plazo

Capa asfltica y parte de la base Profundidad > 150 mm Estrategia de mediano/largo plazo

18

- Reciclado superficial- Reciclado profundo

Tambor fresador / mezclador

Reciclado Superficial y Profundo

Reciclado en Fro

Alternativas

Profundidad

Lugar

rido

RECICLADO

EN FROAditivo

En planta En-Sitio

Bituminoso

Asfalto Espumado

RecicladoProfundo

Reciclado

Superficial


Emulsin

19

3. Aplicaciones de la Tecnologa

Reciclado en fro de pavimentos

asflticos: Consiste en la recuperacin

del material de un pavimento asfltico

existente, el cual es mezclado con

asfalto espumad, adiciones (cemento o

cal) y agregados nuevos (si es

necesario) para formar una base

asfltica que ser colocada en el mismo

lugar o en otro distinto.

Estabilizacin de suelos: Consiste en la

estabilizacin de suelos de relativa baja

plasticidad (IP

20

Menores costos en el proceso de manufactura, comparando con las emulsiones asflticas. Menores costos de transporte que en el caso de las emulsiones, ya que el agua adicionada no

supera el 5 % (contra 30-40% de la emulsin). El material tratado con asfalto espumado puede ser colocado, compactado y abierto al trfico

inmediatamente despus del mezclado. El material tratado permanece trabajable por mayores perodos de tiempo y puede ser usado en

condiciones climticas adversas. Espumado es una reaccin fsica y la emulsin una reaccin qumica

Ventajas Asfalto Espumado Respecto de la Emulsin

Reciclado en Fro

Alternativas

Profundidad

Lugar

rido

RECICLADO

EN FROAditivo

En planta En-Sitio

Bituminoso

Asfalto Espumado

Reciclado

Superficial

RecicladoProfundo


Emulsin

21

Captulos 3



Ventajas del Reciclado en Fro en Sitio con Asfalto Espumado

Sistema Convencional de Rehabilitacin de Pavimentos

EXTRAERMATERIAL

CARGARTRANS-PORTAR

PRODUCIRMATERIAL

CARGARTRANS-PORTAR

DESE-CHAR

COMPAC-TAR

ESPARCIR

DESCAR-GAR

Proceso de Reciclado en Fro in Situ

COMPACTARFRESAR, APLICAR

AGENTES ESTABILIZADORES YAGUA, MEZCLAR Y ESPARCIR

Reflexin 1: Proceso Tradicional v/s Reciclado

22

El Reciclado tiene una serie de ventajas potenciales respecto a las alternativas tradicionales de rehabilitacin:

1. Materiales Ahorro en asfalto Ahorro en ridos

2. Medio Ambiente Eliminacin de necesidad de botaderos Reduccin de nuevos pozos de agregados

3. Aspectos Constructivos Se corrigen defectos de seccin transversal del pavimento Se elimina la reflexin de grietas Se eliminan o corrigen las causas que dieron origen al deterioro (*)

Se puede mantener cota original del pavimento (*)

4. Aspectos Econmicos Es eficiente desde el punto de vista energtico Es econmico cuando se agregan los costos exgenos Tiempo de ejecucin (hasta + 1 km/da)

Reflexin 2: Resumen Ventajas

Reflexin 3: Consumo de Energa: Ejemplo Clima Seco

Existing structure Recapado Reciclado Reconstruccin

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3Condicin Actual

23

Energy Consumption: Dry Climate

0

100

200

300

Subgrade: 80 MPa

Traffic: 5 MM EE

Energy (MJ/m2)

Overlay Reycling Reconstruction

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Existing structure Recapado Reciclado Reconstruccin

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3Condicin Actual

Reflexin 3: Consumo de Energa: Ejemplo Clima Seco

Vapor Tensin Superficial

Tcnicas del Asfalto Espumado:Caracterizacin y Diseo de Mezcla


Captulos 4

24

1. Definicin Asfalto Espumado

El proceso de produccin deasfalto espumado es un procesofsico, regido por leyes bsicas determodinmica.

El asfalto espumado, se producecuando el asfalto virgen esexpandido temporalmente,mediante un proceso fsico deintercambio de calor. En dichoproceso se inyecta una pequeacantidad de agua fra (1 a 3% delpeso del asfalto) al asfalto caliente(170 C - 180 C) (140C 160Cpara los Asfaltos Colombianos)dentro de una cmara deexpansin, generandoinstantneamente una expansinde gas en forma de espuma.

asfalto caliente

agua aire

cmara de expansin y boquilla

asfalto espumado

2. Desarrollo de la Tecnologa

1956 ORIGEN DEL ASFALTO ESPUMADO

1957 PRIMEROS REPORTES DEL USO DEL ASFALTO ESPUMADO

1968 DESARROLLO CAMARA DE EXPANSION

1970 DESARROLLO DEL PRIMER LABORATORIO DE ASFALTO ESPUMADO

1991 TRANSFERENCIA DE ESTA TECNOLOGIA A LOS PAISES ESCANDINAVOS

ORIGEN DEL ASFALTO ESPUMADO

1957 PRIMEROS REPORTES DEL USO DEL ASFALTO ESPUMADO

1968 DESARROLLO CAMARA DE EXPANSION

1970 DESARROLLO DEL PRIMER

(Derechos MOBIL)

(Cuando expiraron los derechos de MOBIL)

25

3. Proceso de Expansin y Colapso

Proceso anlogo al batido de clara del huevo para formar espuma, bajar suviscosidad y mezclarla con harina.En el proceso la clara se transforma en burbujas de pelcula delgada, llenas conaire.La clara ocupa un mayor volumen que permite su distribucin homognea entre laspartculas de harina - mezcla consistente.

INTERCAMBIO DE ENERGIA: Agua Asfalto

ENCAPSULAMIENTO

ESTADO DE EQUILIBRIO (**)

COLAPSO Y DESINTEGRACION DE LA ESPUMA

EXPANSION

T2R2

T1R1

2R1P

VAPOR

VaporVapor

2R1


26


Energa calrica del asfalto transferidaal agua - El agua alcanza su punto deebullicin.

Se crea una burbuja con una pelculadelgada de asfalto llena con vapor deagua.

El asfalto, junto con el vapor de aguaencapsulado, es liberado desde lacmara a travs de una vlvula(dispositivo rociador) y el vaporencapsulado se expande formandoburbujas de asfalto contenidas por latensin superficial de ste, hastaalcanzar un estado de equilibrio.

INTERCAMBIO DE ENERGIA

ENCAPSULAMIENTO

EXPANSION y ESTADO DE EQUILIBRIO

Debido a la baja conductividad trmica delasfalto y del agua, las burbujas puedenmantener el equilibrio por pocos segundos (10-30 segundos).

A medida que la espuma se enfra atemperatura ambiente, el vapor en las burbujasse condensa causando el colapso y ladesintegracin de la espuma.

La desintegracin de la burbuja (o colapso dela espuma) produce miles de gotitas de asfalto,las cuales al unirse recuperan su volumeninicial sin alterar significativamente laspropiedades reolgicas originales del asfalto.


COLAPSO Y DESINTEGRACION DE LA

ESPUMA

27

4. Propiedades Fsicas del Asfalto Espumado

4.1 Volumen de Expansin: El Volumen de Expansin representa lacapacidad de la espuma para cubrir los ridos

Volumen

4.2 Estabilidad de la Espuma: Esta propiedad se relaciona con el tiempodisponible para el mezclado antes del colapso y desintegracin de laespuma

t

Tiempo

Volumen

T

Razn de Expansin Volumen de Expansin

5. Propiedades (para el Diseo) del Asfalto Espumado

Mximo Volumen

Volumen del Residuo

50% del Mximo Volumen

Es la razn entre el volumen del asfalto espumadoy el volumen del asfalto antes de espumar.Mientras mayor sea la tasa de expansin, menorser la viscosidad del asfalto espumado y mejor elcubrimiento y mezclado con los agregados.

Vida Media Estabilidad de la Espuma

Es el tiempo, en segundos, que tarda elasfalto espumado en reducir su volumen ala mitad del volumen expandido. La vidamedia es un ndice de la estabilidad de laexpansin. La estabilidad del asfaltoespumado debe permitir un correctomezclado con los agregados.

28

RAZN DE EXPANSIN Y VIDA MEDIA

Vmx

Vo

Vmx/2

Tipo y Grado de Cemento Asfltico

Cantidad de Agua Inyectada

Temperatura de Calentamiento del Cemento Asfltico

Sistema de Inyeccin del Agua al Asfalto

Eficiencia del Dispositivo

Masa del Asfalto

5.1 FACTORES QUE AFECTAN LAS CARACTERSTICAS DE UNA ESPUMA ASFLTICA

29

ASFALTO

T ASFALTO

% AGUA

RAZON DE EXPANSIN

SI

NO

T ASFALTO Y % AGUA OPTIMOS

PROPIEDADES PTIMAS?

VIDA MEDIA

5.2 Seleccin Temperatura del Asfalto y Agua de Inyeccin

Optimizacin Propiedades de Diseo

RAZON DE VIDA

EXPANSION MEDIA

TEMPERATURA ASFALTO

CANTIDAD DE AGUA

A MAYOR .......

CANTIDAD DE AGUA

30

INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE AGUA SOBRE LA RELACIN DE EXPANSIN Y LA VIDA MEDIA

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

Contenido de Agua (%)

Rel

aci

n d

e Exp

ansin

0

5

10

15

20

25

30

Vid

a M

edia

(s)

Relacin de Expansin Vida Media

Aumento de la Expansin

Disminucin de la Vida Media

Efecto del Agua

Influencia del contenido de agua y de la temperatura

31

Wirtgen 2004

Optimizacin Propiedades de Diseo

Mnimos

32

Comportamiento de Asfaltos Colombianos

Comportamiento de Asfaltos Colombianos

33

No se puede usar asfaltos elastomricos

No se producen efecto de susceptibilidad trmica

6.1 Resumen Propiedades Fsicas

MEZCLA ASFALTO ESPUMADO

MEZCLA ASFALTO TRADICIONAL

MEZCLA CON ASFALTO ESPUMADO

G. Thenoux Z.

34

Esfuerzo Cortante

Esfuerzo Normal

C = Cohesion

Angulo de

Friccin

Mayor

Cohesion

Efecto del Cemento Asfltico

Material no ligado

Ref.: Kim Jenkins

Efecto en c y del Asfalto

Captulos 5



Tcnicas del Asfalto EspumadoDiseo Mezcla

35

La base espumada es por lo general la segunda capa por lo cual dependiendodel tipo de carpeta de rodado el efecto de la temperatura ambiente puede serms o menos influyente.

El porcentaje de asfalto que se adiciona es relativamente menor y la formaque queda incorporado en la estructura granular no produce la mismadependencia respecto de la estabilidad en relacin a lo que ocurre conmezclas tradicionales.

La seleccin del grado del asfalto, es solo funcin de las propiedades de laespuma.

7. Diseo de Mezcla

7.1 Seleccin del Grado Asfltico

7.2 Seleccin Temperatura del Asfalto y Agua de Inyeccin

7.3 Granulometra de los ridos

Las bandas de trabajo son relativamente amplias lo que permite incluir variostipos de suelo adems de bases y subbases y material tipo RAP. Se recomiendaun mnimo de 5% de finos de cero o poca plasticidad. La resistencia de la mezclarido asfalto es funcin del tipo de suelo (clasif. AASHTO) y CBR

CLASIFICACION DE MATERIALES GRANULARES

36

Temperatura ptima: 13 C - 20 C. Temperaturas muy bajas de los ridos reducen la efectividad de la espuma.

7.4 Temperatura de los ridos

Temperatura del rido

10C a 25C Mayor a 25C

Razn de Expansin

10 8

Vida Media (s) 6 6

Ref.: TG-2, 2009

El contenido ptimo de humedad es necesario para una adecuadacompactacin posterior. Se recomienda una humedad comprendida entre 65- 85% de la humedad ptima de compactacin (Proctor Modificado)

7.5 Contenido de Humedad de los ridos (*)

7.6 Preparacin de la Probeta

Para la preparacin de la probeta de ensayo se utiliza un laboratorio especial y compactador Marshall

37

Fabricacin espuma en el laboratorio

Fabricacin espuma en el laboratorio

38

Compactador Marshall Compactador Giratorio

Diseo Mezcla: Compactacin Probetas

El empleo del compactador Superpave tiene mayores ventajas: Se logradensidades ms altas, se produce una probeta de mayor tamao la cualproduce menos dispersin de resultados cuando se trabaja con materialesRAP.

Compactacin con Martillo Vibratorio

Bosch Hammer

Mould

Zero Line

Sleeve

Base Plate

Steel Rod

Side of Mould

Vibratory Hammer

Wooden base

Preparacin de la probeta

KelfkensRef. Kim Jenkins

39

Tcnica de Mezclado

WLM30

Ref. Kim Jenkins

Mezcladora Pugmill - WLM30

Ref. Kim Jenkins

40

Mezcla de cada una de las 5 muestras de agregado con distintos contenidosde asfalto (de 1,5 a 3,5 % con incrementos de 0,5 %)

Fabricacin y compactacin de probetas Marshall (75 golpes)

Curado de las probetas por 72 horas a 40 C

Clculo de la densidad aparente

7.7 Contenido ptimo de Asfalto

40 C

72 hrs

d

CARGA P (KN)

7.8 Contenido ptimo de Asfalto

El valor ptimo se obtiene enbase al ensayo dehendimiento o resistenciaindirecta a la traccin.

La probeta se cura enhorno normal y luego seensaya en condicionessecas y saturadas a 25 C.

41

7.9 Contenido ptimo de Asfalto en Base a Resistencia Retenida

ITS Sat

ITS Seco

RRetenida =

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00ITS vs % Asfalto

% Asfalto

ITS

0,000,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

ITS SecoITS Saturado

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00ITS vs % Asfalto

% Asfalto

ITS

KPa

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

ITS SecoITS Saturado

7.9 Contenido ptimo de Asfalto en Base a Resistencia Retenida

1. El valor ptimo obtenido debe cumplir con que la Resistencia Retenida seamayor a un 50%. (Parmetro que define la influencia de la humedad sobre laresistencia del material)

ITS Sat

ITS Seco

RRetenida =

2. Se debe cumplir un valor mnimo de ITS seco segn diseo estructural ycondiciones de tensiones de trabajo.

3. Se debe cumplir un valor mnimo de ITS saturado segn diseo estructural ycondiciones de tensiones de trabajo cuando se espere condiciones desaturacin prolongada en el diseo.

42

OPTIMIZACION DE LA ESPUMA

GRANULOMETRIA E P

PREPARACION 5 MUESTRAS (10 Kg cada una)

DETERMINACION CONTENIDO OPTIMO DE HUMEDAD (OMC)

MEZCLADO DE MUESTRAS CON DISTINTOS % DE ASFALTO

FABRICACION Y COMPACTACION PROBETAS MARSHALL

CURADO DE LAS PROBETAS

CALCULO DENSIDAD BRUTA

DETERMINACION ITS PARA LOS DISTINTOS % DE ASFALTO

CONTENIDO OPTIMO DE ASFALTO

DETERMINACION MASA SECA DE LA MUESTRA

INCORPORACION CANTIDAD DE CEMENTO REQUERIDO

INCORPORACION 75 % DE LA HUMEDAD OPTIMA (OMC)

7.10 Resumen de Procedimiento (en Proceso de Cambio)

7.11 Resumen Propiedades Mezcla con Asfalto Espumado

Mezclas con asfalto espumado son MUY DISTINTAS a las mezclas en caliente tradicionales y tienen un comportamiento diferente:

Mezclas Aglomeradas a partir de un mortero formado por finos y miles de puntos o uniones asflticas

Mezcla no sensible a la temperatura

Mezcla menos susceptible al envejecimiento

La densidad es funcin de la humedad de compactacin y no de la temperatura del asfalto

Mezcla de menor resistencia relativa

43


5%

El efecto de frezado del equipo har que laproporcin de finos aumente lo que aunqueen la mayor parte de los casos es favorablepor tratarse de finos inertes provenientesdel mismo material frezado.

La variacin depender de las condicionesdel pavimento pero por sobre todo de lavelocidad del rotor.

7.12 Consideraciones Adicionales: Muestra de Reciclado

7.12 Consideraciones Adicionales: Muestra de Reciclado efecto de la velocidad del Rotor

44

Distribucin Granulomtrica 150 rpm rotacin del tambor

Distribucin Granulomtrica 100 rpm rotacin del tambor Distribucin Granulomtrica 127 rpm rotacin del tambor

7.12 Consideraciones Adicionales: Muestra de Reciclado

eh

La variabilidad del espesor de la capaasfltica no produce mayores cambios enel porcentaje de asfalto ptimo pero siproduce variaciones de las propiedadesmecnicas de la mezcla.

eh

7.12 Consideraciones Adicionales: Estudio Variabilidad del RAP

45

7.12 Consideraciones Adicionales: Uso de cemento u otro filler

No se recomienda considerar el reemplazo de cemento por otro tipo de fillerno obstante frente a situaciones especiales se debe repetir protocolos dediseo para cuando se requiera reemplazar el cemento por otro filler.

La cal puede ser opcin de un filler pero se utiliza ms bien para pre-tratarsuelos imposibles

Un mayor porcentaje de cemento tiende a mejorar el valor de la resistenciaretenida pero si no es necesario (***) no conviene utilizar porcentajessuperiores a 1,5% y max 2% - La experiencia Sur Africana sugiere mximo 1%

7.12 Influencia del Llenante activo

Resistencia y Flexibilidadb

C1 to C4 Cemento < 1%

Ref. Kim Jenkins

46

Temperatura del cemento asfltico para espumado.

Porcentaje de agua para espumado

Razn de Expansin y Vida Media

Dosificacin de asfalto espumado.

Dosificacin de llenante Activo (Cemento Portland, Cal).

Agua de compactacin.

Resistencia en seco de las mezclas curadas con el contenido

de asfalto ptimo.

Resistencia obtenida, despus de inmersin en agua, de las

probetas curadas con el contenido de asfalto ptimo.

Resistencia conservada

Recomendaciones especficas para la construccin

7.13 Formula de Trabajo

Captulos 6



Evaluacin y Diagnstico Proyecto Candidato a Reciclado

47

Evaluacin y Diagnstico Proyecto Candidato a Reciclado

Medicin Co. Funcional

7. Asignacin y Diseo de Acciones de Rehabilitacin

5. Estudio de ingeniera

Medicin Co. Estructural

2. Diagnstico Experto Inicial Inspeccin Ocular

Monografa (e Inventario)

4. Procesamiento y Evaluacin de la Informacin y Tramificacin

3. Toma de Datos. de Pavimento

6. Asignacin de Acciones de Conservacin

1. Estudio Informacin de Proyecto

ESTUDIO DE INGENIERA Evaluacin y Diagnstico

48

ESTUDIO DE INGENIERA Evaluacin y Diagnstico Preliminar

Estudio de Antecedentes Histricos del Proyectoo Este informacin est disponible en muy pocos proyectos pero, de igual forma se debe poner

atencin a antecedentes histricos que pueden estar disponible en diferentes lugares.

ESTUDIO DE INGENIERA Evaluacin y Diagnstico Preliminar

Los objetivos de la inspeccin visual preliminar Inspeccin Visual de Experto

o Evaluar las condiciones del camino, para estudiar la factibilidad tcnica de la construccin delproyecto.

o Realizar un diagnstico por tramos similares, de las causas que determinan el estado presentedel pavimento. (envejecimiento, fatiga, drenaje )

o Identificar sectores con singularidades.

49

Reciclado en Planta

Si los tramos no son homogneo conviene fresar y reciclar en planta.

Auscultacin Instrumental

o Existen una gran variedad de instrumentos que permiten recoger informacin objetiva delproyecto. La data del pasado es igual o ms importante que la data presente.

o Se recomienda disear el programa de auscultacin sobre la base de las conclusiones quese obtengan de estudio de experto.

Es importante recordar que ningn instrumento reemplaza la evaluacin visual de un experto.

50

Condicin Parmetro Equipo de medicin

Deflexin DoEstructural

Nm. Estruct. efectivo (SN

Deflectmetro de Impacto (FWD)Viga Benkelman

Relevamiento VisualFisuras

Video

Perfilmetro Superficial

Textura, FricciPendulo TRL

Perfilmetro

Bump integratorRugosidad (IRI)

MERLIN

Perfilmetro de ultrasonido (TPL)

Funcional

AhuellamientoRegla de 3m

Georadar (GPR)Espesor y perfiles Espesor capas de pavimento

Calicatas

Propiedades fsicas Ensayos de campo y laboratorio

Testigos

Ref: Rafael Menendez

Estudio Propiedades Materiales a Reciclar

Adems de la inspeccin visual en el pavimento se deben realizar calicatas, con el fin deinvestigar las propiedades de los materiales para determinar dosificacin y propiedadesestructurales esperadas. Con el material extrado se realiza una parte del estudio demezclas pero, el diseo se debe realizar con muestra obtenida en terreno.

51


5%

El efecto de frezado del equipo har que laproporcin de finos aumente lo que aunqueen la mayor parte de los casos es favorablepor tratarse de finos inertes provenientesdel mismo material frezado.

La variacin depender de las condicionesdel pavimento pero por sobre todo de lavelocidad del rotor.

Estudio Propiedades Materiales a Reciclar

Propiedades Mecnicas Subrasante

Cono DCP Calicatas FWDb

La capacidad estructural de la subrasante se debemedir con la mayor continuidad posible para podersectorizar el proyecto en tramos homogneos.

52

Ultrasonido (TPL) Regla de 3 m

Propiedades Mecnicas Subrasante (Ahuellamiento)

El ahuellamiento no es importante para unproyecto de reciclado debido a que se vaconstruir capas nuevas sin embargo, es undato que puede complementar el estudio deexperto

La variabilidad del espesor de la capa asfltica existentepuede producir variaciones de las propiedadesmecnicas pero no necesariamente de la dosificacin.Es conveniente realizar la mayor cantidad dedimensiones.

Testigos

Radar (GPR)

Calicatas

Espesores capas pavimentos existentes

eh

eh

53

El Georadar

El Georadar no identifica el tipo demateriales y requiere de Calicatas cada 2km y en puntos que merecen duda.

Propiedades Funcionales: IRI

Tericamente no se requiere medircaractersticas funcionales del pavimentodado que el reciclado equivale a unareconstruccin sin embargo, es un datoque puede complementar bien el estudiode sectorizacin de un proyecto

54

Trnsito Clima Suelo de fundacin Estructura pavimento existente por capacidad (Deflexin) Estructura de pavimento existente por dosificacin Por otras caractersticas: Rugosidad, Ahuellamiento y otras

Resumen Estudio de Ingeniera

El estudio de ingeniera permite entonces:1) Obtener muestras para disear mezclas2) Obtener antecedentes de terreno para el diseo estructural3) Sectorizar el proyecto en tramos homogneos segn:

Captulos 7



Fundamentos de Diseo Estructural de Reciclado con Espumado

55

1. Reflexin sobre el Diseo Estructural de Reciclado de Pavimento

1. Ensayo Acelerado de Pavimentos

56

Mr = dr 1

1

R

P R

d

Verificacin por mtodo analtico: reflexin

Mr = dr

1

1

R

P R

d

Verificacin por mtodo analtico: reflexin

57

En la totalidad de los casos (*) el reciclado con asfalto espumado, recicla el espesor de la capa asfltica y parte de la base granular obteniendo un material nuevo con propiedades estructurales propias.

La capa reciclada no tiene resistencia al desgaste por lo cual siempre se requiere de una superficie de rodado.

2. DISEO ESTRUCTURAL: Consideraciones

x2

Las propiedades mecnicas del material reciclado se deben determinar a partir de una muestra reciclada y luego de llevar a cabo todo el programa para obtener la frmula de trabajo (dosificacin)

58

Coeficiente estructural

Ref: Manual Wirtgen 2004

x1

El espesor de reciclado, en conjunto con el espesor de la capa de rodado, deben entregar la capacidad de soporte requerida para el nuevo proyecto.

La profundidad de reciclado depender de:

2. DISEO ESTRUCTURAL: Consideraciones

x2x

Diseo estructural (Ejes Equivalentes futuro, capacidad Sub-rasante)

Propiedades mecnicas que se logren del material reciclado (tensiones admisibles).

Aspecto econmico relacionado a la profundidad de reciclado.

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3. DISEO ESTRUCTURAL: Alternativas de Diseo de Reciclado

Caso 1 Caso 2 Caso 3

Conceptualmente se distinguen 3 casos de diseo diferente los que se explican utilizando metodologa AASHTO.

Caso 1: Se requiere mayor resistencia estructural al pavimento existente

Caso 2: La resistencia estructural se alcanza con la capa de reciclado

Caso 3: Se requiere mayor resistencia estructural pero, a su vez se requiere mantener la rasante

Procedimiento resumido:

Se determina espesor mnimo de carpeta de rodado (5 8 cm) y se le asigna su valor estructural.

Se calcula espesor de reciclado necesario para completar SN futuro

No se considera el aporte de la capa base remanente

CASO 1: Con capa de rodado de mezclas asfltica

x

SN futuro = SN capa de rodado + SN capa reciclada

60

Pavimentacin

CASO 1: Con capa de rodado de mezclas asfltica

Resumen Caso 1

SNfuturo = a1 h1 + a2 h2

a2 h2

a1 h1

a3 h3 = 0

a2 = depende de Mr Subrasante y espesor de reciclado (0,20 0,32)

x

SN futuro = SN capa de rodado + SN capa reciclada

61

En este caso se utiliza un sello superficial como capa de rodado.

La capacidad estructural debe ser enteramente lograda con el espesor de reciclado.

Mantiene la cota de rasante.

CASO 2: Con capa de rodado de Sello Asfltico

1. Capa Asfltica Antigua2. Base Granular3. Subrasante

1. Sello Asfltico2. Base Granular Reciclada en Fro3. Subbase Granular4. Subrasante

x

SN futuro = SN capa reciclada

CASO 2: Con capa de rodado de Sello Asfltico

62

Resumen Caso 2

SN futuro = SN capa reciclada

SN futuro = a2 h2

a2 h1

a3 h3 = 0

1. Capa Asfltica Antigua2. Base Granular3. Subrasante

1. Capa Asfltica Nueva a la cota original 2. Base Reciclada3. Subbase Granular4. Subrasante

Reciclado Frezado: Esta tcnica se aplica con ventaja cuando se desea mantener la rasante y/o cuando se desea entregar al trnsito urgente y ms tarde construir la carpeta de rodado.

CASO 3: Con capa de rodado de mezcla asfltica, manteniendo cota rasante

x

SN futuro = SN capa rodado + SN capa reciclada espesor fresado

63

Proceso reciclado manteniendo cota

Reciclado y fresado

64

Resumen Caso 3

SNfuturo = a1 h1 + a2 h2-h1

a2 h2-h1

a1 h1

a3 h3 = 0

SN futuro = SN capa rodado + SN capa reciclada espesor fresado

RESUMEN DISEO ESTRUCTURAL: asfltica

Caso 1 Caso 2 Caso 3

65

BISAR (Shell)

ELSYM5 (UCLA)

Interfase 1

Interfase 2

Interfase n-1

h1, E1, 1

h2, E2, 2

hn=, En, n

h3, E3, 3

tz

z

rz

rt

zt tr

zr

t r

d dr

dz

P

3. DISEO ESTRUCTURAL: Fundamentos Mtodo Mecanicista

Se modela el pavimento a travs de un sistema multicapas, las cuales se caracterizan porsu mdulo elstico, mdulo de Poisson, y espesor. Se requiere modelar tambin la carga,la cual se caracteriza por su magnitud de carga, presin y radio de la impronta.

Metodologa TG2 Localizacin de tensiones y deformaciones

66

Metodologa TG2 Programa Computacional

Metodologa TG2 (Sudfrica)

El desarrollo de este modelo fue basado en resultados de ensayos de fatiga acelerada aescala real (HVS) y, comportamiento de resistencia y deformacin en laboratorio demezclas espumadas.

67

Metodologa TG2 (Sudfrica): Modelo de Deterioro

Las observaciones de los ensayos de fatiga acelerada, sugieren modelar elcomportamiento del material en dos fases: Una Fase 1 que comienza inmediatamentedespus de la construccin, cuando la capa est intacta y posee resistencia a la fatiga y,una Fase 2 que se asocia a un comportamiento ms equivalente a una base granular.

Metodologa TG2 Ecuacin de Fatiga

68

Metodologa TG2 Ecuacin de Fatiga Capa Asfaltica y Subrasante

t

v

Metodologa TG2 Ejemplo

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Captulos 8



Reciclado con Asfalto EspumadoProceso Constructivo y Control de calidad

Asfalto Agua Cemento

Recicladora

Compactacin Primaria

PerfiladoCompactacin Secundaria

Compactacin Final

Fases del Proceso Constructivo

1

2

70

Fases del Proceso: Fase Preliminar

Fases del Proceso: Planificacin Proceso Constructivo

1. Organizacin

2. Capacitacin

3. Planificacin

Para asegurar un proceso constructivo exitoso se requiere cumplir 9 pasos previos.

71

Fases del Proceso: Planificacin Proceso Constructivo

Para asegurar un proceso constructivo exitoso se requiere cumplir 9 pasos previos.

1. Organizacin

2. Capacitacin

3. Planificacin4. Organizacin

5. Capacitacin

6. Planificacin7. Organizacin

8. Capacitacin

9. Planificacin

Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES (WR2500S)Trabajo a Ancho

completo

72

Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES (WR2500S)

7.0 m

Wirtgen WR2000. Ancho Tambor / = 2.0m

124

3

Traslapo350mm

Traslapo 500mm C/L Traslapo

150mm

Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES (WR2000)Trabajo por pista

73

Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES

Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES

74

La velocidad del rotor fresador-mezclador puede ser ajustada en 4 posiciones. Lavelocidad de compromiso se fija segn el nivel de deterioro del pavimento y segn lacurva granulometra resultante.

Definicin de la velocidad del rotor pulverizador - mezclador

G.Thenoux



75

150 rpm127 rpm100 rpm



Fases del Proceso: Fase 1

76

Asfalto Agua Cemento

Fases del Proceso: Fase 1: Reciclado

Cemento: 8,25 kg/m

42,5 kg Bolsas 42,5 kg

8,25 kg/m= 5,1 m

Adicin de Cemento

Fases del Proceso: Distribucin de Cemento

Existe maquinaria especializada para laadicin de cemento pero tambin sepuede realizar manualmente. Esto selogra repartiendo un saco de cemento(42,5 kg) en una superficie determinada,hasta lograr la dosis del diseo demezclas.

77

Adicin de cemento de forma homognea

Cemento: 2,1 ton/m3 x 1,9 m x 0,2 m x 1,5 % = 11,97 kg/m45 kg / 11,97 kg/m = 3,76 m

SUPERFICIE PARA 1 SACO DE CEMENTO

Colocacin del Cemento

X

78


XX


79

Distribuidor de Cemento

10.000 l agua

Silo de 25 m3

Distribuidor de Cemento (spreader)

80

Asfalto: Abastecimiento y temperatura

Equipos

81

Punta

Reemplazo puntas equipo reciclador

82

Control de Trnsito

Control de Trnsito

83

Fases del Proceso: Fase 2

Fases del Proceso: Fase 1 en Movimiento

84



Preferir

Rodillo Tandem

85

Perfilado, Compactacin Secundaria y Planchado

Baja Amplitud

X

Consecuencia de una compactacin inadecuada

86

Ejemplo: Cepillado para lograr IRI

Compactacin Sellado con Compactacin Neumtica

Agua

87


El Manual Wirtgen recomienda lo siguiente para la terminacin delespumado:

Se ha verificado que esta recomendacin no siempre puede ser convenientepara algunos climas y materiales de la regin.


88


El efecto combinado de baja humedad relativa, alta temperatura y viento,sumado a las propiedades de los finos podra producir micro-fisuras porretraccin en la superficie de la capa reciclada (Ej.).


Prueba del plstico.

89


Prueba del plstico.


A partir de esta experiencia, en Chile hemos adoptado que a cada diseo demezclas se le realiza un ensayo complementario a los finos bajo malla #40 +el % de filler activo. Este ensayo consiste en determinar en laboratorio laretraccin lineal del material. Se busca detectar problemas asociados a laactividad de los finos previo a la construccin.

(*): Hablar de la expansin

90

Ejemplo: Cancha terminada

Riego de Liga

Fases del Proceso: Fase 3: Construccin Carpeta

91

Pavimentacin

Fases del Proceso: Fase 3: Construccin Carpeta Directa

Finalmente se compacta carpeta asfltica mediante el proceso tradicional.

Capa de Rodado

92

Reciclado y capa TSD

TSD

Reciclado y capa TSD con emulsin

93

Reciclado y capa TSD con asfalto en caliente

Reciclado y capa slurry

94

Reciclado y fresado

x

Reciclado manteniendo cota

95

Reciclado y fresado

Reciclado y fresado

96

COLOCACIN 5 CM MEZCLA ASFLTICA

Reciclado y fresado

RECOMENDACIONES;Trnsito directo sobre espumado recomendado por 3 a 4 das manteniendo hmedo

97

RECOMENDACIONESMs de 3 a 4 das utilizar emulsin + arenado

Control de Calidad

98

PROGRAMA DE INSPECCIN Y ENSAYOS PARA EL COTROL DE CALIDAD

Chequeos antes de la operacin Chequeos durante de la operacin Chequeos despus de la aplicacin

El control de calidad lo podemos separar en:

(*): Ver planilla

Chequear: Temperatura y Flujo de Asfalto

Temperatura Asfalto Flujo de Asfalto Evaluacin Visual Espuma Asfltica Presin de Trabajo

99

Observacin Constante del producto

Homogeneidad espumado (*): Es recomendableque el gerente deproyecto designe unsupervisor de la calidaddel espumado encampo.

Homogeneidad espumado

100

Control de humedad del espumadoDado que el perfil de humedades de campo (terreno) es variable, es recomendable que elsupervisor del reciclado controle la humedad del espumado a travs de la trabajabilidad de lamezcla e indique al operador que la modifique cuando sea necesario.

Medicin de Espesores en ambos costados del corte

No descuidar el control de espesores en curvas.

101

Autocontrol Densidad de Construccin con Densimtro Nuclear

Control ITS y TSR

ITS

Se extraen muestras de terreno inmediatamente detrs de la recicladora. El material se depositaen bolsas plsticas para que no pierda su humedad, y luego es llevado a laboratorio. Enlaboratorio se curan en horno (aire forzado a 40 C por 72 horas) y luego se someten a ensayode ITS seco y densidad.

Trasladar las muestras para compactar en laboratorio produce mayor variabilidad en losresultados.

102

Control ITS y TSR

En las ltimas obras se ha introducido en campo (o en terreno) un compactador de probetasMarshal mvil, de tal manera de que se puede obtener probetas para el control de ITScompactadas directamente en campo. Lo anterior ha permitido reducir la variabilidad de losresultados.

Control ITS y TSR

103

Control ITS v/s Densidad(*): Para la densidad dereferencia se recomienda larealizacin del ensayo proctoren campo.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300

DENSIDAD (Ton / m3)

ITS

(K

Pa)

Control de granulometra

Cambios en la granulometra puede provocar cambios en las propiedades mecnicas de lamezcla espumada. Se recomienda controlar la variabilidad de la granulometra a lo largo delalineamiento.

104

Chequeo de Densidad Cono de Arena para Recepcin

(*): Para la densidad se debeespecificar un 98% de laDMCS.

Recomendacin complementaria respecto a la variabilidad

La experiencia prctica en nuestros pases y especialmente en proyectos de gran magnitud hademostrado la alta variabilidad que presentan los pavimentos en rehabilitar.. Se debe ponerespecial nfasis en esta variabilidad durante la etapa de diagnstico y proyecto de ingeniera

Caso en Chile

105





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