Estudio del comportamiento de las mezclas recicladas en frío con emulsión incorporando distintos materiales de adición

“ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS RECICLADAS EN FRÍO CON EMULSIÓN INCORPORANDO DISTINTOS MATERIALES DE ADICIÓN” Alberto Alonso Díaz Félix E. Pérez Jiménez Infraestructura del transporte y territorio Transportes Julio 2005 Our welfare society is demanding each time more comfortable and safe roads to help in the country economical development. Due to this fact the roads in Spain had experienced a big grown in the past years. This scenario is a big challenge for the technicians who have to maintain a big highways network with an enclosed amount of money, looking for innovation techniques, different to the traditional ones, which allow making good use of the materials more rational and efficient. For this reason the recycling techniques in Spain have been growing in the past few years due to the environmental and energetic advantages that offers the recycling techniques in front of the traditional techniques of highways pavement. The recycling technology offers two possibilities: hot recycling and cold recycling, being the last one the recycling technique who offers more advantages from the economical and environmental point of view. In spite of all this advantages, the cold recycling technique have not been consolidated like a good option in the construction and rehabilitation of pavements. The non-existence of well defined design criteria, the inexistence of control procedu.res in the execution works and the ignorance about the evolution of the performance of the recycling material in time, have restrained the development of this technique. One of the weaknesses of the cold recycling technique is that these mixtures have not reached the same leve! of strength which the traditional techniques of asphalt pavement have yet. For this reason this research work was suggested, which pretends to study the influence that the addition of cement and lime can have in the strength of cold recycling mixtures. This research takes in account certain hypothesis about materials and essays. In contrast to other researches which have been done in this field, this study uses only recycled asphalt pavement (RAP) from the obsolete pavement. Other researches use RAP in combination with virgin aggregate in order to achieve a more dense mixture. Another important aspect in order to reproduce in the laboratory the conditions in site are that the mixtures have been compacted with 6 tonnes of static pressure. The process followed in the present research starts with the determination of the water and emulsion proportion to use in the mixtures. After that and like the main part of the present research, it was studied the influence of adding lime and cement in the cold recycling mixture. Finally and after the curing process the mixtures were tested under indirect tension. Analysing the results and taking note of the considerations and starting hypothesis of this research we can see that the design of the mixes is influenced by how heterogeneous is the RAP that we use in the mixtures. Also, due to the use of hydraulic conglomerates like addition material, the influence of the curing process has been studied, giving as conclusion that does not have big influence in the results. La sociedad del bienestar demanda cada vez más vías de comunicación cómodas y seguras que ayuden al desarrollo económico y vertebración del territorio. De ahí que la red viaria en España haya experimentado un gran crecimiento en los últimos años. Éste escenario presenta un gran reto para los técnicos, que tienen que conservar un gran patrimonio vial con recursos financieros siempre escasos, buscando soluciones técnicas innovadoras, alternativas a las tradicionales, que permitan aprovechar los recursos de una manera más racional y eficiente. Por este motivo las técnicas de reciclado en España han ido creciendo en los últimos años debido a las ventajas que a nivel medioambiental y energético ofrecen frente al empleo de mezclas bituminosas tradicionales. La tecnología de reciclaje de pavimentos ofrece dos alternativas: reciclaje en caliente y reciclaje en frío, siendo esta última la que ofrece mayores ventajas desde el punto de vista económico y medioambiental. Pese a todas estas ventajas, la técnica de reciclaje de pavimentos en frío no acaba de ser una técnica consolidada en la construcción y renovación de pavimentos. La existencia de criterios de diseño poco definidos, falta de procedimientos de control en la ejecución de la obra y el desconocimiento de la evolución del comportamiento del Iflaterial con el tiempo han envuelto al reciclado en frío en una inseguridad técnica, provocando cierta duda por parte de las empresas y administraciones de carreteras referente al uso de esta técnica. Uno de los puntos débiles con los que se enfrenta la técnica de reciclaje en frío es que todavía no se llegan a alcanzar resistencias mecánicas equiparables a las que se alcanzan con el uso de las mezclas bituminosas tradicionales. Por este motivo se propuso la realización de la presente tesina, la cual pretende estudiar la influencia que puede tener la introducción de materiales de adición tales como cemento y cal, sobre la resistencia mecánica de las mezclas recicladas en frío con emulsión. El presente estudio se hace teniendo en cuenta unas hipótesis de partida en cuanto a los materiales y a los ensayos a realizar. A diferencia de otros estudios realizados en este campo, el presente estudio utiliza únicamente material reciclado (R.A.P.) proveniente de la trituración del pavimento existente. Otros estudios, sin embargo, utilizan diferentes proporciones de R.A.P. combinado con árido virgen a fin de obtener una mezcla más compacta. Otro aspecto importante de cara a reproducir las condiciones de compactación in situ y dar valores de resistencia similares a los que se dan en obra es que las muestras se han compactado con carga estática de 6 tn. El procedimiento seguido en el presente estudio comienza con la determinación de la proporción de agua y emulsión óptima a utilizar en la fabricación de las mezclas. A continuación y como parte central del presente estudio se pasa a ensayar la influencia que ejerce en la cohesión de las mezclas la incorporación de materiales de adición tales como cemento y cal. La compactación de las mezclas se hace de forma estática bajo carga de 6 tn. Posteriormente y después de realizar el curado de las mezclas las probetas se someten a ensayo de tracción indirecta para determinar las resistencias de las mismas. Fruto del análisis de los resultados y teniendo en cuenta las consideraciones o hipótesis de partida del presente estudio se observa que el diseño de la mezcla está muy influenciado por la heterogeneidad del material base utilizado que es el material reciclado. También, al utilizarse conglomerante hidráulico como material de adición, se ha estudiado la influencia sobre la resistencia de las mezclas del método de curado, resultando que ejerce poca influencia. INDICE - 1 - CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Introducción.......................................................................................... 6 1.2. Objetivos............................................................................................... 8 CAPITULO 2. RECICLADO DE FIRMES EN FRIO “IN SITU” CON EMULSIÓN 2.1. Descripción general.............................................................................. 12 2.2. Estado del Arte..................................................................................... 15 2.3. Tipos y campos de aplicación.............................................................. 19 2.4. Estudios previos 2.4.1. Reconocimiento del firme.................................................... 21 2.4.2. Fórmula de trabajo............................................................... 28 2.4.3. Dimensionamiento................................................................ 29 2.5. Ejecución del reciclado en frío in situ con emulsión 2.5.1. Procedimiento constructivo.................................................. 34 2.5.2. Equipos................................................................................. 37 CAPITULO 3. ESTUDIOS EXPERIMENTALES 3.1. Introducción.......................................................................................... 39 3.2. Descripción del compactador giratorio y ensayos utilizados................ 44 3.3. Caracterización de materiales............................................................... 46 3.4. Metodología de fabricación de las mezclas.......................................... 48 3.5. Estudios previos. Dosificación de la mezcla........................................ 58 3.6. Proceso experimental 3.6.1. Planteamiento del estudio..................................................... 59 3.6.2. Mezcla reciclada con emulsión 3.6.2.1. Fórmula de trabajo................................................. 61 3.6.2.2. Ensayo de densidad............................................... 63 3.6.2.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta............ 69 3.6.2.4. Conclusiones......................................................... 69 3.6.3. Mezcla reciclada con emulsión y cemento 3.6.3.1. Fórmula de trabajo................................................ 71 INDICE - 2 - 3.6.3.2. Ensayo de densidad............................................... 71 3.6.3.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta............ 75 3.6.3.4. Conclusiones......................................................... 75 3.6.3.5. Curado en cámara húmeda.................................... 79 3.6.3.6. Conclusiones......................................................... 79 3.6.4. Mezcla reciclada con emulsión y cal 3.6.4.1. Fórmula de trabajo................................................ 80 3.6.4.2. Ensayo de densidad.............................................. 81 3.6.4.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta............ 84 3.6.4.4. Conclusiones........................................................ 84 3.6.5. Resumen.............................................................................. 85 CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES.......................................................................... 88 Bibliografía.............................................................................................................. 92 Capítulo 1. Introducción - 4 - 1.1. Introducción Durante los últimos quince años, el desarrollo de las infraestructuras del transporte terrestre ha sido espectacular en España. Esta afirmación, es especialmente válida en el caso de las carreteras, cuya red ha experimentado un crecimiento sin precedentes en años anteriores. Si se analiza la extensión total de la red, vemos que la longitud total de carreteras y caminos de España alcanza la cifra de 664.000 Km. Aunque su contribución al equilibrio territorial no es claramente medible, nadie duda de la importancia que tiene esta red capilar en la vertebración y desarrollo económico del territorio. Este escenario presenta un gran reto para los técnicos, que tienen que conservar un gran patrimonio vial con recursos financieros siempre escasos, buscando soluciones técnicas innovadoras, alternativas a las tradicionales, que permitan aprovechar los recursos de una manera más racional y eficiente. El reciclado es una de ellas. [1] Las técnicas de reciclado de firmes se han venido utilizando paralelamente a otras técnicas de carretera, conociéndose aplicaciones en algunos países ya a principios de siglo. No obstante, hasta los años setenta su empleo fue muy escaso. A partir de la crisis de precios del petróleo del año 1973, como consecuencia del aumento de los precios del betún y del interés en la conservación de la energía, se impulsó con gran fuerza, principalmente en Estados Unidos. En este país se pasó de 50.000 tn de mezclas bituminosas recicladas en el año 1975, a 25 millones en el año 1980. La generalización de la técnica llevó aparejada la continua aparición de nuevos equipos y productos. Las consideraciones ecológicas del comienzo de los años 80, y especialmente las referentes a la conservación de los áridos y a la reducción de los vertidos, dieron un nuevo impulso al reciclado, especialmente en los países con precios elevados de áridos y altos costes de vertido, con un cierto estancamiento a partir del año 86 por la caída de los precios del betún. Actualmente, los países europeos con mayor utilización de materiales reciclados son Alemania, Países Bajos, Dinamarca y Suiza. En estos países, la proporción de mezclas recicladas utilizadas sobre el consumo total de mezclas bituminosas es superior al 15% (en Dinamarca llega a ser del 34%). Capítulo 1. Introducción - 5 - En España, después de unas tímidas aplicaciones a mediados de los años 80 con reciclado en central e in situ en caliente, en el año 1991 se realizaron dos obras importantes de la mano de empresas españolas con participación francesa, mediante la técnica del reciclado in situ que es la que más se está desarrollando en nuestro país. [2] El reciclado es una técnica de rehabilitación de carreteras que consiste en la reutilización de los materiales procedentes de las capas del firme que ya han estado en servicio: materiales que han perdido algunas de sus propiedades iniciales por el uso o envejecimiento (cohesión, textura, composición, geometría, …), pero que tienen el potencial de ser reutilizados para integrar nuevas capas de firme. Los procedimientos de construcción y conservación de carreteras consumen fundamentalmente dos tipos de recursos: naturales y energía. Mediante la aplicación de los reciclados, se reduce el consumo de ambos recursos y se disminuyen los vertidos de todos estos materiales, evitando el correspondiente impacto ambiental: se trata, en definitiva, de que la carretera integre, en la medida de lo posible, las funciones de cantera y vertedero. [1] Dentro de las técnicas de reciclado podemos diferenciar varias familias según el tratamiento térmico, el tipo de ligante añadido y el lugar donde se lleve a cabo: • Por el tratamiento térmico del material o Reciclado en frío o Reciclado en caliente • Por el ligante añadido al material o Con emulsión o Con conglomerante hidráulico o Con betún • Por el lugar en el que se lleva a cabo o Reciclado “in situ” o Reciclado en planta El empleo del reciclado en frío para la rehabilitación de pavimentos asfálticos deteriorados, ha venido creciendo cada día, dadas sus importantes ventajas: su ejecución Capítulo 1. Introducción - 6 - es más rápida que otras alternativas de reconstrucción, mantiene la rasante del pavimento sin necesidad de crear o modificar acotamientos, bordillos, cunetas, etc., y la interferencia al tráfico es menor, ya que no es necesario cerrar la carretera para realizar los trabajos. El aprovechamiento de materiales que en otro caso habrían sido transportados a vertederos y la reducción de los consumos energéticos necesarios en los procesos de fabricación, transporte y puesta en obra, hace del reciclado en frío una técnica ecológica y respetuosa con el medio ambiente, sin procesos contaminantes. Además, es más económico que otras alternativas y sus costes más reducidos permiten ampliar las medidas de rehabilitación a otros pavimentos. Alentados por estas ventajas, la utilización del reciclado en frío en España ha crecido, especialmente a partir de 1990, siendo el reciclado con emulsión el más extendido, con 2.4×106 m2 de superficie reciclada hasta la fecha, seguido del reciclado con cemento con cerca de 800×103 m 2. Sin embargo estas mismas actuaciones han puesto de manifiesto ciertos aspectos que impiden que el reciclado en frío constituya, hoy en día, en España, una técnica consolidada en la conservación de pavimentos. La existencia de criterios de diseño poco definidos, la falta de procedimientos de control en la ejecución de la obra, así como de especificaciones sobre el producto final y, sobre todo, el desconocimiento de la evolución del comportamiento del material con el tiempo, han envuelto al reciclado en frío en una inseguridad técnica, provocando cierta duda por parte de las empresas y administraciones de carreteras referente al uso de esta técnica. Fruto de esta falta de conocimiento sobre ciertos aspectos relativos al comportamiento de las mezclas recicladas en frío, y motivado por las ventajas que a nivel medioambiental y energético supone el empleo de estas mezclas, se propuso la realización de la presente tesina, la cual pretende estudiar la influencia que puede tener sobre la cohesión de una mezcla reciclada en frío con emulsión la incorporación de distintos materiales de adición tales como cemento y cal. Capítulo 1. Introducción - 7 - 1.2. Objetivos El empleo de cemento y de cal como materiales de adición para la fabricación de mezclas bituminosas en frío puede ser considerado como una técnica innovadora. Es por ello y con el objetivo de ahondar más en este campo que se propuso este estudio, el cual pretende documentar como afecta al comportamiento de mezclas recicladas en frío con emulsión la adición de cemento y de cal así como tratar de fijar una cantidad óptima de emulsión y de dichos materiales para la fabricación de mezclas. Dicho proceso irá acorde con las condiciones que hay en obra, poniendo especial énfasis en el proceso de compactación que deberá asimilarse lo máximo posible al de obra. El reciclado objeto de este estudio es reciclado en frío in situ con emulsión y un pequeño porcentaje de cemento o de cal, pues ésta adición en pequeñas cantidades, permite seguir manteniendo las propiedades flexibles de un material tratado con ligante bituminoso a la vez que se complementa con las de un ligante hidráulico, tales como conseguir que la mezcla reciclada adquiera resistencia mucho antes, y sea menos susceptible al agua. Para ello se fabricaran probetas con diferentes porcentajes de adición que tras ser ensayadas a tracción indirecta nos darán una idea de las cantidades óptimas a utilizar de dichos materiales. También, al tratarse de mezclas a las que se les incorpora un conglomerante hidráulico, se estudiará la influencia que puede tener en la cohesión de la mezcla las condiciones de curado de las mismas. Por otra parte, y como fase previa del estudio, se tratará de encontrar el contenido óptimo de emulsión y cemento para la fabricación de probetas que posteriormente se ensayarán. Todo ello nos ayudará a tener un orden de magnitud sobre las resistencias que podemos alcanzar con la adición de cemento y de cal. Finalizado el proceso experimental y ya en la fase de evaluación de resultados analizaremos que tipo de cambios experimentan las mezclas bituminosas recicladas en frío con la adición de cemento y cal con respecto a mezclas sin adiciones. Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 15 - notar que con el reciclaje de mezclas bituminosas se está tratando con material heterogéneo cuyas propiedades son difíciles de controlar. Ello hace que la extrapolación a obra, es decir in situ, de los resultados obtenidos en laboratorio, este regida por la incertidumbre y condicionada por condiciones de contorno muy difíciles de controlar. 2.3. Tipos y campos de aplicación La técnica del reciclado con emulsión puede aplicarse a casi todos los tipos de firmes existentes y permite solucionar una variada gama de problemas, aunque no todos como ya se ha indicado. Por su repercusión en el diseño de la fórmula de trabajo conviene diferenciar el reciclado de los materiales tratados con ligantes asfálticos del resto, es decir, materiales no tratados o tratados con conglomerantes hidráulicos. La diferencia fundamental reside en la presencia en los primeros del ligante bituminoso, que debe ser tenida en cuenta tanto por su aporte a la cohesión final de la mezcla obtenida como por su posible efecto sobre la deformabilidad de ésta. [4] Se establecen cuatro tipos de reciclado que son los siguientes: RECICLADO DE CLASE I a) Problema: Debilidad estructural en una carretera de baja intensidad de tráfico, con un pavimento bituminoso de reducida magnitud; firme fatigado pero que no ha tenido un subdimensionamiento en origen. b) Técnica: Reciclado con emulsión o mediante espuma de betún. c) Objetivo: Refuerzo estructural sin aportar más que una capa de rodadura de reducido espesor (tratamiento superficial con gravilla o microaglomerado en caliente). El caso tipo lo constituye una carretera de baja intensidad de tráfico que resulta de insuficiente capacidad en la actualidad, cuya capa de base, constituida por material tratado o sin tratar, esta recubierta por tratamientos superficiales sucesivos que forman una capa bituminosa de 3 a 4 cm. de espesor o incluso inferior, y cuyo suelo soporte no presenta debilidad particular desde el punto de vista de la capacidad de soporte. Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 16 - Únicamente puede considerarse la posibilidad del tratamiento después de verificar la calidad de los áridos que se van a reciclar, y si los materiales “in situ” poseen características adecuadas para añadirles betún. La profundidad del tratamiento está generalmente comprendida entre 10 y 15 cm. La nueva capa obtenida como resultado del mismo se recubre posteriormente, dependiendo del tráfico, por un tratamiento superficial o por una mezcla en capa fina. RECICLADO DE CLASE II a) Problema: Insuficiente prestación de las capas superiores del firme, formadas por una capa bituminosa de espesor medio (4 a 8 cm), con una buena homogeneidad, y/o problema de interfaz (despegue o deslizamiento entre capas). b) Técnica: Reciclado con emulsión de betún, en ocasiones de tipo regenerante. c) Objetivo: Rehabilitación de capas superficiales de espesor reducido, o bien corrección del problema de la interfaz. Si se realiza una comparación con la clase anterior, se trata de firmes también antiguos pero más homogéneos, que disponen además de una capa bituminosa que no exista en la clase precedente, y que justifica una posible mejora de las características residuales del betún reciclado. El espesor de la capa tratada, que puede estar incluido dentro del intervalo de 5 a 12 cm (o incluso en magnitudes superiores), incluye al menos un 75% de productos asfálticos. El caso tipo lo forma un firme de tipología flexible o semirrígida con 4 a 8 cm de pavimento asfáltico, en el cual se ha producido un despegue de la interfaz con la capa de base (deslizamiento entre ambas capas). El ligante empleado es una emulsión a base de betún blando, de penetración 180/120, y a veces un betún regenerante. Igual que en la clase anterior, la nueva capa se recubre, dependiendo del tráfico soportado, mediante un tratamiento superficial con gravilla o con una mezcla en capa delgada. Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 17 - RECICLADO DE CLASE III a) Problema: Insuficientes características mecánicas, o defectuoso comportamiento de las capas superficiales, en este caso compuestas exclusivamente por materiales bituminosos (problemas de fatiga, figuración, despegues entre capas, etc). b) Técnica: Reciclado mediante una emulsión de betún regenerante. c) Objetivo: Rehabilitación de capas superficiales de elevado espesor. Todos los materiales de esta clase son de tipo hidrocarbonato. El caso tipo lo forma un firme bien estructurado, con materiales homogéneos y perfectamente definidos tanto en composición como en características. No existen problemas, en principio, para encontrar una formulación del tratamiento si se utiliza como ligante una emulsión a base de betún regenerante. El espesor tratado (entre 7 y 12 cm) es siempre superior en algunos centímetros al espesor de la(s) capa(s) superficial(es) que se quiere(n) reciclar, de forma que se incluyan los problemas de interfaz (despegues entre capas). Los objetivos perseguidos con esta clase son los mismos buscados con el termoreciclado. La Clase III permite la obtención de una nueva capa intermedia, que precisa posteriormente la construcción de una capa de rodadura adaptada al tráfico que soporta la carretera (tratamiento superficial o mezcla en capa delgada o muy delgada). RECICLADO DE CLASE IV a) Problema: Insuficiencia estructural de los firmes, y eventualmente aumento del ancho de la calzada (ensanche). b) Técnica: Reciclado mediante un conglomerante hidráulico o mixto. c) Objetivo: Reconstrucción de la capa de base para recibir posteriormente una nueva capa de rodadura o bien otra capa de base. En esta clase el tratamiento se ejecuta mediante el empleo de un conglomerante hidráulico; la profundidad del reciclado depende del espesor aprovechable del antiguo Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 18 - firme (es decir, del espesor de materiales que presentan características aprovechables para el proceso), y de la capacidad del equipo elegido. Se trata, generalmente, un espesor comprendido entre 20 y 25 cm. La mayoría de las ocasiones el conglomerante se reparte delante del equipo en forma pulverulenta, aunque igualmente puede suministrarse en forma de mezcla con una arena complementaria o con un material corrector, fabricada en una central, o asimismo en forma líquida. [4] Reciclado con emulsión asfáltica Reciclado con un conglomerante hidráulico Tipo de reciclado Características Clase I Clase II Clase III Clase IV Ligante Emulsión de betún blando de penetración 180/220 o 80/100 Emulsión de betún blando o de betún regenerante Emulsión de betún regenerante Cemento, o conglomerante del tipo de escoria granulada, mezcla del conglomerante hidráulico + arena Materiales reciclados provenientes del firme antiguo 3 o 4 cm de las capas bituminosas + capa de base (tratada o no tratada) 4 o 8 cm del pavimento bituminoso + capa de base, pero al menos el 75% proviene de las capas bituminosas Solamente materiales bituminosos, incluyendo la interfaz Todo o parte del pavimento bituminoso. Todo o parte de las capas de base. Eventualmente parte del soporte Objetivo Mejora de las características mecánicas y geométricas del firme utilizando en mayor o menor medida el firme antiguo, y eventualmente regeneración del betún en la Clase II Reciclado del pavimento bituminoso con regeneración del betún Construcción de una nueva capa hidráulica: • con o sin material de aportación • con o sin ensanche de la calzada • con o sin alcanzar el suelo de la explanada • con o sin eliminar la capa superficial Aplicación Refuerzo estructural para tráfico bajo Rehabilitación de capas superficiales Refuerzo estructural importante con o sin ensanche de la calzada Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 19 - Espesor de la capa tratada 10 a 15 cm 5 a 12 cm 7 a 12 cm 20 a 35 cm Tabla 2.1. Clasificación de los tratamientos por reciclado [3] 2.4. Estudios previos 2.4.1. Reconocimiento del firme La técnica del reciclado con emulsión, como cualquier otra, requiere unos estudios previos para establecer las fórmulas de trabajo a emplear durante la ejecución y el diseño más adecuado del firme. En el estado actual de la técnica, los estudios previos para un reciclado con emulsión deben ser más intensivos y concienzudos que en otras técnicas alternativas, como puede ser un refuerzo del firme. Ello se debe a que, además de las operaciones de caracterización propias de las operaciones convencionales, la materia prima para el reciclado con emulsión debe ser caracterizada exhaustivamente al objeto de optimizar los resultados finales. [4] La secuencia de operaciones que son necesarias llevar a cabo en esta fase se detallan a continuación. 1. Inspección visual Se necesita llevar a cabo una inspección visual del pavimento existente, por parte de personas expertas y, a poder ser, en la época más adecuada del año (después de un periodo prolongado de lluvias, pero con el pavimento ya seco), tomando nota de lo siguiente: a) Tipo y gravedad de los deterioros, distinguiendo entre: • Superficiales: que no afecten a la resistencia estructural del firme. • Estructurales localizadas • Estructurales generalizados: indicativos de un agotamiento estructural del firme b) Tramos que muestran similares tipos y niveles de deterioro. Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 20 - c) Zonas localizadas con deterioros importantes, que pueden necesitar un tratamiento específico. d) Tramos que han sufrido ya reparaciones. e) Tramos que requieren una regularización superficial. f) Problemas relacionados con la presencia de bordillos, arquetas, obras de fábrica, estructuras y accesos. g) Características y estado de los arcenes. h) Problemas relacionados con el drenaje. i) Trazado de la vía y relieve del terreno. j) Zonas donde se puedan estacionar los equipos de construcción. Toda esta información se debe reflejar en unos esquemas de fácil consulta. 2. Auscultación La auscultación de un firme es un proceso no destructivo que proporciona una información sobre la capacidad resistente de aquel. Básicamente, se aplica una solicitación al firme, la cual simula las cargas del tráfico, y se mide la respuesta del firme ante ella. El análisis de esta respuesta puede proporcionar una valiosa información acerca de la calidad y estado de los componentes del firme, así como acerca de la presencia de problemas en la explanada. El tratamiento de las deflexiones obtenidas se hace según se prescribe en la Orden Circular 323/97T de la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento. Se obtiene así una deflexión patrón. Si el pavimento presenta roderas, se puede medir su profundidad, a intervalos regulares o, mejor, obteniendo su valor característico para cada uno de los tramos que presentan una deflexión uniforme. La forma más habitual de medir los espesores de las distintas capas del firme es la obtención de probetas testigos por medio de una sonda rotatoria. Actualmente hay también unos equipos no destructivos y de alto rendimiento, como el georradar, capaces en teoría de determinar los espesores de capas que tengan unas características definidas (por ejemplo, ser bituminosas o granulares). Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 21 - 3. Toma de muestras La fase de toma de muestras es crítica no sólo desde el punto de vista del reconocimiento de la sección del firme a reciclar sino como paso previo para establecer la estrategia de tramificaciones más adecuada para la ejecución de las obras. Además la caracterización de estos materiales nos adentra en la etapa siguiente, el diseño de la fórmula de trabajo. La representación en un mismo diagrama del resultado de la inspección visual, de las auscultaciones y, si se dispone de él, del historial, proporciona una imagen más clara del estado del firme y permite asociarla a las zonas homogéneas que presentan un nivel similar de deterioro. Para establecer el muestreo del firme, que son forzosamente puntuales, se tienen que hacer en unos puntos aleatoriamente determinados dentro de esas zonas aparentemente homogéneas. En los reciclados de las clases II y III, que afectan principalmente a capas bituminosas, se suele bastar con sacar unos testigos o, mejor, fresar una parte de las capas superficiales, incluso con un equipo pequeño. Sin embargo, para los reciclados de las clases I y IV, cuyo objetivo principal es la rehabilitación estructural de un firme deteriorado o insuficiente, hay que obtener más información. Para esto último suele ser eficaz abrir unas pequeñas calicatas, transversales al eje de la calzada, en la mitad de la anchura de ésta. La intensidad de los trabajos de muestreo debe de ser mucho más intensa en los reciclados tipo I que en los tipos II o III. Además de tomar nota de los espesores de las capas del firme encontradas, se deben obtener muestras separadas para cada capa, en una cantidad suficiente para realizar unos ensayos de identificación (granulometría y plasticidad, si son aplicables), de estado (humedad natural) y de resistencia. [1] Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 22 - 2.4.2. Fórmula de trabajo Admitida la viabilidad técnica y económica del reciclado con emulsión se pasa a la siguiente fase, que es la definición de una o varias fórmulas de trabajo y de los parámetros necesarios para el control de la ejecución. En todos los casos es preciso tener muy en cuenta que el material obtenido en una operación de reciclado con emulsión debe ofrecer una capacidad mecánica inicial mínima independientemente de la que pueda obtener tras el período de maduración. A tal efecto deberá asegurarse un buen esqueleto mineral en el material reciclado. Las operaciones a realizar en esta segunda fase se detallan a continuación: 2.4.2.1. Control de materiales. Los ensayos a los materiales se tendrían que llevar a cabo sobre unos materiales ya sometidos a la acción de los equipos de disgregación. Sin embargo, es muy frecuente que las muestras extraídas del firme no estén disgregadas, esta circunstancia debe ser tenida en cuenta y, en la medida de lo posible, habría que estimar o simular en laboratorio los efectos de la futura disgregación, especialmente en la fase en la que se establezcan las fórmulas de proyecto. Las muestras obtenidas se ensayan en laboratorio a fin de: a) Definir la naturaleza de la explanada b) Definir las características de los materiales a reciclar en cuanto a: • Granulometría, sin extraer el betún, a fin de evaluar una eventual necesidad de mejoras para obtener un esqueleto mineral suficiente, con una granulometría continua y una porosidad adecuada. • Calidad del árido grueso: caras de fractura, desgaste, forma. • Limpieza: actividad de los finos y presencia de materias orgánicas. • Compatibilidad: determinación del contenido óptimo de fluidos para la compactación, mediante un ensayo de apisonado Proctor modificado. Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 23 - • Comprobar la homogeneidad de los materiales que se van a reciclar, tanto en lo relativo a su calidad como a la regularidad del espesor de las capas en las que están dispuestos. En los reciclados de las clases II y III hay que comprobar además las características del betún de las capas que se van a reciclar y especialmente: • El contenido de betún residual • Las características de ese betún: consistencia (penetración) y punto de reblandecimiento (anillo y bola). • A veces, su viscosidad y su contenido de asfaltenos. En los reciclados de la clase IV, hay que comprobar la ausencia de materiales que puedan perturbar o incluso impedir el fraguado del cemento: materia orgánica, sulfuros (piritas), sulfatos (yesos), cloruros (sal gema), etc. 2.4.2.2. Criterios de selección del ligante a) Criterios de selección de la emulsión bituminosa. El tipo de emulsión bituminosa más frecuente empleado en los reciclados in situ en frío es la ECL-2, con una penetración del betún residual en torno a 200 décimas de mm. Esta es la respuesta correcta desde el punto de vista de la asignación del tipo de emulsión adecuada para esta aplicación, pero como es bien sabido no cualquier ECL-2 o EAL-2 responderá adecuadamente a los requerimientos que esta técnica impone. Empecemos por tanto, por repasar los requerimientos básicos: • La emulsión debe ser compatible con la naturaleza y la granulometría de los materiales que se van a reciclar, • La estabilidad de la emulsión debe permitir antes de la rotura un reparto lo más homogéneo posible del betún residual en la masa de dichos materiales, y Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 24 - • La toma de cohesión y las propiedades mecánicas finales de la mezcla deben ser las adecuadas para el tráfico durante la fase de ejecución y las solicitaciones finales del firme. Estos requerimientos pueden ser desarrollados en los siguientes aspectos: • La envuelta de las partículas más finas de los áridos. Precisamente en esto estriba una de las ventajas de las emulsiones sobre otros ligantes. Al reciclar un material bituminoso, las partículas del árido están ya envueltas por ligante, con lo que su absorción superficial se encuentra ya consolidada. En cambio, en los reciclados de la clase I, la aportación bituminosa del material fresado es pequeña. • La rotura de la emulsión, que tiene que ser suficientemente lenta para no terminar prematuramente la fase de envuelta. • La cohesión inicial de la mezcla debe ser la suficiente para resistir los esfuerzos a los que se verá sometida durante el tráfico de la obra. • La maduración de la mezcla, que es el proceso por el que va aumentando su cohesión al eliminarse el agua y aumentar la compacidad por la acción del tráfico, no debe producir deterioros en la mezcla. • Las características mecánicas finales de la mezcla deben ser alcanzadas en un plazo adecuado, y estas deben responder a las expectativas previstas. • La adhesividad pasiva entre los áridos y el ligante debe resistir a la acción combinada del agua y del tráfico. En base a esto se puede concluir que el tipo de emulsión, aniónica o catiónica según la naturaleza de los materiales, debe ser estable para poder facilitar el proceso de envuelta. Por tanto ECL O EAL. Sin embargo esto no basta para poder definir adecuadamente el tipo de emulsión necesaria que satisfaga nuestros requerimientos. Hablar de la estabilidad de una emulsión es siempre un término poco preciso. Desde un punto de vista puramente empírico. La estabilidad de la emulsión se debería comprobar con el material que realmente se vaya a emplear, o sea el procedente del fresado del firme existente y debería presentar la estabilidad necesaria para que con el contenido de ligante, árido de aportación si es el caso, y la humedad de envuelta prevista se obtenga Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 31 - que se necesitan dos unidades trabajando en paralelo para el fresado de cada carril, o dos pasadas de una única unidad (en este caso, la regularidad suele ser peor que en el primer caso). En el reciclado de capas granulares, los equipos pueden ser mucho más sencillos (rotavator). La función de los equipos de reciclado es fresar y disgregar el material, mezclándolo homogéneamente con la emulsión o el cemento (y, eventualmente con áridos, para modificar la granulometría) y con el agua proporcionada por el camión cisterna. En el fresado, se obtiene un material granular de tamaño máximo en el entorno de 20 mm, y con un contenido de polvo mineral entre el 2% y el 10% (aunque este porcentaje puede variar mucho según la composición del firme). b) Mezcla con agua y emulsión o cemento El agua se suministra al equipo de extensión mediante una cisterna. Los propios equipos disponen de unos depósitos que les confieren una cierta autonomía. La emulsión se suministra análogamente mediante unos camiones cisterna. La dosificación prevista de cemento se extiende sobre la superficie que se va a tratar, inmediatamente antes de la operación de reciclado del firme. La operación se realiza mediante un camión repartidor provisto de un dosificador de cemento. En algunos equipos, este mismo camión va provisto de una cisterna de agua que abastece al equipo fresador; en otros, es necesaria una cisterna adicional. Existen también en el mercado cisternas para aportar el cemento y el agua conjuntamente en forma de lechada, eliminando las molestias debidas a al acción del viento sobre el cemento extendido, y mejorando la homogeneidad de la dotación. Pueden aportarse áridos para mejorar la granulometría del material envejecido. Estas aportaciones se suelen situar entre el 10% y el 30% del material final. c) Extensión y compactación del material resultante. Algunos equipos de reciclado realizan por sí mismos la extensión. Otros depositan el material mezclado en un caballón, que se manda a una entendedora convencional o se extiende con motoniveladora. Algunos equipos colocan el riego de adherencia; otros no Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 32 - tienen esa posibilidad, colocando el material sin riego alguno. Cuando se utiliza un único equipo de reciclado trabajando en dos pasadas por carril, la regularidad final puede ser deficiente. Se necesita un equipo de compactación potente, para limitar al máximo el esponjamiento final (densidades de la mezcla bituminosa antigua de 2.4 t/m3 y del material reciclado de 2.2 t/m3) y evacuar el agua. Debido al esponjamiento normal del material, la superficie queda por encima de la rasante original, aproximadamente en un 10% del espesor reciclado. A veces se compacta hasta conseguir enrasar los bordes, de forma que queda un resalto en el centro de la zona fresada. En estos casos es mejor disponer la compactación de forma que se mantengan las pendientes transversales de la calzada, comenzando por el borde inferior, contra la pendiente. Puede ser conveniente eliminar el material sobrante mediante una motoniveladora, después de la primera compactación. El tren de compactación suele estar formada por un rodillo vibratorio pesado, que es el que vuelve a introducir el material fresado en su sitio, seguido de un compactador de neumáticos también pesado (5t por rueda), que compacta el fondo de la capa, elimina parte del agua por el efecto de amasado y cierra la superficie. Cuando se utiliza una elevada cantidad de agua, o en tiempo frío, puede ser conveniente retrasar un cierto tiempo (a veces hasta una hora) la compactación, para permitir que se produzca un cierto secado del material. La densidad máxima seca del ensayo Proctor Modificado suele ser del orden de 2.1-2.3 t/m3, y es normal exigir densidades mínimas del orden del 97% de la de referencia; aunque con un equipo adecuado es fácil conseguir densidades del 100%. Los rendimientos de los equipos de reciclado dependen del tipo de material que se recicla. Si se reciclan materiales granulares con ligeros tratamientos superficiales, se suelen obtener rendimientos entre 10 y 20 m/min (entre 600 y 1200 m/h y entre 5 y 10 km/día). Cuando se reciclan pavimentos de mezcla bituminosa de espesor igual o superior a 10 cm, los rendimientos pueden variar entre 3 y 5 m/min. En los cálculos de rendimientos hay que considerar los tiempos necesarios para poner en funcionamiento los equipos y retirarlos al final de la jornada, y los que se requieren para la revisión, y Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 33 - cambio, en su caso, de los dientes del tambor fresador, que debe llevarse a cabo, al menos, a media jornada para evitar daños en los portapicas; con lo que el rendimiento de la operación ronda el km/día/carril. d) Tratamiento de la superficie En los reciclados con emulsión, la capa resultante puede dejarse sin recubrir, o tratarse con riego superficial con gravilla. Este riego es especialmente adecuado cuando se empiezan a producir desprendimientos. En época calurosa puede dejarse el material sin cubrir, ya que el riesgo de pequeños arranques superficiales se compensa por la rapidez de curado de la emulsión. Después de unos ciertos días de paso del tráfico, suele ser conveniente volver a compactar para igualar la compactación en las zonas rodadas y no rodadas. En reciclados con cemento, si la carretera va a abrirse inmediatamente al tráfico, es conveniente realizar un engravillado, que sirve de riego de curado. e) Capas superiores Las capas de refuerzo sobre el material reciclado son necesarias porque: • En el caso de reciclados con emulsión se necesita reducir el nivel de deflexiones, de manera que sean admisibles las deformaciones a que se ven sometidas las capas del firme y la explanada. • Es también necesario proteger el material de arranques; y, por tanto, siempre es necesaria una rodadura. • La superficie reciclada suele quedar irregular, especialmente con los mayores espesores de reciclado. Para poder conseguir una regularidad adecuada, con tráficos elevados, es conveniente colocar sobre la capa reciclada dos capas (4+4cm) de mezcla bituminosa. Con tráficos reducidos, puede ser suficiente una rodadura sobre el material reciclado. La necesidad de colocar dos capas puede obviarse, si en le tramo de prueba se demuestra que la regularidad obtenida es suficiente con una única capa sobre el material reciclado. Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 34 - En los reciclados con emulsión, las mezclas para las capas de refuerzo con materiales nuevos deben ser suficientemente flexibles para soportar los movimientos del material reciclado hasta que alcance la cohesión definitiva. Las más adecuadas son las de tipo semidenso o denso. En rodadura sobre mezclas densas o semidensas, pueden también utilizarse mezclas discontinuas para capas finas o mezclas drenantes. En reciclados con emulsión debe esperarse al menos dos semanas para proceder a la extensión de la capa superior, para permitir el curado de la emulsión. Un criterio suele ser el de que el contenido de humedad en el material sea inferior al 1%. Es difícil poder extraer testigos antes de dos meses de la puesta en obra, incluso con condiciones climáticas favorables. [2] 2.5.2. Equipos. El reciclado in situ en frío se puede llevar a cabo en principio con equipos muy diversos. Para cada una de las fases del proceso hay una o varias máquinas de uso múltiple a las que cabe recurrir. Sin embargo, existen unos equipos específicos, cada vez mejor adaptados, que realizan las operaciones ya mencionadas de una sola pasada. 1. Wirtgen 2100 DCR La W-2100 DCR es una máquina de gran rendimiento adaptada fundamentalmente a los reciclados, aunque eventualmente se puede utilizar para trabajos de estabilización. Por contar con regla de extendido, esta máquina permite llevar a cabo trabajos de gran calidad en lo que a regularidad y homogeneidad del material reciclado extendido se refiere. El campo de actividad en el que se aprovechan mejor sus cualidades, es el de los reciclados con emulsión en capas de espesores moderados (hasta 15 cm), ya que generalmente se buscan capas de base de características geométricas y mecánicas muy exigentes. Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 35 - La 2100 DCR puede fresar al mismo tiempo las capas de aglomerado existentes y la base granular inferior; mezclando simultáneamente estos materiales con el nuevo ligante. Su motor; de 610 CV de potencia, le permite trabajar con espesores prácticos hasta 22 cm en un ancho de 200 cm. Esta máquina cuenta entre otras con las siguientes prestaciones: • Regulación automática de potencia. • Instalación combinada de rociado con agua y ligante con equipo de dosificación asistido por microprocesador; que regula mediante una bomba volumétrica la cantidad de agua y ligante a utilizar en función del ancho y profundidad del fresado. • Sistema electrónico de nivelación longitudinal y sensor electrónico de nivelación transversal. • Dispositivo regulable para el extendido del material reciclado entre 2 y 3 cm con equipo de vibración y compactación. Dependiendo del tipo de reciclado, se utiliza una de estas tres configuraciones de trabajo para la W-2100-DCR: • Cisterna de emulsión + W-2100-DCR + Compactador metálico + Compactador de neumáticos. • Esparcidor de pulverulentos + W-2100-DCR + Compactador metálico + compactador de neumáticos. • WM-400 + W-2100-DCR + Compactador metálico + compactador de neumáticos. En todos los casos, se puede aportar el agua mediante una cuba conectada mediante mangueras a la máquina al frente del tren de reciclado, o llenando esporádicamente el depósito de 4000 litros de la misma. 2. Wirtgen WR-2500 La WR-2500 es una máquina de gran rendimiento especialmente versátil. Se adapta a los reciclados con cemento y emulsión y a las estabilizaciones a gran profundidad. No Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 36 - tiene regla de extendido, por lo que el material reciclado y/o estabilizado se suele extender y nivelar con ayuda de una motoniveladora. Trabaja en un ancho de 250 cm y puede llegar a profundidades de 50 cm. Es una máquina de gran maniobrabilidad, ya que se mueve sobre cuatro grandes neumáticos motrices orientables. Entre otras, cuenta con las siguientes prestaciones: • Regulación automática de potencia • Instalación combinada de rociado con agua, ligante y lechada de cemento o cal, mediante dos rampas independientes de 16 inyectores cada una, y • Sistema electrónico de nivelación longitudinal y sensor electrónico de nivelación transversal. Las configuraciones clásicas de trabajo con esta máquina, son las siguientes: • WM-1000 + WR-2500 + Compactador doble metálico + motoniveladora + Compactador de neumáticos. • Cisterna de emulsión + WR-2500 + Compactador doble metálico + motoniveladora + Compactador de neumáticos. • Cisterna de emulsión + WM-1000 + WR-2500 + Compactador doble metálico + motoniveladora + Compactador de neumáticos. 3. WM-400 y WM-1000 Son elementos auxiliares en el proceso de reciclado. Estas máquinas son básicamente mezcladores de agua-cemento o agua-cal. La dosificación de agua se realiza volumétricamente mediante una bomba de desplazamiento positivo. El cemento se dosifica mediante pesada de alta precisión. La proporción agua/cemento se fija y controla mediante un ordenador que regula la cantidad de lechada de cemento (o de cal) a proporcionar en el reciclado en función de los parámetros del mismo (velocidad, profundidad, densidad, anchura, etc.). Capítulo 2. Reciclado de firmes en frío in situ con emulsión - 37 - 4. Los equipos de compactación La compactación se trata de una operación siempre delicada, especialmente si el espesor es grande. La humedad del material extendido no siempre coincide con la óptima de compactación: si fuera excesiva puede que haya que esperar algún tiempo a que se seque el material. Por otro lado, hay que tener en cuenta que, debido a la menor densidad del material una vez reciclado (sobre todo en los reciclados con emulsión), la superficie del material compactado va a quedar por encima de la rasante original, del orden de un 10% del espesor reciclado. El tren de compactación habitual de una capa reciclada suele estar formado por: • Un rodillo vibratorio pesado, el cual hace que el material extendido y refinado termine por encajarse en el hueco abierto por el fresado, y • Un rodillo de neumáticos también pesado que, con baja presión de inflado, compacta el fondo de la capa reciclada y, con alta presión, ayuda a la eliminación del agua y cierra la superficie. [1] Capítulo 3. Estudios experimentales - 39 - 3.1. Introducción Este capítulo constituye la parte principal del presente estudio ya que en el se detalla toda la metodología empleada en la fabricación de las probetas y en la realización de los ensayos. Todo ello conduce a la obtención de unos resultados que serán expuestos y analizados a continuación. El planteamiento que se ha llevado a cabo es, en primer lugar, un análisis de los materiales utilizados en la fabricación de las muestras. A continuación se detallan los ensayos oportunos realizados con objeto de determinar la cantidad óptima de fluidos, es decir, emulsión + agua, a utilizar en la fabricación de las probetas y que nos darán la compacidad máxima en las mezclas. Una vez obtenido el contenido óptimo de emulsión + agua, se procede a la fabricación de probetas con emulsión en diferentes proporciones. Tras el ensayo de las mismas y el análisis de los resultados obtenidos, se fija un contenido óptimo de emulsión que será utilizado en la fabricación de las sucesivas mezclas a las que se les incorporará cemento y cal. Todo ello nos conducirá a la determinación de unos contenidos óptimos de cemento y cal, con los que fabricaremos y ensayaremos diferentes probetas. Los resultados obtenidos serán analizados y darán lugar a las conclusiones pertinentes del presente estudio. 3.2. Descripción del compactador giratorio La compactación de la mezcla en el laboratorio es clave para conseguir que el diseño de la mezcla sea lo más parecido posible a la situación que se da en obra. Actualmente, en todo el mundo, se están utilizando diferentes métodos de compactación. Los usuarios de las carreteras cada vez demandan mayores condiciones de seguridad y de comodidad pero al mismo tiempo también esperan que se produzcan las mínimas colas posibles debidas al mantenimiento y a la construcción de estas carreteras. Para poder cubrir estas demandas se está realizando numerosos estudios e investigaciones en diversos países enfocados en la optimización de las propiedades de los materiales y de Capítulo 3. Estudios experimentales - 40 - los conceptos estructurales en el laboratorio y la evaluación del comportamiento del pavimento a lo largo del tiempo in situ. Uno de los principales aspectos de comparación y de relación del laboratorio respecto del campo es el proceso de compactación. Se intentará que dicho proceso de compactación sea lo más similar posible al que se da en obra. Se está realizando un importante y extenso esfuerzo en la investigación de este campo pero todavía no se ha conseguido un método que reproduzca el comportamiento exacto al que se da in situ o que produzca especimenes homogéneos para la investigación del diseño de la mezcla. La razón es que el proceso de compactación es un proceso muy complicado, que no sólo reduce el contenido de poros (aire) de la mezcla sino que además es la causa de la reorientación, esfuerzos mecánicos y de la rotura de los áridos. La utilización del compactador giratorio para el diseño y el control de las mezclas bituminosas se está incrementando cada vez más. En Estados Unidos el programa Superpave desarrollado por el Strategic Highway Research Program (SHRP) y en Europa a través del Estándar Europeo prEN 12697-9 y prEN 12697-10 el uso del compactador giratorio es el instrumento fundamental de los laboratorios dedicados al diseño y control de mezclas de pavimentos asfálticos. El ensayo del giratorio define la mezcla por sus características volumétricas. Una vez fabricada la mezcla se coloca, a temperatura ambiente por tratarse de reciclado en frío, en un molde cilíndrico de acero. Si se tratara de reciclado en caliente se colocaría la mezcla a una cierta temperatura en función de la viscosidad que requiera el betún para luego extenderlo en obra durante la pavimentación. Este molde se coloca en el compactador giratorio a través de unas guías, se baja la compuerta del orificio por donde hemos colocado el molde, se enciende el software incorporando ciertos datos y se compacta. La compactación con este método se realiza aplicando dos acciones simultáneas. Se aplica una tracción estática vertical y una acción giratoria que consiste en la rotación de la masa con un cierto ángulo respecto al eje vertical del pistón de compactación. La Capítulo 3. Estudios experimentales - 41 - presión vertical se aplica antes de iniciar las rotaciones y se mantiene está presión durante todo el proceso de compactación. El ángulo normal de compactación para el Superpave es de 1.25º y para el Programa Estandar Europeo, medida provisional, es de 1º. La frecuencia de rotación y la presión vertical son las mismas para los dos métodos, se aplican giros a 30 rpm y se le aplica una presión de 600 KPa respectivamente. La rotación genera un esfuerzo a cortante sobre la mezcla produciendo un efecto de amasado en el material y, de este modo, facilitando la reorientación de los áridos en la probeta. En la figura 3.1. se puede observar un esquema del compactador giratorio: figura 3.1. Esquema de las acciones del compactador giratorio El software incorporado al compactador giratorio nos proporciona una lectura continua de la altura de la muestra utilizando un transductor móvil en el interior del compactador y permite hacer un seguimiento continuo del proceso de compactación de la probeta. Gracias a esto obtenemos la altura de la probeta, la densidad geométrica y el esfuerzo a cortante para cada giro y dibuja una curva donde el eje horizontal corresponde al nº de giros y el vertical a la altura de la probeta, a la densidad geométrica y al esfuerzo cortante respectivamente. Capítulo 3. Estudios experimentales - 48 - Si la compactación es estática, la máquina a utilizar será una prensa que someterá las probetas a una presión de 6 toneladas según norma NLT-161/98. Una vez compactadas, las probetas se dejan enfriar dentro del molde durante dos horas y se extraen a continuación mediante cualquier dispositivo que permita deslizar de una manera suave y uniforme la probeta. Finalizado el proceso de compactación de las probetas, se procede al curado de las mismas. El curado de las probetas será el mismo independientemente del método de compactación y se realizará colocando la probeta en el horno o estufa a 60 ºC durante 72 horas (3 días). Transcurrido este tiempo se saca la probeta del horno y se procede a la obtención de la densidad real según norma NLT-168/90. Debido a la metodología de este ensayo, la probeta estará saturada de agua a la finalización de dicho ensayo. Por este motivo, y para poder ensayar la probeta a tracción indirecta, se introduce en una estufa u horno a 35 ºC durante 2 horas. Transcurrido dicho plazo, se deposita la probeta en una nevera a 5 ºC como fase previa a su ensayo a tracción indirecta. Una vez enfriada la probeta se realizará el ensayo a tracción indirecta según norma NLT-346/90. Alternativamente a este curado y debido a que se están incorporando materiales de adición de tipo hidráulico (cemento y cal), se estudiará el efecto que puede tener sobre la resistencia de las muestras su curado en cámara húmeda. Dicho curado se realizará introduciendo las muestras una vez compactadas en una habitación saturada de humedad durante 7 días. Transcurrido dicho plazo se introducen las muestras en un horno a 45 ºC durante 24 horas antes de realizar el ensayo de densidades. Finalizado dicho ensayo se procede de forma análoga al curado en seco. 3.5. Estudios previos. Dosificación de la mezcla. La obtención del contenido óptimo de fluidos de compactación, que corresponde a la suma de emulsión y agua a incorporar a las mezclas, es la primera tarea a realizar en el presente estudio Habida cuenta que en el reciclado in situ el proceso de fabricación y extensión se realizan en una sola operación, uno de los aspectos clave no sólo en el comportamiento Capítulo 3. Estudios experimentales - 49 - inicial, toma de cohesión inicial de la mezcla, sino en las características finales de la mezcla, es el contenido en agua de la mezcla. El agua es un líquido incompresible y por ello ni siquiera con elementos de compactación más enérgicos se consigue desplazar esta agua. El contenido de huecos final de la mezcla dependerá no sólo del esqueleto mineral sino también del contenido en agua de la mezcla. Finalmente, las propiedades mecánicas finales de la mezcla dependen del contenido en huecos. De todo ello se deduce la importancia de reducir al máximo ese contenido en agua durante el proceso de reciclado haciéndolo compatible con las condiciones de humedad que necesita la operación de fresado y la humedad mínima que precisa el proceso de envuelta. [6] La obtención de una primera aproximación de dicho contenido de fluidos óptimos se realiza en dos etapas. En una primera etapa, en la que únicamente se utiliza agua como fluido de compactación, se fabricaron 4 probetas con contenidos de agua del 0%, 0.5%, 1% y 1.5%. Dichas probetas se compactaron con el compactador giratorio y después de determinar sus densidades se procedió a realizar el ensayo de tracción indirecta. A continuación, y dentro de esta misma etapa, se realizó el ensayo de compactación Proctor Normal sobre 5 probetas con contenidos de agua de 0%, 1%, 2%, 3% y 4%. Con dicho ensayo se obtuvo una relación entre las densidades de las muestras en función de su humedad (contenido de agua). En una segunda etapa, en la que se utiliza agua y emulsión ECL-2 como fluidos de compactación y a raíz de los resultados obtenidos en la fase anterior, se fabricaron 9 probetas. Tras ser compactadas mediante compactador giratorio se determinaron densidades y posteriormente resistencias sometiéndolas al ensayo de tracción indirecta. Tras analizar los resultados obtenidos en ambas fases, se propondrá un valor de partida para la cantidad de fluidos de compactación (agua + emulsión) a utilizar en la fabricación de las mezclas. Dicho valor, como veremos en el siguiente apartado, será ajustado realizando una primera serie de probetas con diferentes proporciones de agua y emulsión ECL-2 tomando como referencia el valor de fluidos obtenido en los ensayos anteriores. Capítulo 3. Estudios experimentales - 50 - A continuación se detalla la metodología empleada en las dos fases: a) Primera fase. Compactador giratorio Dentro de esta etapa inicial se fabricaron 4 probetas, según el procedimiento descrito en el apartado anterior, utilizando agua como fluido de compactación en proporciones de 0, 0.5, 1 y 1.5% de agua. Tras someterlas a compactación giratoria se realizó el ensayo de densidades cuyos resultados se muestran en la tabla 3.2. Probeta Contenido de agua H1 (mm) H2 (mm) H3 (mm) Hmedia (mm) Pseco (g) Psumergido (g) Psaturado (g) Densidad (g/cm3) 0 0.0% 61.1 61.4 61.1 61.2 1009.5 552 1018.4 2.16445 0.5 0.5% 61.7 61.9 61.7 61.7 1003.2 546.3 1013.1 2.14910 1 1.0% 62.4 62.7 62.3 62.47 1007.3 543.3 1017.1 2.12600 1.5 1.5% 61.3 61.2 61.5 61.33 1009.6 544.8 1012.8 2.15726 Tabla 3.2. Resultados ensayo de densidad A continuación se ha procedido a ensayar las probetas a tracción indirecta, obteniendo, una vez procesados, los resultados que se muestran en la tabla 3.3. y en la gráfica 3.2. que dan idea de los valores de cohesión alcanzados. Capítulo 3. Estudios experimentales - 51 - Probeta Densidad (g/cm3) Carga máx. (kgf) Deformación máx (mm) Tensión máx. (Mpa) 0 2.1645 1331.20 1.0583 1.3629 0.5 2.1491 1115.08 1.2896 1.1324 1 2.1260 1104.18 1.6908 1.1075 1.5 2.1573 1739.91 1.3527 1.7776 Tabla 3.3. Resultados del ensayo de tracción indirecta Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 01234567 Defomación (mm) Carga (Kgf) 0,0% H2O 0,5% H2O 1,0% H2O 1,5% H2O gràfica 3.2. Valores de cohesión obtenidos con diferentes porcentajes de agua Ensayo Proctor Se ha realizado el ensayo Proctor normal según se dispone en la norma NLT-107/98; UNE 103-500-94, para tratar de obtener una aproximación del contenido óptimo de Capítulo 3. Estudios experimentales - 52 - agua. En nuestro caso, en vez de trabajar con un suelo, como hace referencia la norma para el ensayo Proctor Normal, se trabaja con un reciclado con emulsión para pavimentos asfálticos. Por este motivo los resultados que se obtienen se toman solamente como orientativos. Para la realización del presente ensayo se han elaborado 5 probetas, utilizando áridos con la granulometría que se detalla en la tabla 3.4. Tamaño tamiz (mm) % retenido Peso retenido (g) Peso acumulado (g) % Pasa 20 - - - 100 8 26 650 6500 74 4 42 1050 1700 32 Resto 32 800 2500 0 Tabla 3.4. Granulometría del R.A.P. utilizado La curva granulométrica de dichos áridos corresponde a la reflejada en la gráfica 3.3. Curva Granulométrica 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 Diámetro tamiz (mm) % Pasa Gráfica 3.3. Curva granulométrica del R.A.P. utilizado Capítulo 3. Estudios experimentales - 53 - Para la fabricación de las probetas, se han mezclado 2.5 Kg de árido, con un 3% de emulsión ECL-2 y una cantidad de agua del 0%, 1%, 2%, 3% y 4% (0g, 25g, 50g, 75g y 100g) respectivamente, tal y como se detalla en la tabla 3.5. % Agua añadida 0 1 2 3 4 a s t + + tara + suelo + agua 6866 6913 6964 6984 6981 t Molde 5010 5010 5010 5010 5010 tastas−++=+ )( Suelo + agua 1856 1903 1954 1974 1971 w as s+ ×+ =100 100)( Suelo 1834.1218 1863.5596 1895.2391 1898.5007 1873.4677 Densidad v s =ρ Densidad 1.8338 1.8633 1.8949 1.8982 1.8732 a s t + + tara + suelo + agua 1169 1401 1361 1303 1003 s t + Tara + suelo 1164.8 1390.22 1346.4 1284.5 980 t Tara 812.7 879.9 875.5 819.3 538.2 tsts−+= )( Suelo 352.1 510.3 470.9 465.2 441.8 )()( stasta+−++= Agua 4.2 10.8 14.6 18.5 23 Humedad 100×= s a w Humedad % 1.1928 2.1164 3.1004 3.9768 5.2060 Tabla 3.5. Ensayo Proctor Normal A continuación se procede a la realización del ensayo Proctor cuyos resultados se muestran en la gráfica 3.4. Capítulo 3. Estudios experimentales - 54 - Proctor Normal 1,8 1,82 1,84 1,86 1,88 1,9 1,92 1,1928 2,1164 3,1004 3,9768 5,206 Humedad % Densidad Seca (g/cm3) Gráfica 3.4. Resultados ensayo Proctor b) Segunda fase Una vez finalizada la primera fase y analizados los resultados obtenidos se propuso, como primera aproximación, la utilización de un porcentaje de emulsión del 3%.En esta segunda fase se han realizado un total de 9 probetas con las proporciones de emulsión y agua que se detallan en la tabla 3.6.: Número de probetas Contenido ECL-2 Contenido agua 3 ud 3% 0.5% 3 ud 3% 1.5% 3 ud 3% 3.0% Tabla 3.6. Dosificaciones utilizadas Capítulo 3. Estudios experimentales - 55 - Posteriormente al compactado mediante compactador giratorio, se ha realizado el cálculo de densidades de cada una de las probetas fabricadas, cuyos resultados se muestran en la tabla 3.7. Probeta Contenido de agua H1 (mm) H2 (mm) H3 (mm) Hmedia (mm) Pseco (g) Psumergido (g) Psaturado (g) Densidad (g/cm3) 0.5 I 0.5% 61.6 61.6 61.5 61.57 1010.4 547.1 1017.7 2.14705 0.5 II 0.5% 62.1 62.1 62.0 62.07 1006.5 542.4 1014.9 2.13016 0.5 III 0.5% 61.9 61.8 61.7 61.80 1002.9 547.5 1010.6 2.16562 1.5 I 1.5% 60.8 60.9 61.0 60.90 1008.7 546.9 1011.9 2.16925 1.5 II 1.5% 61.7 61.7 61.6 61.67 1007.8 547.0 1014.1 2.15757 1.5 III 1.5% 62.0 61.8 61.6 61.80 1009.3 551.2 1014.1 2.18038 3.0 I 3.0% 60.1 60.4 60.1 60.20 1007.3 548.8 1010.1 2.18361 3.0 II 3.0% 61.6 61.5 61.6 61.57 1010.4 544.9 1014.8 2.15024 3.0 III 3.0% 60.1 60.0 59.9 60.00 1007.5 549.5 1011.3 2.18168 Tabla 3.7. Resultados ensayo de densidad La media de los valores de densidades alcanzados por las muestras se detalla en la tabla 3.8. Capítulo 3. Estudios experimentales - 56 - Probeta Contenido de agua H1 (mm) H2 (mm) H3 (mm) Hmedia (mm) Pseco (g) Psumergido (g) Psaturado (g) Densidad (g/cm3) 0.5 0.5% 61.9 61.8 61.7 61.8 1006.6 545.7 1014.4 2.14761 1.5 1.5% 61.5 61.5 61.4 61.5 1008.6 548.4 1013.4 2.16907 3.0 3.0% 60.1 60.2 60.0 60.1 1007.4 549.2 1010.7 2.18265 Tabla 3.8. Densidad promedio de las probetas A continuación se ha procedido a ensayar las probetas a tracción indirecta, obteniendo, una vez procesados, los resultados que se muestran en la tabla 3.9. y en las gráficas 3.5., 3.6., y 3.7. Contenido de agua Hmedia (mm) Densidad media (g/cm3) Carga máx. (kgf) Deformación máx (mm) Tensión máx. (Mpa) 0.5% 61.8 2.14761 1414.6647 1.220 1.4570 1.5% 61.5 2.16907 1485.3007 1.138 1.5386 3.0% 60.1 2.18265 1531.5128 1.117 1.6222 Tabla 3.9. Resultados del ensayo de tracción indirecta Capítulo 3. Estudios experimentales - 57 - Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 6 7 Deformación (mm) Carga (Kgf) 0,5_I 0,5_II 0,5_III Gráfico 3.5. Valores de cohesión en muestras con 3% ECL-2 + 0.5% agua Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 01234567 Deformación (mm) Carga (Kgf) 1,5_I 1,5_II 1,5_III Gráfico 3.6. Valores de cohesión en muestras con 3% ECL-2 + 1.5% agua Capítulo 3. Estudios experimentales - 64 - Probeta Densidad (t/m3) carga máx. (kgf) Deformación (mm) Resist. (kgf/cm2) ECarga (kgf/mm) 1_1 2,18 1566 1,82 16,74 2110,72 1_2 2,15 1495 2,22 15,95 1563,52 1_3 2,18 1672 1,84 17,85 1768,18 1_4 2,18 1695 1,81 18,13 1955,63 1_5 2,16 1752 1,74 18,58 2252,82 1_6 2,16 1646 1,62 17,33 2334,80 1_7 2,17 1660 1,81 17,58 1990,08 1_8 2,18 1787 1,89 19,13 2008,00 1_9 2,20 1744 1,75 18,86 2255,01 Tabla 3.13. Resultados ensayo tracción indirecta Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 01234567 Deformación (mm) Carga (Kgf) Probeta 1_1 Probeta 1_2 Probeta 1_3 Gráfica 3.8. Valores de cohesión obtenidos con muestras fabricadas con un 2.5% de ECL-2 + 2% de agua Capítulo 3. Estudios experimentales - 65 - Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 1 2 3 4 5 6 7 Deformación (mm) Carga (Kgf) Probeta 1_4 Probeta 1_5 Probeta 1_6 Gráfica 3.9. Valores de cohesión obtenidos con muestras fabricadas con 3 % de ECL-2 + 1.5% de agua Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 01234567 Deformación (mm) Carga (Kgf) Probeta 1_7 Probeta 1_8 Probeta 1_9 Gráfica 3.10. Valores de cohesión obtenidos con muestras fabricadas con 3.5% de ECL-2 + 1% de agua Capítulo 3. Estudios experimentales - 66 - b) Probetas sometidas a compactación giratoria. Como resultado de ensayar las probetas a tracción indirecta, se han obtenido los resultados reflejados en la tabla 3.14 y en las gráficas 3.11., 3.12. y 3.13. que siguen a continuación que nos dan idea de los valores de cohesión alcanzados. Probeta Densidad (t/m3) carga máx. (kgf) Deformación (mm) Resist. (kgf/cm2) ECarga (kgf/mm) 4_1 2,13 1573 1,88 16,08 2368,08 4_2 2,10 1465 2,24 14,97 1676,48 4_3 2,12 1228 1,56 12,59 1386,60 4_4 2,16 1518 2,00 15,51 1982,77 4_5 2,13 1418 1,69 14,36 1722,27 4_6 2,15 1507 2,32 15,44 2136,20 4_7 2,16 1570 1,43 16,16 1976,71 4_8 2,16 1464 1,58 15,04 1725,86 4_9 2,17 1621 1,39 16,78 1726,88 Tabla 3.14. Resultados ensayo tracción indirecta Capítulo 3. Estudios experimentales - 67 - Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 1 2 3 4 5 6 7 Deformación (mm) Carga (Kgf) Probeta 4_1 Probeta 4_2 Probeta 4_3 Gráfica 3.11. Valores obtenidos con muestras fabricadas con un 2.5% de ECL-2 + 2% de agua Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 01234567 Deformación (mm) Carga (Kgf) Probeta 4_4 Probeta 4_5 Probeta 4_6 Gráfica 3.12. Valores obtenidos con muestras fabricadas con un 3.0% de ECL-2 + 1.5% de agua Capítulo 3. Estudios experimentales - 68 - Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 1 2 3 4 5 6 7 Deformación (mm) Carga (Kgf) Probeta 4_7 Probeta 4_8 Probeta 4_9 Gráfica 3.13. Valores de cohesión obtenidos con muestras fabricadas con 3.5% de ECL-2 + 1% de agua A raíz de los resultados obtenidos en el ensayo de densidades y en el de tracción indirecta, trataremos de establecer una correlación entre la resistencias a tracción y los contenidos de emulsión, obtenidas tal y como se muestra en el gráfico 3.14. Resistencia a tracción 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22,5 33,5 4 % Emulsión ECL-2 Resist. Tracción (Kgf/cm2) Compactación Estática Compactación giratoria Grafico 3.14. Relación Resistencia a tracción - %Emulsión Capítulo 3. Estudios experimentales - 69 - La resistencia a tracción de las probetas aumenta a medida que aumenta la densidad de las mismas. También se aprecia que las resistencias más elevadas se alcanzan con las muestras que incorporan el mayor contenido de emulsión, es decir, muestras fabricadas con 3.5% emulsión + 1% agua. Cabe destacar que se obtengan densidades mayores en las muestras compactadas con giratoria en lugar de las compactadas con estática en contraposición con lo supuesto inicialmente. Ello nos demuestra que si bien la compactación giratoria produce una reorganización del esqueleto mineral esto no llega a producir la disminución en volumen que se alcanza con la compactación estática. 3.6.2.4. Conclusiones Los resultados obtenidos ponen de manifiesto la influencia que tiene el contenido de emulsión en la densidad y la resistencia a tracción indirecta de las muestras. Además de influir en estas propiedades también influye en la fabricación de las mezclas y en el desmolde de las probetas fabricadas para estudiar las propiedades de estas. También hay que señalar que los resultados no ofrecen una tendencia clara en cuanto a valores de densidades y resistencia. No obstante los valores se ajustan bastante bien a la franja definida por la mezcla de 1,5% de agua con 3% de emulsión. Es por ello y corroborando los resultados obtenidos en los ensayos de densidad seca y Proctor, analizados en apartados anteriores, que se estima oportuno utilizar esta mezcla de agua + emulsión para la fabricación de las mezclas que se estudiaran a continuación y que incorporaran cemento y cal. 3.6.3. Mezcla reciclada con emulsión y cemento 3.6.3.1. Fórmula de trabajo Una vez determinadas las cantidades de agua + emulsión óptimas para la fabricación de las mezclas, procedemos a la fabricación de una primera serie de 9 probetas en las que se incorpora cemento como material de adición. Con ello estudiaremos posibles Capítulo 3. Estudios experimentales - 70 - modificaciones en el comportamiento mecánico de estas probetas fabricadas con adiciones y podremos comparar los resultados obtenidos con las probetas fabricadas sin adición de cemento. Para la fabricación de estas probetas se procede de forma análoga a lo descrito en el apartado anterior con la diferencia que el cemento es el primer material que se mezcla con los áridos a la hora de fabricar las probetas. El estudio se realizará con tres contenidos diferentes de cemento, siendo estos de 1%, 2% y 3% en peso de áridos tal y como se detalla en la tabla 3.15. Por otra parte, se compararán los resultados obtenidos en los ensayos de densidades y tracción indirecta en estas probetas con los obtenidos en el ensayo de otras 9 probetas con las mismas dosificaciones pero compactadas con compactador giratorio, que forman parte de una tesina de especialidad que se ha realizado paralelamente a la presente. Probeta Cemento agua ECL-2 2_1 2_2 2_3 1% 1.5% 3% 2_4 2_5 2_6 2% 1.5% 3% 2_7 2_8 2_9 3% 1.5% 3% Tabla 3.15. Dosificaciones utilizadas Capítulo 3. Estudios experimentales - 71 - Por otra parte y al tratarse de probetas que incorporan un conglomerante hidráulico, estudiaremos posibles variaciones en las características mecánicas de las mezclas al modificar las condiciones de curado, es decir, al pasar de un curado en seco a hacer un curado en cámara húmeda. Este análisis se detallará en el apartado que viene a continuación. 3.6.3.2. Ensayo de densidad Los resultados obtenidos en el ensayo de densidades en las 9 probetas se detallan a continuación, en la tabla 3.16. Probeta H1 (mm) H2 (mm) H3 (mm) Hmedia (mm) Pseco (g) Psumergido (g) Psaturado (g) Densidad (g/cm3) Densidad Media (g/cm3) 2_1 60.1 60.7 58.8 59.87 10.16.5 551.9 1020.3 2.1702 2_2 62 60 59.6 60.53 1024.5 555 1028.2 2.1650 2_3 60.2 59.9 60.5 60.2 1018.4 549.7 1021.9 2.1567 2.1639 2_4 61.2 60.6 61.3 61.03 1033.0 561.3 1037.5 2.1693 2_5 61.5 61.2 61.4 61.03 1032.7 561.4 1036.5 2.1736 2_6 60.8 61.1 61.5 61.13 1032.4 558.6 1037.7 2.1549 2.1659 2_7 62.2 61.5 61 61.57 1043.2 564.4 1048.1 2.1567 2_8 60.9 60.7 61.1 60.9 1042.4 565.9 1045.5 2.1735 2_9 61.6 61.2 61.8 61.53 1040.2 566.9 1045.6 2.1729 2.1677 Tabla 3.16. Resultados ensayo de densidad Capítulo 3. Estudios experimentales - 72 - 3.6.3.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta Como resultado de ensayar las probetas a tracción indirecta, se han obtenido los resultados reflejados en la tabla 3.17 y en las gráficas 3.15., 3.16. y 3.17. que siguen a continuación y que nos dan idea de los valores de cohesión alcanzados. Probeta Densidad (t/m3) carga máx.(kgf) Deformación (mm) Resist. (kgf/cm2) ECarga (kgf/mm) 2_1 2,17 1348,42 1,16 14,11 1679,74 2_2 2,17 1395,51 1,58 14,45 1547,25 2_3 2,16 1614,45 1,39 16,80 1666,65 2_4 2,17 1615,15 1,46 16,58 2181,08 2_5 2,17 1394,11 1,08 14,31 1932,43 2_6 2,15 1565,25 1,46 16,04 1993,79 2_7 2,16 1610,58 0,97 16,39 2332,39 2_8 2,17 1653,81 1,32 17,02 2082,17 2_9 2,17 1712,50 1,59 17,44 2042,01 Tabla 3.17. Resultados ensayo tracción indirecta Capítulo 3. Estudios experimentales - 73 - Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 012345 Deformación (mm) Carga (Kgf) Probeta 2_1 Probeta 2_2 Probeta 2_3 Gráfico 3.15. Valores de cohesión en muestras con 1% Cemento + 1.5% agua + 3.0% ECL-2 Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 00,5 11,5 22,5 33,5 44,5 Deformación (mm) Carga (kgf) Probeta 2_4 Probeta 2_5 Probeta 2_6 Gráfico 3.16. Valores de cohesión en muestras con 2% Cemento + 1.5% agua + 3% ECL-2 Capítulo 3. Estudios experimentales - 80 - Probeta Cal agua ECL-2 3_1 3_2 3_3 0.5% 1.5% 3% 3_4 3_5 3_6 1% 1.5% 3% 3_7 3_8 3_9 1.5% 1.5% 3% Tabla 3.20. Dosificaciones utilizadas 3.6.4.2. Ensayo de densidad Los resultados obtenidos en el ensayo de densidades en las 9 probetas se detallan a continuación, en la tabla 3.21. Probeta H1 (mm) H2 (mm) H3 (mm) Hmedia (mm) Pseco (g) Psumergido (g) Psaturado (g) Densidad (g/cm3) Densidad Media (g/cm3) 3_1 60.4 60.1 61.2 60.57 1014.9 549 1023.9 2.1371 3_2 60.4 59.3 59.5 59.73 1017.1 548.2 1021 2.1512 3_3 59.7 60 60.7 60.13 1018 551 1023.5 2.1545 2.1476 Capítulo 3. Estudios experimentales - 81 - 3_4 60.4 61.4 60.8 60.87 1020.9 551.2 1025 2.1547 3_5 61.4 60.3 60.9 60.87 1020.6 549.7 1024.9 2.1477 3_6 61.5 60.9 60.8 61.07 1021.2 553.9 1026.5 2.1608 2.1544 3_7 60.6 61.6 61.4 61.2 1024.9 550.1 1028.5 2.1423 3_8 61.1 60.5 61.5 61.03 1027.6 553 1030.3 2.1529 3_9 61.5 60.6 60.4 60.83 1025.4 553 1028.5 2.1565 2.1506 Tabla 3.21. Resultados ensayo de densidad 3.6.4.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta Como resultado de ensayar las probetas a tracción indirecta, se han obtenido los resultados reflejados en la tabla 3.22 y en las gráficas 3.21., 3.22. y 3.23. que vienen a continuación que nos dan idea de los valores de cohesión alcanzados. Probeta Densidad (t/m3) carga máxima (kgf) Deformación (mm) Resist. (kgf/cm2) ECarga (kgf/mm) 3_1 2,14 1334,00 3,33 13,80 1472,61 3_2 2,15 1516,00 1,16 15,90 1804,37 3_3 2,15 1288,00 1,30 13,42 1371,58 3_4 2,15 1378,00 1,21 14,19 1588,92 3_5 2,15 1279,00 1,75 13,17 1577,92 3_6 2,16 1351,00 1,28 13,86 1505,31 Capítulo 3. Estudios experimentales - 82 - 3_7 2,14 1101,00 1,38 11,27 1322,52 3_8 2,15 1452,00 1,30 14,91 1608,33 3_9 2,16 1264,00 0,93 13,02 1726,79 Tabla 3.22. Resultados ensayo tracción indirecta Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 Deformación (mm) Carga (kgf) Probeta 3_1 Probeta 3_2 Probeta 3_3 Gráfico 3.21. Valores de cohesión en muestras con 0.5% Cal + 1.5% agua + 3% ECL-2 Capítulo 3. Estudios experimentales - 83 - Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 00,5 11,5 22,5 33,5 44,5 Deformación (mm) Carga (kgf) Probeta 3_4 Probeta 3_5 Probeta 3_6 Gráfico 3.22. Valores de cohesión en muestras con 1% Cal + 1.5% agua + 3% ECL-2 Cohesión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 Deformación (mm) Carga (Kgf) Probeta 3_7 Probeta 3_8 Probeta 3_9 Gráfico 3.23. Valores de cohesión en muestras con 1.5% Cal + 1.5% agua + 3% ECL-2 Capítulo 3. Estudios experimentales - 84 - A raíz de los resultados obtenidos en el ensayo de densidades y en el de tracción indirecta, trataremos de establecer una correlación entre la resistencia a tracción y el contenido de cal, obtenida tal y como se muestra en el gráfico 3.24. Resistencia a Tracción 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 00,2 0,4 0,6 0,8 11,2 1,4 1,6 %Cal Resistencia Tracción (kgf/cm2) 0,5%Cal+1,5%H2O+3%ECL-2 1%Cal+1,5%H2O+3%ECL-2 1,5%Cal+1,5%H2O+3%ECL-2 Grafico 3.24. Relación densidad – Resistencia a tracción 3.6.4.4. Conclusiones La adición de cal a mezclas recicladas con emulsión no conduce a una mejora en las propiedades mecánicas ya que produce una reducción de la resistencia a tracción indirecta. También la densidad de la mezcla se ve reducida sustancialmente. Por otra parte, al igual que ha sucedido con la adición de cemento, los valores de deformación en rotura de las muestras se reducen dando lugar a muestras más rígidas y frágiles. Capítulo 3. Estudios experimentales - 85 - 3.6.5. Resumen A continuación, y a modo de resumen, se muestra una tabla con los valores más representativos obtenidos tras el ensayo de las muestras a tracción indirecta. En dicha tabla se muestran los valores de resistencia a tracción indirecta y deformación los cuales nos dan un orden de magnitud del grado de cohesión alcanzado. Mezcla Resist. Tracción (kgf/cm2) Deformación (mm) 3% ECL-2 + 1.5% H2O 18.01 1.72 + 1% Cemento 15.12 1.38 + 2% Cemento (Curado cámara húmeda) 10.58 0.93 + 2% Cemento 15.64 1.33 3% ECL-2 + 1.5% H2O + 3% Cemento 16.95 1.29 + 0.5% Cal 14.37 1.93 + 0.5% Cal 13.74 1.41 3% ECL-2 + 1.5% H2O + 0.5% Cal 13.07 1.20 Capítulo 4. Conclusiones - 87 - En este apartado se exponen las conclusiones más relevantes a las que se ha llegado con la realización de este trabajo de investigación, el cual ha estudiado el comportamiento de las mezclas recicladas en frío con emulsión incorporando cemento y cal como materiales de adición. Dicho trabajo y a raíz de las conclusiones alcanzadas, puede servir de orientación para futuros estudios que se puedan llevar a cabo en este campo. Las conclusiones de este estudio son las siguientes: • Definir la fórmula de trabajo para una mezcla reciclada es muy complicado ya que trabajamos con un material muy heterogéneo que es el R.A.P. (Recycled Asphalt Pavement), lo cual conduce a resultados no uniformes. • La incorporación de pequeñas cantidades de adición a la mezcla mejoran la cohesión inicial de la mezcla, que se traduce en una adquisición de resistencias a edades más tempranas que harán reducir los tiempos de apertura al tráfico. Esto puede apreciarse observando los gráficos resultantes del ensayo de tracción indirecta. • La utilización de cemento y de cal como adiciones no conducen a lograr mezclas con altas resistencias finales a tracción indirecta. Esto, unido a la discontinuidad de los resultados obtenidos en gran parte de las mezclas ensayadas, conduce a pensar que la granulometría del árido escogido puede tener influencia en los resultados finales. • La adición de cemento y de cal contribuyen a que el rango de densidades y de resistencias de las mezclas sea más acotado. Esto puede ser debido a que con estas adiciones se consiguen mezclas más compactas. Por otra parte, con la incorporación de adiciones se consiguen mezclas mucho más homogéneas. • El curado en cámara húmeda conduce a mezclas con densidades mayores pero con valores de resistencias menores. Esto nos demuestra que no existe una proporcionalidad directa entre la densidad y la resistencia a tracción indirecta que puede ser debido, tal y como apuntábamos anteriormente, a la granulometría de la mezcla. • Con la adición de cemento obtenemos valores ligeramente mayores de densidades y de resistencias en comparación con la adición de cal. También con el cemento las resistencias aumentan a medida que aumenta su contenido. Capítulo 4. Conclusiones - 88 - Vemos pues, tras la realización del presente estudio y a raíz de los resultados obtenidos que la incorporación de cemento y de cal en las mezclas recicladas no conduce a un aumento sustancial en lo que respecta a resistencias mecánicas. Sin embargo, la adición de dichos conglomerantes hidráulicos, conduce a la obtención de valores significativos de cohesión a edades más tempranas tal y como señalaban ciertos autores en sus estudios. Hay que señalar que el presente estudio se ha hecho con unas hipótesis de partida determinadas, lo cual, sumado a la heterogeneidad del material reciclado utilizado condicionan en gran manera los resultados obtenidos. BIBLIOGRAFIA - 90 - REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] Potti, J.J. y Mancebo, J. Propuesta para el diseño y sistemática en el desarrollo de obras de reciclado en frío in situ, Revista Carreteras, Noviembre 2002, Asociación Española de la Carretera, Madrid, pp. 61-76. [2] Ruiz, A. Reciclado de pavimentos (primera parte), Revista Rutas, 1998, núm. 66, pp. 5-12. [3] Lefort, M. El estado actual de la técnica del reciclado en frío e “in situ” de un firme antiguo, Revista Carreteras, 1999, núm. 99, Asociación Española de la Carretera, Madrid, pp. 91-115. [4] CEDEX, Varios autores. Jornada sobre el reciclado de capas de firme con emulsión, 1996, Madrid. [5] Artículo 20. 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