ibp2462_11

______________________________

1 PhD, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Universidad Politcnica de Catalua, Espaa.

2 PhD, Ingeniero Constructor Universidad de La Frontera, Chile.

3 PhD, Ingeniero Civil Universidad Politcnica de Catalua, Espaa.

4 Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Dragados, Espaa.

5 Licenciado en Ciencias Ambientales Dragados, Espaa.

6 Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Asfaltos Augusta, Espaa.

IBP2462_11 EVALUACIN DE LAS PROPIEDADES MECNICAS DE

MEZCLAS BITUMINOSAS DISCONTINUAS PARA CAPAS DE RODADURA FABRICADAS CON ALTAS

TASAS DE RAP Rodrigo Mir1, Gonzalo Valds2, Adriana Martnez3,

Pilar Segura4, Miguel Carrero5 y Celestino Rodrguez6.

Copyright 2011, Instituto Brasileiro de Petrleo, Gs e Biocombustveis - IBP Este Trabajo Tcnico, elaborado para ser presentado en el XVI CILA Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto a realizarse entre el 20 y el 25 de noviembre de 2011 en Rio de Janeiro, fue seleccionado por el Comit Tcnico del evento para dicho fin, de concordancia con las informaciones contenidas en el resumen sometido por el/los autor(es). Tal cual presentado, su contenido no fue revisado por el IBP. Por ende, los organizadores no traducirn ni corregirn los textos recibidos. La versin original del material presentado no refleja necesariamente las opiniones del Instituto Brasileiro de Petrleo, Gs e Biocombustveis, sus Asociados y Representantes. El/los autores de este Trabajo Tcnico tienen pleno conocimiento de esto y aprueban su publicacin en los Anales del XVI CILA Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto.

Resumen

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en un estudio experimental sobre mezclas discontinuas para capas de rodadura, realizado en el marco del proyecto de investigacin OASIS (llevado a cabo actualmente en Espaa), cuyo objetivo es incorporar una cantidad importante de material reciclado en las mezclas, buscando que stas sean ms sostenibles y con un comportamiento mecnico similar al de las mezclas convencionales. Para ello, se evalu el empleo de material fresado en mezclas discontinuas para capas de rodadura, tipo BBTM 11B (de acuerdo a las especificaciones espaolas), utilizando tasas del 0, 10, 20 y 40% de RAP. El estudio se dividi en dos etapas. La primera etapa consisti en el diseo de las mezclas mediante la evaluacin de sus propiedades volumtricas, la resistencia a la disgregacin mediante el ensayo cntabro, la sensibilidad al agua a partir de la resistencia conservada a traccin indirecta y la resistencia a la fisuracin mediante el ensayo Fnix desarrollado en el Laboratorio de Caminos de la Universidad Politcnica de Catalua. En una segunda etapa, una vez seleccionada la frmula de trabajo, se realizaron pruebas de fabricacin en una planta discontinua no adaptada, evaluando en estas mezclas las mismas propiedades analizadas en la primera fase junto con la resistencia a las deformaciones plsticas por medio del ensayo de rodadura. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que las mezclas discontinuas recicladas con contenidos de RAP de hasta el 40% presentaron un buen comportamiento mecnico en el laboratorio. Sin embargo, al utilizar una planta no adaptada solo se consigui fabricar mezclas con un contenido de hasta un 20% de RAP.

Abstract

This paper shows the results obtained from an experimental study about gap-graded wearing courses carried out within the framework of OASIS research project (which is currently being developed in Spain). The purpose of the study is to add a significant amount of recycled asphalt pavement in order to get more sustainable mixtures with similar behaviour to that of conventional mixtures. To this aim, the use of RAP in mixes for gap-graded mixtures type BBTM 11B (according to Spanish specifications) was evaluated with RAP percentages of 0, 10, 20 and 40%. The first stage of the study consisted of the mixture design through the evaluation of volumetric properties, abrasion resistance with particle loss test, water sensitivity with retained indirect tensile resistance and cracking resistance using Fnix test developed at the Road Research Laboratory of the Technical University of Catalonia. Once the job mix formula was designed, a second stage focused on the aforementioned properties and also the rutting resistance using the wheel tracking test was developed for the mixtures manufactured in a non-adapted batch plant. The results obtained show that gap-graded recycled mixtures prepared with up to 40% RAP contents in laboratory had good mechanical behaviour. However, mixture preparation in non-adapted plants, allowed a maximum RAP percentage of 20% only.

XVI CILA Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto

2

1. Introduccin

En el marco del Proyecto de Investigacin Operaciones de Autopistas Seguras, Inteligentes y Sostenibles (OASIS), llevado a cabo actualmente en Espaa, se ha evaluado la viabilidad tcnica de utilizar RAP (Recycled Asphalt Pavement) en mezclas bituminosas discontinuas para capas de rodadura. Un punto interesante a destacar son los beneficios ambientales y econmicos que implica la construccin de nuevas carreteras con mezclas bituminosas recicladas. Son numerosos los estudios y autores que concuerdan que el uso del RAP est creciendo ampliamente, reduciendo el uso de nuevos materiales y ayudando a preservar los lugares destinados a vertederos, y adems sealan, que se pueden lograr mezclas del tipo hormign bituminoso (gruesas y semidensas, princialmente) con tasas de material reciclado que van del 10 al 30%, las cuales presentan propiedades mecnicas similares a las de las mezclas sin incorporacin de RAP (Kandhal et al., 1995; McDaniel, et al., 2000; Mir y Prez, 2002). Sin embargo, actualmente la normativa espaola no permite la incorporacin de RAP en mezclas para capas de rodadura, permitiendo principalmente su aplicacin en mezclas bituminosas para capas inferiores de reposicin, principalmente en proyectos de rehabilitacin de firmes. De acuerdo a lo sealado, y considerando las necesidades actuales de aprovechar ntegramente los residuos generados de las tareas de rehabilitacin de firmes, se hace necesario investigar nuevas aplicaciones para estos materiales. Es por ello que el objetivo principal de este estudio es evaluar la incorporacin de una cantidad importante de material reciclado en mezclas discontinuas para capas de rodadura, con la finalidad de obtener mezclas sostenibles ambientalmente y que presenten un comportamiento mecnico similar a aquellas fabricadas sin material reciclado.

2. Metodologa

El plan de trabajo experimental se ha desarrollado en dos fases. La primera fase consisti en el diseo de mezcla; se ha considerado una mezcla discontinua tipo BBTM 11B, de acuerdo a las especificaciones espaolas, fabricada con cuatro contenidos de RAP (0, 10, 20 y 40%) y diferentes contenidos de betn total (4.75, 5.25 y 5.75% sobre mezcla). Para cumplir con las exigencias tcnicas de las mezclas discontinuas, stas se fabricaron con un betn modificado tipo BM-3c. Estas mezclas fueron evaluadas a partir de una serie de ensayos con la finalidad de obtener sus propiedades volumtricas y mecnicas, y definir una frmula de trabajo para cada una de ellas. Las principales caractersticas que interesaba determinar eran el contenido de huecos, la cohesin o resistencia a la disgregacin, la sensibilidad al agua y la resistencia a la fisuracin. Para ello, se fabricaron probetas cilndricas de acuerdo al procedimiento Marshall, y se determinaron las prdidas al cntabro, tanto en seco como tras inmersin, segn la norma UNE-EN 12967-17, y la resistencia conservada a traccin indirecta, segn la norma europea UNE-EN 12697-12. Adems se realiz el ensayo Fnix desarrollado en el Laboratorio de Caminos de la Universidad Politcnica de Catalua (Prez et al., 2010). La segunda fase consisti en evaluar la viabilidad tcnica para fabricar las mezclas, previamente diseadas en laboratorio, en una planta convencional de fabricacin de mezclas bituminosas en caliente no adaptada para la incorporacin de RAP en altas tasas. En esta etapa se analizaron, para las mezclas fabricadas en planta con las distintas tasas de RAP, las propiedades previamente evaluadas en la etapa de diseo, sumndose a stas, las deformaciones plsticas por medio del ensayo de rodadura, de acuerdo a la norma europea UNE-EN 12697-22. .

2.1. Mezclas evaluadas Las mezclas evaluadas fueron del tipo BBTM 11B, habindose estudiado cuatro granulometras, dependiendo del contenido de RAP utilizado (0, 10, 20 y 40%), Figura 1. Todas las mezclas se han fabricado a partir de los mismos materiales: betn BM-3c, ridos 0/2 calizo y 5/12 grantico, filler de origen calizo y RAP procedente exclusivamente del fresado de capas de rodadura (Tabla 1). Los contenidos de ligante utilizados fueron 4.75, 5.25 y 5.75% sobre mezcla.

Tabla 1. Caractersticas del RAP utilizado

Granulometra del RAP tras extraccin Cont. betn s/a = 4.8%

Tamices UNE (mm) 12.5 8 4 2 0.5 0.25 0.063 Pasa (%) 100 80.7 46.4 33.3 17.7 12.7 5.8


3

Pasa

(%

)

TAMICES UNE

Huso BBTM 11B

0% RAP

10 % RAP

20 % RAP

40 % RAP

70

40

50

60

80

90

100

0

10

20

30

0.50

0 2 4

12.5 20 25 40

0.06

30.

125

0.25

0 8

70

40

50

60

80

90

100

0

10

20

30

2 4 20 25 408

Figura 1. Granulometras de las mezclas discontinuas tipo BBTM 11B evaluadas para cada contenido de RAP

3. Anlisis de resultados

3.1. Primera fase En este apartado se presentan los resultados de los ensayos de laboratorio realizados para caracterizar las propiedades volumtricas y mecnicas de las mezclas consideradas. En base al anlisis de estos resultados, se determinan las frmulas de trabajo a utilizar en la segunda fase.

3.1.1. Densidades y contenidos de huecos Las densidades y contenidos de huecos medios, en funcin del contenido de betn, se presentan en la Figura 2, para cada tipo de mezcla evaluada. En la Figura 2a se puede observar cmo a medida que aumenta el contenido de RAP en la mezcla, sta se hace ms densa. Las mezclas con mayor porcentaje de RAP tienden a presentar mayor contenido de finos, procedentes del propio RAP, y por lo tanto, una mayor densidad aparente y un menor contenido de huecos. En la Figura 2b se observa claramente cmo el porcentaje de huecos disminuye a medida que aumenta el contenido de RAP, de forma coherente con el aumento de la densidad aparente observado anteriormente. Esta tendencia se intua antes de empezar la campaa experimental, y por tal motivo se decidi emplear unas granulometras lo ms abiertas posible dentro del huso granulomtrico establecido, de tal manera que, para altos contenidos de RAP, el contenido de huecos no disminuyera excesivamente. Adems, como era de esperar, el contenido de huecos disminuye al aumentar el contenido de ligante. La normativa espaola establece que las mezclas discontinuas BBTM 11B deben presentar un porcentaje de huecos mayor o igual al 12%. En la Figura 2b se observa que este requisito se cumple en todas las mezclas evaluadas, a excepcin de la mezcla con el 40% de RAP con contenidos de betn por encima del 5%.


4

2.075

2.100

2.125

2.150

2.175

2.200

2.225

2.250

4.75 5.25 5.75

De

nsi

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d a

pa

ren

te (g

/cm

3)

% Betn

0% RAP 10% RAP 20% RAP 40% RAP

a)

8

10

12

14

16

18

4.75 5.25 5.75

% H

ue

cos

% Betn


b)

Figura 2. a) Densidad aparente vs. contenido de ligante b) Contenido de huecos vs. contenido de ligante

3.1.2. Prdidas por desgaste El ensayo cntabro permite valorar indirectamente la cohesin o resistencia a la disgregacin de la mezcla, ante los efectos abrasivos del trfico. Adems, permite evaluar la adhesividad de la mezcla cuando se comparan las prdidas al desgaste de probetas mantenidas al aire frente a otro grupo de probetas, fabricadas con la misma mezcla, pero que antes del ensayo han sido mantenidas sumergidas en agua durante 24 horas a 60C. Los resultados obtenidos de la aplicacin del ensayo cntabro, en seco y tras inmersin, se pueden observar en la Figura 3.

0

5

10

15

20

25

30


% P

rd

ida

s e

n s

eco

Contenido de RAP (%)

4.75% Betn 5.25% Betn 5.75% Betn

a)

0

5

10

15

20

25

30


% P

rd

ida

s e

n h

m

ed

o


4.75% Betn 5.25% Betn 5.75% Betn

b)

Figura 3. Prdidas al cntabro a) Seco b) Hmedo

Se observa que las prdidas por desgaste de las mezclas BBTM 11B con distintos porcentajes de RAP son muy inferiores a los valores mximos que estableca la normativa espaola en el Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales PG-3 (O. FOM. 891/2004), 15% en seco y 25% tras inmersin. Esto pone de manifiesto que las mezclas evaluadas presentan una adecuada cohesin y adhesividad. En los ensayos realizados a probetas en seco se observa una cierta tendencia a aumentar las prdidas a medida que aumenta el contenido de RAP debido al efecto del material envejecido. Adems, en la Figura 3 se observa que por el efecto del agua las prdidas, en general, se incrementan, aunque al aumentar el contenido de betn, la diferencia entre las prdidas en seco y tras inmersin disminuye, mejorando la adhesividad de la mezcla. Cabe destacar que las prdidas de la mezcla con un 10% de RAP son menores que las prdidas de la mezcla patrn (0% RAP). Esto puede ser debido a la combinacin de dos efectos: a mayor cantidad de material reciclado se obtienen mayores prdidas por desgaste, pero a su vez se obtiene una mayor densidad que tiende a disminuir las prdidas. Estas dos tendencias hacen que, con un 10% de RAP en la mezcla, el porcentaje de prdidas sea el menor para cualquier contenido de betn, es decir, es la que presenta menores prdidas y un mejor comportamiento frente la abrasin. Las prdidas de la mezcla con 10% y 20% de RAP son muy similares, siendo las de la mezcla con 20% de RAP ligeramente superiores.

3.1.3. Sensibilidad al agua


5

Mediante el procedimiento descrito en la norma de ensayo EN 12697-12:2006 se analiza el efecto del agua sobre las mezclas bituminosas. Las probetas fabricadas para cada tipo de mezcla y para cada porcentaje de betn se separan en dos grupos; un grupo se ensaya en seco y el otro se ensaya tras haberlo sometido a un proceso de saturacin por vaco y haber permanecido 72 horas en un bao de agua a 40C. Los resultados medios del ensayo de Traccin Indirecta, realizado tanto en va seca como en va hmeda, se recogen en la Figura 4. Los resultados por va seca, Figura 4a, muestran una disminucin de la resistencia a traccin indirecta a medida que se incrementa el contenido de ligante. A su vez, se observa una tendencia a aumentar la rigidez de la mezcla a medida que aumenta el porcentaje de RAP en la mezcla, debido al efecto del ligante envejecido procedente del RAP que hace disminuir la penetracin del betn total de la mezcla. Los resultados por va hmeda, Figura 4b, muestran ligeras variaciones en la resistencia a traccin indirecta con el contenido de betn, sin que pueda establecerse una tendencia. El valor ms alto de resistencia a Traccin Indirecta se obtuvo para la mezcla con un 40% de RAP, con un contenido de betn del 5.25%. En cambio, si se observa una tendencia a aumentar la resistencia de la mezcla a medida que aumenta el porcentaje de RAP, debido al efecto del ligante envejecido procedente del RAP, tal como se ha comentado al analizar los resultados por va seca.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0%RAP 10%RAP 20%RAP 40%RAP

ITS

(M

pa

)

4.75% BM3c 5.25% BM3c 5.75% BM3c

a)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0%RAP 10%RAP 20%RAP 40%RAP

ITS

(M

pa

)

4.75% BM3c 5.25% BM3c 5.75% BM3c

b)

Figura 4. Resistencia a la Traccin Indirecta. a) Seco. b) Hmedo

Los ensayos tras inmersin en agua de las probetas permiten evaluar la sensibilidad al agua de las mezclas, a partir del cociente entre las resistencias a traccin indirecta de probetas hmedas y secas. La actual normativa espaola establecida en el PG-3 (O.C. 24/2008) establece que la resistencia conservada (ITSR) para mezclas discontinuas en caliente, tipo BBTM 11B, debe ser superior al 90%. En la Figura 5 se puede observar que este valor de resistencia conservada se cumple siempre, excepto para las mezclas con altos contenidos de RAP (20 y 40%) y un bajo contenido de betn, prximo al 4.75%. Este hecho condiciona el contenido ptimo de betn para estas mezclas. Es importante destacar que a medida que aumenta el contenido de RAP en la mezcla, la resistencia conservada disminuye, y a medida que aumenta el contenido de ligante, la resistencia conservada aumenta y la sensibilidad al agua de la mezcla es menor.

50

60

70

80

90

100

110

4.75% 5.25% 5.75%

ITS

R (

%)


Figura 5. Resistencia conservada a Traccin Indirecta


6

3.1.4. Resistencia a la fisuracin La resistencia a la fisuracin de las mezclas bituminosas se puede evaluar mediante el ensayo Fnix. El ensayo consiste en someter media probeta cilndrica, con una entalladura en la zona central de 5 mm de profundidad, a un esfuerzo de traccin con una velocidad de desplazamiento constante, a una temperatura deseada. Este ensayo permite evaluar la tenacidad y la resistencia a la fisuracin de las mezclas bituminosas a travs del clculo de la energa disipada en el proceso de fractura. Adems, permite obtener una serie de parmetros que describen el comportamiento mecnico de las mezclas, entre los que destacan la carga mxima a traccin, Fmax, el desplazamiento a carga mxima, Fmax, el desplazamiento de rotura, R, el ndice de rigidez a traccin, IRT, la energa disipada en el proceso de fisuracin, GD, y el ndice de tenacidad, IT (Prez et al., 2010). Los resultados medios obtenidos, para cada tipo de mezcla, se recogen en la Tabla 2.

Tabla 2. Parmetros caractersticos del ensayo Fnix

Tipo de Mezcla

Betn (%)

Fmax (kN)

Fmax (mm)

R (mm)

IRT (kN/mm)

GD (J/m2)

IT (Jmm/m2)

BBTM 11B 0% RAP

4.75 0.37 0.46 4.82 3.48 379 750 5.25 0.38 0.50 5.27 3.61 395 846 5.75 0.37 0.48 8.31 3.39 570 1746

BBTM 11B 10% RAP

4.75 0.47 0.30 4.27 4.75 350 507 5.25 0.48 0.41 4.99 4.57 439 786 5.75 0.46 0.37 5.49 4.29 468 944

BBTM 11B 20% RAP

4.75 0.63 0.32 3.07 6.04 339 339 5.25 0.62 0.33 4.10 4.44 424 540 5.75 0.56 0.41 5.25 4.32 484 708

BBTM 11B 40% RAP

4.75 0.94 0.30 3.85 6.85 523 425 5.25 0.86 0.28 3.91 6.06 521 571 5.75 0.81 0.33 4.13 5.99 486 430

En la Tabla 2 se observa cmo a medida que se incrementa el contenido de RAP en la mezcla, sta adquiere un comportamiento ms rgido, con elevadas cargas mximas (Fmx) acompaadas de menores valores en el desplazamiento de rotura (R). Este comportamiento se debe a la presencia de betn envejecido en el RAP que tiende a rigidizar la mezcla. A medida que se incrementa el contenido de ligante de nueva aportacin, los desplazamientos de rotura aumentan, debido a la mayor capacidad de deformacin de la mezcla. El parmetro R (mm de desplazamiento hasta rotura) permite diferenciar una mezcla frgil de una mezcla ms dctil. De los resultados se puede observar que la mezcla patrn es ms dctil que la mezcla reciclada, y que esa ductilidad aumenta a medida que aumenta el contenido de betn. Respecto a la variacin del ndice de rigidez a traccin (IRT) en funcin del contenido de RAP en la mezcla y del contenido de betn se observa que las mezclas con mayores IRT, ms rgidas, son las que presentan un mayor porcentaje de material reciclado, mientras que la mezcla patrn (0% RAP), que es ms flexible, presenta los valores ms bajos de IRT. Al aumentar el contenido de betn, el IRT disminuye puesto que el betn aporta ms flexibilidad a la mezcla. La energa disipada (GD), que se define como el trabajo realizado en el proceso de fisuracin dividido por el rea de fractura, aumenta a medida que aumenta el porcentaje de betn, excepto para la mezcla con el 40% de RAP, que prcticamente se mantiene en el mismo valor para los distintos contenidos de betn evaluados. Al aumentar el valor de la energa disipada, la mezcla presenta un mejor comportamiento a la fisuracin, debido que se requiere ms energa para iniciar y propagar las fisuras en el pavimento. Sin embargo, los resultados obtenidos no muestran grandes diferencias entre las mezclas evaluadas con distintos porcentajes de RAP y similares contenidos de betn. Por otra parte, la tenacidad (IT), que se define como la energa disipada en el perodo de relajacin multiplicada por un factor de fragilidad, indica que cuanto menor es la cantidad de material reciclado, la mezcla es ms tenaz, y a mayor cantidad de betn, esta tenacidad aumenta. La tenacidad de la mezcla es un indicador de la capacidad de la mezcla para mantener unidos sus componentes una vez ya ha alcanzado su resistencia mxima.

3.1.5. Reflexiones de la primera fase Los resultados de los ensayos de laboratorio realizados para caracterizar las propiedades volumtricas y mecnicas de las mezclas evaluadas en la primera fase han permitido establecer lo siguiente:


7

- Las mezclas recicladas presentan una cohesin y adhesividad, evaluadas mediante el ensayo Cntabro, adecuadas para los porcentajes de RAP considerados, siendo la mezcla con el 10% de RAP la que presenta mejores prestaciones para cualquiera de los contenidos de betn utilizados.

- El ensayo Fnix permite cuantificar cmo aumenta la rigidez y la fragilidad y disminuye la tenacidad de la mezcla al aumentar el contenido de RAP, y cmo se invierte esta tendencia al aumentar el contenido de betn para cada una de las mezclas.

- Las especificaciones sobre contenido de huecos en mezcla y resistencia conservada a traccin indirecta (ITSR) condicionan el contenido de betn a utilizar en las mezclas con porcentajes de RAP ms elevados (20 y 40% de RAP). As, para la mezcla con un 20% de RAP el contenido ptimo de betn estar en torno al 4.9% s.m. y para la mezcla con un 40% de RAP, en torno al 5.0% s.m.

- A partir de estos condicionantes, los contenidos de betn seleccionados para las pruebas de fabricacin en planta de las mezclas evaluadas en la segunda fase experimental fueron los siguientes: o BBTM 11B 0% RAP: 4.8 % s.m o BBTM 11B 10% RAP: 4.8 % s.m o BBTM 11B 20% RAP: 4.9 % s.m o BBTM 11B 40% RAP: 5.0 % s.m

3.2. Segunda fase En los apartados siguientes se presentan los resultados de los ensayos realizados sobre las probetas de las mezclas fabricadas en planta, en base a las frmulas de trabajo determinadas en la primera fase experimental.

3.2.1. Fabricacin en planta: temperaturas de mezclado y granulometras obtenidas Para comprobar la viabilidad de fabricar las mezclas diseadas en la primera fase del estudio en el laboratorio, se decidi hacer una prueba de fabricacin en una planta asfltica discontinua, no adaptada para la utilizacin de RAP en altas tasas. Para ello se fabricaron los cuatro tipos de mezcla con diferentes contenidos de RAP, empezando con la mezcla patrn, con un 0% de RAP, y despus con 10, 20 y 40% de RAP. Las temperaturas de los ridos, los tiempos de mezclado y la temperatura de la mezcla en el proceso de fabricacin se recogen en la Tabla 3. Como se observa en la Tabla 3, slo las mezclas con contenidos de RAP de hasta un 20% pudieron alcanzar una correcta temperatura de fabricacin, mientras que la mezcla con un 40% de RAP no alcanz suficiente temperatura para su puesta en obra, debido principalmente a que la planta no est adaptada para proporcionarle un pre-calentamiento previo al RAP. Al estar el RAP a temperatura ambiente en el momento del mezclado provoca una bajada en la temperatura final de la mezcla, an aumentando considerablemente la temperatura de los ridos. Por ello, la mezcla con un 40% de RAP no se continu fabricando. Las granulometras, contenidos de betn y las relaciones filler/betn de las mezclas fabricadas en planta se presentan en la Figura 6. Se observa cmo las curvas granulomtricas se ajustan a los husos establecidos para las mezclas discontinuas tipo BBTM 11B con pequeas diferencias respecto a las de las frmulas de trabajo propuestas en la primera fase. Estas pequeas diferencias, registradas tanto en las curvas granulomtricas como en el contenido de betn, pueden tener origen en la heterogeneidad propia de RAP como material, tal cual lo seala Valds et al. (2008). La mezcla con un 10% de RAP presenta un mayor contenido de finos que las otras mezclas evaluadas.

Tabla 3. Temperatura y tiempos de mezclado

Mezcla T

ambiente (C)

T rido en planta

(C)

T rido + RAP

(C)

Tiempo de amasada en

seco (s)

Tiempo de amasada en hmedo (s)

T betn (C)

T final de la

mezcla (C)

BBTM 11B 0% RAP 22 175 - 0 40 171 188

BBTM 11B 10% RAP 22 180 160 20 40 171 176

BBTM 11B 20% RAP 22 255 170 40 40 171 165

BBTM 11 B 40% RAP 22 280 140 80 40 171 140


8

Pasa

(%

)

TAMICES UNE

Huso BBTM 11B

0% RAP - Cont. Betn: 4.9% s.m. - Relacin f/b: 1.1

10 %RAP - Cont. Betn: 5.0% s.m. - Relacin f/b: 1.2

20 %RAP - Cont. Betn: 4.8% s.m. - Relacin f/b: 1.1

70

40

50

60

80

90

100

0

10

20

30

0.50

0 2 4

12.5 20 25 40

0.06

30.

125

0.25

0 8

Figura 6. Granulometras mezclas discontinuas recicladas fabricadas en planta

3.2.2. Densidades y contenidos de huecos Las densidades y contenidos de huecos medios obtenidos sobre las probetas elaboradas a partir de las mezclas fabricadas en planta, sin recalentamiento, se presentan en la Figura 7. Las densidades medias registradas en la Figura 7a fluctuaron entre los 2.089 y los 2.185 g/cm3, siendo muy similares a las obtenidas en las frmulas de trabajo. Al analizar el contenido de huecos promedio (Figura 7b), se observa que todas las mezclas evaluadas superan el valor mnimo del 12% especificado en la normativa para este tipo de mezclas. La mezcla fabricada con un 10% de RAP, presenta una mayor densidad y un menor porcentaje de huecos que el resto de mezclas; ambos aspectos pueden atribuirse al mayor porcentaje de finos, de filler y de betn, as como a la mayor relacin filler/betn de esta mezcla.

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

2.000

2.050

2.100

2.150

2.200

2.250

2.300

BBTM 11B 0% RAP

BBTM 11B 10% RAP

BBTM 11B 20% RAP

Des

via

cin

es

tn

dar

Den

sida

d (g

/cm

3)

TIPO DE MEZCLA

Densidad PromedioDesv. Estndar

a)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

16.0

17.0

BBTM 11B 0% RAP

BBTM 11B 10% RAP

BBTM 11B 20% RAP

Des

via

cin

es

tn

dar

Hu

eco

s (%

)

TIPO DE MEZCLA

Huecos PromedioDesv. Estndar

b)

Figura 7. Probetas de mezclas fabricadas en planta. a) Densidades. b) Contenidos de huecos

3.2.3. Prdidas por desgaste En la Figura 8 se muestran los resultados obtenidos en el ensayo cntabro, realizado sobre las probetas de mezcla fabricadas en planta. Las prdidas al cntabro obtenidas, tanto en seco como tras inmersin (24 horas a 60C), estn muy


9

por debajo de los mximos que estableca la normativa espaola en el PG-3 (15% en seco y 25% tras inmersin). As pues, las mezclas evaluadas presentaron una adecuada cohesin y adhesividad, al igual que en la primera fase.

0

5

10

15

20

25

30

0% RAP 10% RAP 20% RAP

% P

rd

ida

s


Seco Hmedo

Lmite superior prdidas en seco

Lmite superior prdidas en hmedo

Figura 8. Prdidas al cntabro de las probetas fabricadas en planta

3.2.4. Sensibilidad al agua Los resultados obtenidos en el ensayo de sensibilidad al agua por Traccin Indirecta realizados a las probetas de mezcla fabricadas en planta se pueden observar en la Figura 9. Las resistencias a traccin indirecta (ITS) obtenidas en seco y en hmedo, fueron muy similares entre s, por lo que la resistencia conservada (ITSR) de todas las mezclas fue superior al lmite mnimo de 90% establecido en la normativa, mostrando as las mezclas una adecuada adhesividad.

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00


ITS

(M

Pa

)

Contenido de RAP (%) - Mezcla BBTM 11B

Seco Hmedo

a)

50

60

70

80

90

100

110


ITS

R (

%)

Contenido de RAP (%) - Mezcla BBTM 11B

ITSR

b)

Figura 9. Resultados ensayo de sensibilidad al agua. a) ITS seco y hmedo. b) ITSR mezclas evaluadas

3.2.5. Resistencia a la fisuracin Los resultados medios obtenidos mediante el ensayo Fnix de las probetas fabricadas en planta se representan en la Figura 10. La resistencia mxima a traccin, Fmax, es muy similar en todas las mezclas evaluadas, mostrando una ligera tendencia a aumentar a medida que aumenta el contenido de RAP en la mezcla. La misma tendencia se observa en el ndice de rigidez a traccin (IRT). La mayor diferencia observada entre las mezclas radica en la mayor capacidad de deformacin (R), la mayor energa disipada (GD) y la mayor tenacidad (IT) de la mezcla fabricada con un 10% de RAP. Esto de nuevo puede ser debido al mayor contenido de finos, filler y betn observado en esta mezcla en comparacin con las otras dos. Sin embargo, como se puede observar en la Figura 10, aunque se aprecia esta diferencia, sta no es significativa.


10

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 1 2 3 4

Ca

rga

(KN

)

Desplazamiento (mm)

0% RAP

10% RAP

20% RAP

Fmax

(KN)

IRT

(KN/mm)

GD

(J/m2)

IT

(mm)

R(mm)

Fmax

0.35 0.56 3.79 1.94 298 472

0.37 0.55 4.36 2.33 373 708

0.38 0.50 3.81 2.77 312 497

(Jmm/m2)

Figura 10. Resultados del ensayo Fnix, T = 20C

3.2.6. Resistencia a las deformaciones plsticas ensayo de rodadura. Para evaluar la resistencia a las deformaciones plsticas de las mezclas se reprodujeron en laboratorio las mismas granulometras de las mezclas fabricadas en planta, fabricando para cada uno de los tipos de mezcla probetas prismticas para el ensayo de rodadura, de acuerdo a la norma UNE-EN 12697-22. El ensayo consiste en aplicar mediante la mquina de pista de laboratorio una carga constante sobre un neumtico estandarizado y que a su vez se apoya en la probeta de mezcla bituminosa. El marco que contiene la probeta se hace deslizar en la direccin perpendicular al eje del neumtico, en ambos sentidos de la marcha, cclicamente. El parmetro que define la resistencia a la deformacin plstica que tiene una mezcla es la pendiente de la curva de rodadura, WTS, entre los ciclos 5000 y 10000. Los contenidos de betn utilizados han sido del 4.9% s.m. para las mezclas patrn y con el 10% de RAP y del 5.0% s.m. para la mezcla con el 20% de RAP, correspondientes a cada una de las frmulas de trabajo establecidas en la etapa de diseo. En este ltimo caso, el contenido de betn es ligeramente superior al obtenido realmente en la mezcla fabricada en planta, por lo que la resistencia a la deformacin plstica obtenida en esta mezcla estara del lado de la seguridad. Los resultados obtenidos se recogen en la Figura 11. Las pendientes medias de deformacin obtenidas para cada mezcla en el intervalo de 5000 a 10000 ciclos (WTS) estn, para cualquiera de las tres mezclas, por debajo del valor especificado en la normativa espaola para la categora de trfico ms pesado (0.07 mm/1000 ciclos de carga). El mayor valor (0.063 mm/1000 ciclos) se obtiene para la mezcla con un 10% de RAP, que tal como se ha visto anteriormente, es la mezcla con menor contenido de huecos, debido al mayor porcentaje de finos y de filler de la mezcla fabricada.


11

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 5000 10000 15000 20000

De

form

aci

n

(mm

)

N de pasadas


WTS = 0.0633

(mm/1000 ciclos)WTS = 0.0562

(mm/1000 ciclos)

WTS = 0.0586

(mm/1000 ciclos)

Figura 11. Resultados del ensayo de rodadura

4. Conclusiones

Las mezclas discontinuas recicladas, fabricadas con porcentajes de RAP entre el 10 y el 40%, presentan una cohesin y adhesividad, evaluadas mediante el ensayo Cntabro, adecuadas, obtenindose unos valores de prdidas, tanto en seco, como en hmedo, muy por debajo de los mximos que se especificaban en la normativa espaola (O. FOM. 891/2004). Los resultados obtenidos en el ensayo de sensibilidad de las mezclas al agua, evaluados a partir de la resistencia conservada, fueron superiores al 90% establecido en la actual normativa espaola. El anlisis de la resistencia a la fisuracin de las mezclas, evaluada mediante el ensayo Fnix, no mostr grandes diferencias entre las mezclas estudiadas, obtenindose para todas ellas prestaciones similares. La resistencia a la deformacin plstica de las mezclas, obtenida a partir de la pendiente de deformacin del ensayo de rodadura, es adecuada, mostrando resultados por debajo del valor especificado para la categora de trfico ms pesado. Adems, se ha puesto de manifiesto que es posible fabricar mezclas discontinuas recicladas, con contenidos de RAP de hasta un 20%, an utilizando una planta convencional, no adaptada, sin un detrimento significativo de sus propiedades mecnicas. Estas propiedades se mantienen an con contenidos de hasta un 40% de RAP; sin embargo, la fabricacin en planta de mezclas con estos contenidos requiere su adaptacin para producir un pre-calentamiento previo del RAP que permita conseguir una correcta temperatura de fabricacin.

5. Agradecimientos

Los resultados que se exponen en el presente artculo son fruto de los trabajos de investigacin realizados en el marco del Proyecto OASIS, subvencionado por el Centro para el Desarrollo Tecnolgico e Industrial (CDTI) dentro del programa CENIT. Dichos resultados son, pues, propiedad exclusiva de las empresas que promueven dicho proyecto y que constituyen la Agrupacin de Inters Econmico OASIS CENIT, A.I.E.: IRIDIUM, OHLc, ABERTIS, SICE, INDRA, DRAGADOS, OHL, GEOCISA, GMV, ASFALTOS AUGUSTA, HIDROFERSA, EIPSA, PyG, CPS, AEC, TORRE DE COMARES.


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6. Referencias

KANDAL, P. S., RAO S. S., WATSON D. E.,YOUNG, B. Performance of recycled hot mix asphalt mixtures in State of Georgia, NCAT Report 95-01, National Center for Asphalt Technology, 1995.

MCDANIEL, R., ANDERSON, R. M. Recommended use of reclaimed asphalt pavement in the Superpave mix design method: Technicians Manual, Rep. No. 452, NCHRP, Transportation Research Board, National Research Council, Washington D.C., 2001.

MIR, R., PREZ, F. Caractersticas Mecnicas de las Mezclas Recicladas en Caliente, Revista Carreteras, Madrid, Espaa, N119, p. 29 -44, 2002.

PREZ, F., VALDS, G., MIR, R., MARTNEZ, A., BOTELLA, R. Fnix Test: development of a new test procedure for evaluating cracking resistance in bituminous mixtures. In Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Transportation Research Board of the National Academies, ISSN 0361-1981, Vol 2181/2010, pp 36-43, 2010.

VALDS, G., MARTNEZ A., PREZ F., Variability study of hot-mix asphalt with high rates of reclaimed asphalt pavement (RAP), Revista de la Construccin, ISSN 0717-7925, N 12, pp. 60-71, 2008.

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