MÓDULO 8: EL RECICLADO COMO FORMA DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Curso impartido a los sobrestantes del Departamento de Obras de la Intendencia Departamental de Durazno (año 2021).

Autor: Ing. Jesús Daniel Piñeyro Ribero

1 - INTRODUCCIÓN

Una vez concluida la vida útil de un pavimento (de tratamiento bituminoso o de mezcla asfáltica), estos pueden presentar importantes deterioros que implican una rehabilitación.

Debemos considerar que lo que normalmente se deterioran son los ligantes (emulsiones, diluidos asfálticos o cemento asfáltico), mientras que los agregados pétreos conservan muchas de sus propiedades. En muchos de estos casos el material granular debajo del pavimento conserva un buen estado o un estado regular.

En vez de quita rel pavimento envejecido como tradicionalmente se hacía, por qué no RECICLAR el mismo para lograr su estabilización?

Estabilizar significa mejorar las propiedades de un pavimento mezclándolo con la capa de base debajo y también con un agente estabilizador (ej: cemento portland). Se necesita para esta tarea que la capa de base y las subyacentes no muestren señales de daño.

Al estabilizar se construye una nueva capa de base que va a servir de asiento para el nuevo pavimento que se construya encima.

Lo novedoso del reciclado es el empleo de un equipo reciclador recicladora. La recicladora cuenta con un tambor fresador que lo que hace es arrancar el pavimento existente junto con los primeros centímetros del material granular debajo(15-25 cm), y mezclarlo con el agente estabilizador. Detrás del equipo en su paso queda el material estabilizado tendido.

Se puede realizar el reciclado de un suelo de material granular (no pavimentado) con la finalidad de mejorar su capacidad portante. El principio de trabajo es casi el mismo, el tambor arranca los primeros centímetros de la capa de base (15-25 cm) y lo mezcla con el agente estabilizador. Detrás del equipo en su paso queda el material estabilizado tendido.

Claro está que este equipo no trabaja solo, sino que forma parte de un tren de trabajo formado por:

► Vehículo con el agente estabilizador

► Camión regador de agua

► Recicladora

► Motoniveladora

► Rodillo pata de cabra

► Rodillo liso

► Rodillo neumático

Todos estos equipos deben estar presentes al momento del reciclado, no puede faltar ninguno. Para ello se recomienda hacer un chequeo de los mismos antes del trabajo para minimizar las probabilidades de falla. Si alguno de estos equipos se para, se detendrá todo el tren de trabajo. Se recomienda tener en obra equipos de reemplazo en el caso de que algún equipo del tren de trabajo falle.

2 - OBJETIVOS DE LA ESTABILIZACIÓN

En la estabilización de suelos se persiguen los siguientes objetivos:

► Incrementar la capacidad portante o soportede la base existente.

► Al mejorar la capacidad portante de la base se puede llegar a reducir espesor del nuevo pavimento que se construya encima.

► Re-utilizar (reciclar) estructuras de pavimentos existentes.

► Reducir la explotación de nuevas canteras.

► Reducir distancias de transporte.

► Adaptarse a materiales locales (material de la capa de base existente).

► Reducir procesos de trituración.

3 - TIPOS DE ESTABILIZACIONES

Podemos diferenciar 3 tipos de estabilizaciones:

► Tópica

► Íntima

► Externa

3.1 - Estabilización tópica

Consiste en el riego del estabilizador sobre la superficiede la base.

3.2 - Estabilización íntima

Es una mezcla íntima entre la base granular y el estabilizador mediante un equipo mecánico que lo hace posible (recicladora).

3.3 - Estabilización externa

No altera la composición del suelo ya que consiste en el tendido de una geomalla debajo de la capa granular o encima de la subrasante.

4 - TIPOS DE RECICLADO DE PAVIMENTOS

En función de la profundidad a la que se haga el reciclado se podrá hablar dos opciones para el mismo:

► Reciclado profundo.

► Reciclado a profundidad parcial.

4.1 - Reciclado profundo

El reciclado profundo consiste en pulverizar la capa asfáltica (mezcla asfáltica o tratamiento bituminoso) para luego mezclarlo con parte del material subyacente. De esta manera se produce una nueva capa saneada de daños que servirá de apoyo a nuevas capas.

4.2 - Reciclado a profundidad parcial

En este caso se reciclan los primeros centímetros del espesor del pavimento manteniéndose el deterioro que hay debajo, por lo que la duraciónes previsiblemente menor. Esto es conveniente cuando hay grandes espesores de pavimento (mezclas asfálticas).

5 - AGENTES ESTABILIZADORES

La estabilización de suelos se realiza utilizando:

► Ligantes asfálticos.

► Agentes cementantes.

► Otros aditivos químicos.

5.1 - Ligantes asfálticos

El reciclado utilizando ligantes asfálticos como agente estabilizador hace referencia a:

► Diluidos asfálticos

► Emulsiones

► Espuma de asfalto

El primer agente estabilizador de la línea de los asfaltos en ser utilizado fueron los diluidos asfálticos. Este agente cayó en desuso por dos motivos: primero, es anti-ecológico y; segundo, su empleo se dificultaba cuando el suelo a estabilizar presentaba cierta plasticidad (elevado contenido de agua) ya que el diluido asfáltico y el agua no son miscibles.

Por estos motivos los diluidos fueron sustituidos por las emulsiones.

Si bien las emulsionescomo agente estabilizador siguen siendo de uso, perdieron relevancia frente al estabilizado utilizando espuma de asfalto.

5.2 - Agentes cementantes

Los agentes cementantes comprenden:

► Cemento portland.

► Cal.

► Cenizas.

5.3 - Otros aditivos químicos

Dentro de “otros aditivos químicos” se encuentran las sales y los aditivos NT (No Tradicionales).

Las sales que se emplean son de tipo: cloruro de sodio, cloruro de magnesio y cloruro de calcio.

Las investigaciones demuestran que el único aditivo químico que no requiere superficie de rodadura es el cloruro de magnesio, en otras palabras, esta sal mejora el desempeño aún mas de lo que hacen los estabilizadores tradicionales (cementos y asfaltos).

Los aditivos no tradicionales pueden ser de dos tipos:

► Residuos industriales.

► Formulaciones.

Los Residuos industriales (enzimas y aceites sulfonados) se aplican mezclándolos con el suelo.

Las Formulaciones (polímeros) son elaboradas por alguna empresa química para estos efectos de estabilización. No se conoce la fórmula química de tales polímeros al no ser proporcionada por el laboratorio fabricante. Para su empleo se debe seguir las instrucciones del folleto técnico brindado por el proveedor. Muchas veces los polímeros se aplican en forma tópica, o sea, como riego encima de una base granular.

Para el ingeniero es muy complejo su empleo ya que esos aditivos no tienen respaldo bibliográfico.

A modo de conclusión, para tener éxito en la estabilización se requiere de un buen conocimiento de ingeniería. Se recomienda dar prioridad al uso de agentes tradicionales (cemento y asfalto) antes que el empleo de materiales de ingeniería no tradicionales. Se debe ser cauteloso con el uso de materiales no tradicionales, en particular los residuos industriales.

En este curso nos centraremos en el uso de dos agentes estabilizantes de uso frecuente en nuestro país:

► Cemento portland

► Espuma de asfalto

6 - ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO PORTLAND

La estabilización con cemento portland se aplica principalmente a los suelos como forma de mejorar la capacidad portante de los mismos.

6.1 - Ventajas y desventajas de la estabilización con cemento portland Ventajas: ► Mejora la resistencia. ► Permite la estabilización de suelos marginales. ► Mayor estabilidad mecánica ante las variaciones de humedad. ► No se producen ahuellamientos.

Desventajas:

► Baja resistencia al desgaste producidopor el rozamiento de las ruedas de los vehículos, es por eso que es necesario encima colocar una capa de rodadura. ► Gran potencialde fisuración si se utilizamal. Lo de la fisuración se controla con elbajo contenido de cemento. ► Al igualque el hormigón, la base cementada tendrábuena resistencia a la compresión pero muy baja resistencia a la tracción.

6.2 - Procedimiento constructivo Los pasos constructivos para la estabilización con cemento son los siguientes: ► Distribución del agua. ► Distribución del cemento. ► Mezclado. ► Compactación. ► Curado.

6.2.1 - Distribución del agua

Unas horas antes del estabilizado se riega agua sobre la base preparada para tal fin. El laboratorista saca muestras en distintos lugares del suelo mojado para determinar la humedad de cada muestra.

Entre todos los valores de humedad obtenidos en el laboratorio se toma el promedio como el valor representativo de la humedad del suelo justo antes de la estabilización. Conociendo este valor de humedad se calcula la diferencia para alcanzarla humedad óptima que necesitael suelo cemento. Esa diferencia de humedad para llegar a la óptima es comunicada al maquinista de la recicladora, el cual programará la computadora del equipo para inyectaresa humedad faltante a la mezcla y así llegar a la humedad óptima.

6.2.2 - Distribución del cemento

Se puede distribuir manualmente sacos de cemento, de manera de asegurar la cantidad necesaria de kg de cemento portland por m2 de superficie. La alternativa es utilizar una esparcidora cemento. Con respecto a la dosificación, una cantidad usual es de 20 kg/m2 en una profundidad de estabilización igual a 20 cm.

6.2.3 - Mezclado

El mezclado se puedehacer con la motoniveladora, teniendo la desventaja de que se deben hacer muchas pasadas de este equipo para tener el cemento uniformemente mezclado con el material de la base granular.

En la siguiente imagen puede apreciarse la diferencia entre un suelo bien mezclado y otro en el cual la mezcla no fue homogénea.

La homogenización del cemento en la mezcla con el material granular de la base elimina la formación de baches. El disgregado de los grumos del suelo durante el mezclado es determinante para alcanzar buenas resistencias. Esto se logra eficazmente con el uso de la recicladora en vez de la motoniveladora.

La recicladora se engancha al camión regador de agua mediante una lanza, y es la recicladora la que va empujando al camión regador de agua. De este último sale una manguera que llega a la recicladora para alimentarla de agua y con ella ejecutarla mezcla.

6.2.4 - Compactación

La compactación debe terminar antes que termine el plazo de trabajabilidad. Este plazo es de 2 horas a partir de realizada la mezcla. La resistencia depende no solo de la cantidad de cemento, sino que también depende significativamente de la densidad alcanzada. Como regla general, 5% de reducción de densidad reduce la resistencia en un 25%. La compactación realizada fuera del período de trabajabilidad puede provocar fisuras en el suelo estabilizado.

Es importante concluir los trabajos de compactación dentro del tiempo de trabajabilidad para no dañar la resistencia final de la capa. Del mismo modo, es necesario indicar que cuando se compacta por franjas la compactación de cada franja deberá ser concluida antes de terminar el tiempo de trabajabilidad de la franja de al lado para así evitar la junta longitudinal fría, que puede llegar a reflejarse en la capa de rodadura.

La compactación primaria puede hacerse con rodillo pata de cabra cuando el suelo es muy plástico.

También, el pata de cabra se utiliza para uniformizar la compactación que realizaron las ruedas de la recicladora en su tránsito (solamente en su huella quedó la compactación). En suelos finos y plásticos tambiénse puede utilizarel rodillo neumático tanto para compactación como para sellado.

6.2.5 – Curado

El curado se puede hacer medianteel riego con agua. En este caso, se debe mantener humedecida la superficie del estabilizado durante7 días. Otra forma es ejecutando por encima un riego de imprimación.

6.3 - Inconvenientes del estabilizado con cemento portland

Todo material que se estabiliza en base a cemento portland sufre el fenómeno de retracción por secado, el cual produce fisuras en la capa estabilizada que fácilmente se propagarán a la superficie asfáltica. Por eso se requiere controlar esta fisuración mediante las diferentes técnicasde pre- fisuración:

► Vibración

► Juntas de dilatación

► Capasantirreflejo

6.3.1 - Vibración

Tras el extendido y compactado de la capa reciclada con cemento, se realiza el curado. En un lapso no superior a las 72 horas, se procede a provocar la microfisuración mediante el paso de un rodillo liso que se desplaza a baja velocidad (4km/hr aprox.), vibrando a máxima amplitud y baja frecuencia. Esta técnica es sencilla y de bajo costo, recomendándose continuar con el curadode la forma normal posteriora la micro-fisuración.

6.3.2 – Juntas de dilatación

Consiste en la ejecución de juntas transversales y longitudinales en fresco con una separación de las juntas transversales de entre 2,5 y 3,5 m, antes de la compactación. Empleando maquinaria adecuada se realiza un surco en la totalidad de la capa reciclada o en un espesor menor, para luego introducir un producto adecuado que no permita que la junta se cierre de nuevo. Para esto se podrá emplear emulsiones asfálticas de rotura rápida, cintas o láminas flexibles u otro material.

6.3.3 – Capas antirreflejo

Esta capa antirreflejo puede ser una capa granular, una capa asfáltica reforzada con fibras, una capa asfáltica abierta, geosintéticos u otros materiales. La finalidad de la capa no es más que impedir el reflejo de las fisuras de la capa reciclada a la superficie.

7 - ESTABILIZACIÓN CON ESPUMA DE ASFALTO La técnica de asfalto espumado se emplea principalmente en el reciclado pavimentos asfálticos, pero también se ha extendido a la estabilización suelos.

El proceso de construcción requiere de equipos de alta tecnología, ya que este caso no es como el reciclado con cemento o con cal en los que puedo hacer la mezcla empleando la motoniveladora. Para el reciclado con asfalto se necesita indispensablemente de un tren de trabajo: camión regador de agua, cisterna de asfalto, recicladora, motoniveladora, pata de cabra, rodillo liso y rodillo neumático; ninguno de estos equipos puede faltar.

La estabilización con asfalto espumado se puede aplicar tanto en pavimentos como en suelos.

► Reciclado profundo en frío de pavimentos asfálticos:

Consiste en la recuperación del material de un pavimento asfáltico existente, el cual es mezclado in-situ con asfalto espumado y adiciones (cemento o cal) para formar una nueva base. Se llama profundo porque comprende la capa asfáltica y la capa de base (total o parcial).

► Estabilización de suelos

Consiste en la estabilización de suelos de relativa baja plasticidad (IP˂16) con asfalto espumado y con el material granular de la base sin pavimentar.

Elaboración de la espuma de asfalto

En el proceso de producción de asfalto espumado se inyecta a presión una pequeña cantidad de agua fría (1 a 3% del peso del asfalto) al asfalto caliente (170-180°C) provocando de esta manera una expansión del asfalto. El agua pasa al estado gaseoso al encontrarse con asfalto tan caliente generando burbujas gaseosas dentro del asfalto lo cual causa la expansión de este último. Esta expansión luego permite cubrir todas las partículas del agregado. La elaboración de la espuma ocurre dentro de la recicladora en la llamada cámara de expansión, inyectándose desde ella el asfalto espumado en el material que es arrancado por el tambor fresador.

Procedimiento constructivo

El procedimiento constructivo se puede dividir en dos fases:

► La primera fase consiste en el tren de equipos para el reciclado o mezclado.

► La segunda consiste en el tren de equipos para el perfilado y la compactación (primaria y secundaria).

El cemento se puede esparcir a mano porquelo que se necesita es muy poco para el reciclado.

Luego viene el camión del agua, el camión cisterna con asfalto y detrás el equipo reciclador. Estos vehículos van conectados por una lanza y es el equipo reciclador el que empuja a los otros vehículos mencionados.

La compactación primaria consiste en el pasaje del pata de cabra y del rodillo liso detrás del equipo reciclador. El motivo de esta es que el equipo reciclador compacta con sus ruedas la mezcla que va tendiendo y, para uniformizar esta compactación, es que viene detrás el pata de cabra y el rodillo liso.

La compactación secundaria consiste en el paso de la motoniveladora para perfilar el reciclado realizado y darle la sección transversal adecuada. Luego se compacta el material removido en el perfilado con el cilindro liso y el neumático.

Se deja secar el reciclado compactado y se aplica un riego de liga o adherencia después. Encima se tiende la capa de rodadura.

Después de ejecutada la capa de rodadura se puede liberar al tránsito.

Algunos puntos a tener en cuenta:

► Temperatura del asfalto: en la noche anterior ya se debe dejar la planta calentando el asfalto. Este tiene que estar caliente para cuando llegue el camión a la planta y tiene también que llegar a la obra con el asfalto caliente pronto para espumar. El camión luego debe volver vacío (hay que utilizarlo todo), porque lo contrario implica recalentar el asfalto.

► Verificación y reemplazo de puntas: tener todas las puntas cambiadas si es que están gastadas para no afectar la camisa y el tambor. Puede acontecer que un daño en la camisa haya que repararlo en Alemania.

► Verificación del estado de los equipos: cada uno de los equipos del tren tiene que estar en buenas condiciones. Pensemos que si uno de estos equipos llegara a fallar se tiene que parar el reciclado entero (y el asfalto se enfría). Vale la pena tener equipos de reemplazo por las dudas.

Al gual que con el cemento, la mezcla para el reciclado puede producirse en planta, lo cual trae como ventaja poder hacer las correcciones granulométricas necesarias.

Para ello, en la planta se dispone de acopios de material granular para poder hacer un mejor seguimiento de la dosificación que cuando se trabaja in-situ. Si logramos en obra una ubicación estratégica de la planta (para disminuir las distancias de transporte), puede llegar a ser este procedimiento más barato que reciclar in situ.