Mechanical performance of half-warm mix recycled asphalt mixtures containing total rates of reclaimed asphalt pavement for their use in road pavements

Abstract

Las carreteras suponen la principal infraestructura en el desarrollo socioeconómico de un país. Sin embargo, el paso repetido de vehículos y la afección de agentes climáticos provocan su deterioro y falta de seguridad para los conductores, lo que lleva a recurrir a operaciones de conservación y mantenimiento para devolver la funcionalidad del firme. En este sentido, la tecnología de mezclas templadas recicladas (MTR) fabricadas, extendidas y compactadas por debajo del punto de ebullición del agua (100 ºC > MTR ≥ 65 ºC) representan una solución de gran potencial e interés para la reducción de emisiones contaminantes de efecto invernadero (GEI), materias primas (áridos y betún) y consumo energético (fuel and gas-oil) durante la producción y puesta en obra de las mezclas bituminosas. No obstante, a pesar de las ventajas técnicas, sociales, medioambientales y económicas ofrecidas por esta tecnología, las mezclas templadas con tasas de revalorización de 100% de árido reciclado (RAP) es una técnica aún en desarrollo que requiere mayor estudio y experiencias que avalen su durabilidad y prestaciones para situarse como una técnica de desarrollo sostenible. En este sentido, se ha detectado que esta tecnología carece de una normativa técnica para su diseño y caracterización, así como de una metodología específica para la fabricación y compactación de probetas en el laboratorio. Para tal fin, se han elegido y comparado tres métodos de compactación habitualmente utilizados en España, como son: el ensayo de (1) resistencia a compresión simple de mezclas bituminosas por la acción de doble émbolo (NLT-161/98); (2) probetas preparadas mediante compactador de impactos (EN 12697-30:2013); y (3) preparación de probetas mediante el compactador giratorio (EN 12697-31:2012). Para la consecución de lo anterior, se han preparado y fabricado una media de tres probetas cilíndricas en función de las diferentes energías de compactación, para cada uno de los contenidos de emulsión (2.5% y 3.0% del peso total del RAP), utilizando para ello un ligante con una penetración relativamente baja (50/70) y otro de carácter rejuvenecedor de penetración relativamente alta (160/220). Para tal fin, se ha llevado a cabo un estudio de compactación, estableciendo una presión de consolidación vertical de 600 ± 18 kPa, un ángulo de giro de 0.82º y velocidad de giro de 30 rpm, con el objeto de determinar y comparar el contenido de huecos, densidad, resistencia a tracción indirecta (RTI) y módulo en función del contenido de emulsión previamente establecido. Con el porcentaje óptimo de emulsión una vez calculado, se procedió a la fabricación de probetas para someterlas a un periodo de curado/secado acelerado de tres días (72 h) a 50 ºC, en estufa de convección forzada, para evaluar el efecto de este tratamiento en el desarrollo de prestaciones mecánicas en laboratorio. Las prestaciones se evaluaron mediante el ensayo de resistencia a tracción indirecta (EN 12697-23), módulo de rigidez (EN 12697-26), ensayo de rodadura (EN 12697-22) y resistencia a fatiga a cuatro puntos (EN 12697-24) sobre probetas prismáticas, como parte del proceso de optimización del diseño de la mezcla. La densidad superficie saturada seca (SSS) de las probetas prismáticas para el ensayo de rodadura fueron compactadas por encima del 98% de la densidad obtenida en las probetas cilíndricas preparadas con 70 ciclos de carga para la determinación de las prestaciones volumétricas y mecánicas en laboratorio. Posteriormente, para evaluar la veracidad de la reproducibilidad de la fórmula de trabajo de laboratorio, se tomaron un conjunto de muestras tras la fabricación. Para tal fin, se ha verificado que las muestras cumplan con una precisión al tres por mil (± 0.3%) del contenido óptimo de betún establecido en la fórmula de trabajo. Además, se llevó a cabo una campaña de extracción de testigos tras la compactación para verificar que se haya alcanzado un porcentaje mínimo del 98% de la densidad de referencia en la capa de rodadura con el empleo de equipos de compactación convencionales utilizados para el extendido de mezclas bituminosas en caliente (MBC). Los resultados del control de calidad, tras la fabricación y compactación (EN 12697-27:2018: Toma de muestras), arrojaron e indicaron que las mezclas templadas recicladas con tasas del 100% de RAP (2.5% emulsión) cumplen con los valores mínimos de sensibilidad al agua (ITSR>75%), según el Art. 20 del PG-4: “Reciclado in-situ con emulsión de capas bituminosas”; además, éstas cumplen con el porcentaje mínimo de adhesividad árido-ligante para capa de base e intermedia del 80% y 85% para capas de rodadura, según lo estipulado por el pliego de prescripciones técnicas generales del Art. 542 del PG-3. Estas mezclas también cumplen con la pendiente máxima de deformación en pista por debajo del 0.15 (mm/1000 ciclos de carga), entre los 5.000 y 10.000 ciclos de carga, con una profundidad proporcional de la rodera (PRDAIRE) siempre por debajo del 5%, para categorías de tráfico bajos o intermedios y zonas térmicas estivales de temperatura media o templada en España. En resumen, se puede decir que los resultados de los ensayos mecánicos realizados sobre los testigos con 2.5% de emulsión presentaron buenos valores de huecos, módulo, sensibilidad al agua y resistencia a tracción indirecta, en seco y en húmero, siempre por encima de lo mínimo establecido de 1.7 y 1.3 MPa, de acuerdo a las normas técnicas españolas del Art. 20 del PG-4. Además, las mezclas templadas con 100% RAP (2.5% y 3.0%) presentaron una resistencia a fatiga, a 20 ºC, y una microdeformación (ϵ_6), similar a la de una mezcla bituminosa en caliente, incluso el 3.0% de emulsión presentó una mayor vida de fatiga que el resto de las mezclas estudiadas. Por otro lado, se llevó a cabo la evaluación de la recuperación de daño de mezclas templadas recicladas con tres contenidos de escoria (0%,4% y 8% de EAFS) desde el Laboratorio de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Para ello, se ha seleccionado y utilizado un tratamiento termo-mecánico, es decir un método de recompactación o inducción de presión mecánica (0, 25 y 50 ciclos de carga), junto con tres temperaturas de calentamiento por microondas (25 ºC, 60 ºC y 80 ºC), con el fin de conocer el grado de auto-reparación de las mezclas, tras la aplicación de 15 pulsos de carga del tipo sinusoidal para la determinación del módulo, a 20 ºC, seguido de una carga diametral vertical a una velocidad de deformación constante de 50 ± 2 mm/min, para determinar la cohesión interna a 15 ºC. Los resultados de esta investigación indicaron que (1) la incorporación de escoria incrementa el rendimiento energético con tratamiento de microondas; (2) la recompactación fue crucial para incrementar la densificación y la tasa de auto-reparación de las mezclas estudiadas; (3) los ratios de auto-reparación pueden llegar al 140% de las prestaciones mecánicas iniciales en términos de módulo y tracción indirecta; (4) y que resulta un tratamiento prometedor para extender la vida de servicio y las tareas de conservación y mantenimiento de mezclas templadas recicladas con 100% de RAP.