Tesis (Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Geotecnia)

Los procesos de «fresado» se hacen de manera rutinaria en las actividades asociadas al mantenimiento de vías que cuentan con una capa de rodadura de concreto asfáltico. Este proceso deja como «material de residuo» todo el concreto asfáltico retirado o RAP por sus siglas en inglés (Reclaimed Asphalt Pavement), el cual en países como Estados Unidos se ha venido reutilizando desde 1996, llegando al punto de poder ser utilizado en la elaboración de nuevas mezclas asfáltica que cumplan con las especificaciones y las propiedades exigidas para conformar capas asfálticas en una estructura de un pavimento nuevo o rehabilitado. Sin embargo, esta no es una práctica común en Colombia, en donde en el mejor de los casos se utiliza este material para la conformación de bases estabilizadas o de manera más sistemática para mezclas asfálticas frías en capas de relleno, reduciendo considerablemente los beneficios medioambientales y económicos que se podrían obtener al hacer uso de este material en capas de base asfáltica o de rodadura de la estructura de pavimento.
Con el objetivo principal de determinar el efecto que tiene el RAP en las mezclas asfálticas y basándose en metodologías de investigaciones realizadas en países que se encuentran a la vanguardia en el aprovechamiento del RAP, se procedió a realizar mezclas asfálticas tibias con espumado a las cuales se les agregaron diferentes cantidades de RAP, partiendo del 40% que corresponde al máximo permitido por el ARTÍCULO 462 del capítulo 4 de la normativa INVIAS y superando este umbral, particularmente en concentraciones del 50% y 60%.
El comportamiento expuesto por estas mezclas frente a los esfuerzos de tracción indirecta y susceptibilidad a la humedad fue comparado con el desempeño presentado por una mezcla tibia con espumado sin RAP y el de una mezcla caliente tradicional.
Los ensayos realizados se centraron en comprobar el contenido de asfalto óptimo sugerido por el proveedor de las mezclas asfálticas, mediante pruebas de estabilidad/flujo. Una vez se comprobó el cumplimiento de los valores de estabilidad y flujo, así como de vacíos con aire de la mezcla, se procedió a caracterizar el RAP obtenido, determinando la granulometría que aportan sus agregados y la cantidad y proporción de agregados vírgenes que se debían adicionar para cumplir con la franja granulométrica de una mezcla MDC-19.
Los agregados vírgenes junto con el RAP fueron calentados a las temperaturas propuestas para estimar su compactabilidad mediante el parámetro «N92», que corresponde a la cantidad de giros que debe realizar el «Superpave Giratory Compactor» (SGC) para que la mezcla alcance el 92% de su gravedad específica máxima (Gmm). Esto significa que, a mayor cantidad de giros requeridos por el SGC, la compactabilidad de la mezcla es menor, puesto que se requiere de un esfuerzo mayor para lograr que la mezcla alcance la densidad deseada.
Una vez determinadas las temperaturas de mezcla y compactación, así como el contenido de asfalto y granulometría de la mezcla, se procedió con la elaboración y compactación de las tres (3) briquetas necesarias para cada ensayo (tracción indirecta en condición seca y húmeda). Todos los ensayos se realizaron para los 5 tipos de mezclas propuestos, a saber, una mezcla caliente de control (MC), una mezcla tibia con espumado (MT), una mezcla tibia con espumado y 40% de RAP (MT40), una mezcla tibia con espumado y 50% de RAP (MT50) y por último una mezcla tibia con espumado y 60% de RAP (MT60). Todas las mezclas tibias anteriormente mencionadas fueron fabricadas con las condiciones de temperatura y concentración de agua establecidas como óptimas para la elaboración de la espuma de asfalto, y con la temperatura de agregados determinada como la más adecuada en los ensayos de compactabilidad.
Posteriormente se planteó la elaboración de mezclas tibias con espumado compactadas a una temperatura de agregados inferior, conservando los parámetros establecidos para la espuma de asfalto, estas mezclas incluyeron 50% de RAP (MT50-135) y 60% de RAP (MT60-135). Todas las mezclas mencionadas anteriormente, con una granulometría que cumpla con los valores promedio estipulados en la especificación INVIAS para una mezcla tipo MDC-19, aclarando que existe cierta incertidumbre en la granulometría dada la variabilidad del RAP. Así mismo, los ensayos planteados con miras a determinar la resistencia a la tensión indirecta y susceptibilidad a la humedad de las mezclas analizadas (INV-E-725-13 – «Evaluación de la susceptibilidad a agua de las mezclas de concreto asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta»), fueron realizados cumpliendo con los periodos, procedimientos y temperaturas de acondicionamiento establecidos en su respectiva norma de ensayo INVIAS.
Al lograr reducir las temperaturas de calentamiento de los agregados entre 20°C y 40°C para la fabricación de las mezclas tibias con espumado en comparación con la mezcla caliente tradicional, según Dinis-Almeida & Afonso (2015) se consigue ahorrar entre 1 y 2 litros de combustible por tonelada de concreto asfáltico fabricado, esto se traduce en una disminución de entre 2 a 7 kg CO2 que dejan de trasladarse a la atmósfera. Por otro lado, es importante tener en cuenta que, según Zaumanis et al. (2016), la utilización de contenidos de RAP comprendidos entre 40% y 60% representan un ahorro de alrededor de 15 a 30 dólares por tonelada de mezcla fabricada, así mismo, según Lyubarskaya et al. (2017), la inclusión de por lo menos 40% de RAP en las mezclas asfálticas se traduce en un ahorro de 6.8 dólares por tonelada de asfalto en los costos de rehabilitación de la capa de rodadura.
La mezcla tibia con espumado y mayor contenido de RAP (60%) presentó la menor susceptibilidad a la humedad, alcanzando un valor de TSR igual al 89%, muy similar a los de las mezcla tibia con 50% de RAP (TSR 87%) y superando ampliamente al de la mezcla caliente de control (TSR82%). Por otro lado, la mezcla caliente de control fue la que mayor cantidad de trabajo requirió para llegar al fallo requiriendo 1992 kgxmm, superando a la mezcla tibia con 60% de RAP (1737 kgxmm) y a la mezcla tibia con 50% de RAP (1553 kgxmm), destacando que, si bien las mezclas con mayor contenido de RAP soportaron esfuerzos máximos mayores, exhibieron una mayor rigidez y menor capacidad de deformación antes del fallo. La mezcla tibia con espumado y sin RAP tuvo el más bajo desempeño en todos los parámetros evaluados.
Al reducir la temperatura de elaboración de las mezclas tibias con espumado y RAP se redujo considerablemente su desempeño a nivel general, generando incumplimiento en los valores de susceptibilidad al agua requeridos por la normativa aplicable, esto estableció un límite inferior en la temperatura de fabricación de estas mezclas para la presente investigación, puesto que al utilizar una temperatura de calentamiento de agregados inferior a 140°C, las resistencias tanto a la tensión indirecta de las mezclas fabricadas, se redujo entre un 16% y 20% en condición seca y de 29% a 32% en condición húmeda.
Finalmente, con los resultados del estudio se puede considerar la elaboración de mezclas asfálticas tibias con espumado y concentraciones de RAP superiores al 60%, evaluando aspectos tales como su resistencia a la fatiga y la reducción de costos en las labores de fabricación y compactación de las mezclas, determinando así el beneficio económico neto, puesto que como se pudo observar, las mezclas con RAP presentan menor resistencia la fatiga y compactabilidad, en comparación con una mezcla caliente tradicional.