*Por María Carolina Buscaglia, Ignacio Zapata Ferrero y Gerardo Botasso del Centro de Investigaciones Viales LEMaC UTN FRLP – CIC PBA y por Adrián Segura del CINTEMAC UTN FRC.
Con el fin de brindar la adecuada seguridad y confort a los usuarios que transitan las carreteras, se diseñan mezclas asfálticas de bajo espesor, conformadas por granulometrías del tipo abiertas junto con asfalto modificado, denominadas microaglomerados discontinuos en caliente. De esta forma se obtienen parámetros de macro y micro textura adecuados para el paso de los vehículos. Para su elaboración se utilizan asfaltos modificados con polímeros vírgenes, los cuales le otorgan mejoras en el desempeño frente a asfaltos convencionales. En estudios previos, se evalúa la sustitución de los polímeros, por el polvo de neumático fuera de uso, utilizando un residuo que se genera en grandes cantidades en Argentina, obteniendo buenos resultados.
En el presente trabajo se evalúa una mezcla abierta de granulometría discontinua en la cual se analiza la incorporación de polvo de caucho pretratado en un entorno del 0,8 % a 1,5 % del total de la mezcla. De esta forma se reemplaza el uso de asfaltos modificados con polímeros vírgenes. Se realizan ensayos de caracterización y desempeño de las mezclas elaboradas, determinando que la incorporación de este material permite obtener resultados satisfactorios para las especificaciones vigentes.
Introducción
Las mezclas asfálticas del tipo microaglomerado discontinuo en caliente se elaboran en líneas generales con un espesor que varía entre los 2 y 4 cm. Para obtener estos espesores se utilizan granulometrías conformadas por piedras partidas con tamaños máximos nominales de 12 mm. El objetivo general de utilizar este tipo de mezclas es generar macro y micro textura. La macro textura depende de la discontinuidad granulométrica que presente la mezcla asfáltica y proporciona la seguridad necesaria entre el neumático y la calzada mediante la fricción que se genere. Por otra parte, la micro textura se asocia a la rugosidad superficial de los agregados y colabora con la evacuación del agua que se tiene en superficie. Estos parámetros deben garantizar las condiciones de tránsito y confort adecuados a los usuarios.
Según las especificaciones técnicas vigentes en Argentina, este tipo de mezclas se realizan con asfaltos modificados con polímeros vírgenes. La inclusión de este tipo de cementos asfálticos pretende garantizar las condiciones de vida útil de este tipo de mezcla. Surge como alternativa la utilización de asfaltos modificados con polvo de neumático fuera de uso (NFU). En investigaciones previas se estudia este tipo de mezcla con asfalto modificado con neumático fuera de uso (NFU) incorporado por vía húmeda. Esta alternativa presenta ventajas considerables frente a la vía seca, en la cual se incorpora el asfalto modificado por el residuo, prescindiendo de los tiempos extensos de digestión que requiere el caucho para ser absorbido por el asfalto. Sin embargo, la utilización de grandes cantidades de NFU (por encima del 20 %) presenta inconvenientes con respecto a la estabilidad al almacenamiento, ya que es posible que se genere una separación entre las fases del asfalto modificado, durante su transporte principalmente.
Frente a estos inconvenientes, surge como alternativa el NFU pretratado. Esta tecnología consiste en modificar el neumático fuera de uso, con algún aditivo, cal o incluso asfalto en pequeña proporción, produciendo que el mismo sea incorporado por vía seca, es decir, en conjunto con los agregados de la mezcla asfáltica, pero con un tiempo de digestión ampliamente menor (en el entorno de los 20 a 30 minutos). Estas tecnologías han tenido un crecimiento importante en Europa, en el cual se encuentran finalizadas una importante cantidad de obras.
En este sentido, no se han desarrollado mezclas asfálticas que incorporen esta tecnología como capas retardantes de fisuración refleja en los pavimentos. El presente trabajo pretende estudiar la aplicación de esta tecnología en las mezclas mencionadas previamente mediante ensayos de caracterización básica y de desempeño para evaluar su comportamiento. Para dicho estudio se incorporan tres porcentajes de NFU pretratado al total de la mezcla.
2 Desarrollo experimental
2.1 Materiales empleados
Según los estudios previos, se adopta la implementación de un micro-aglomerado discontinuo en caliente tipo MAC F-10 según las especificaciones de Vialidad Nacional Argentina del año 2017. Las mezclas evaluadas se compusieron por piedra granítica 6:12, arena de trituración 0:3 y cal como filler de aporte. Se utiliza un cemento asfáltico convencional clasificado por viscosidad como CA-30. La curva granulométrica resultante se ve en la Figura 1.
En este estudio se incorpora el NFU pretratado en dosis de 0,8; 1,2 y 1,5 % del total de la mezcla asfáltica, entornos que equivalen a un 12 %, 16 % y 22 % aproximadamente de incorporación de NFU por la tecnología de vía húmeda. En la Tabla 1 se muestran los resultados de la dosificación Marshall. Para el desarrollo de las mezclas asfálticas se siguen las recomendaciones del fabricante en lo referido a la incorporación del NFU pretratado. El mismo se incorpora a los agregados, en forma previa al cemento asfáltico, para dispersarlo en la masa de los materiales. Luego de adicionar el asfalto en las proporciones indicadas, se procede a mezclas los materiales y se aguardan entre 20 a 30 minutos para lograr la homogeneización de la mezcla.
Las principales características del NFU pretratado se pueden ver en la Tabla 2. El mismo presenta un aspecto de polvo fino color negro oscuro el cual se ve en la Figura 2.
2.2 Métodos utilizados
2.2.1 Diseño Marshall
Mediante el plan de ensayos realizados se pretende obtener un porcentaje de incorporación de NFU Pretratado a las mezclas asfálticas que tenga la capacidad de resistir las condiciones que se especifican en los pliegos. De esta forma se propone la metodología Marshall para obtener las propiedades requeridas para la mezcla asfáltica.
2.2.2 Desempeño frente al ahuellamiento
Para la evaluación de las mezclas asfálticas frente al ahuellamiento se utiliza el ensayo de rueda cargada (Wheel Tracking Test). El ensayo consiste en evaluar la deformación permanente que sufre una probeta de 30 cm x 30 cm x 5cm como se ve en la Figura 3. La prueba consiste en 10000 ciclos a una temperatura de 60 °C. El ensayo se encuentra estandarizado por la norma UNE 12697-22. Para el análisis de los resultados se extraen dos parámetros los cuales son la pendiente de ahuellamiento (WTS) y la profundidad proporcional de huella (PRD).
2.2.3 Test de Lottman
Mediante el test de Lottman se evalúa la resistencia a la humedad de probetas tipo Marshall. el ensayo consiste en evaluar probetas acondicionadas a la humedad frente a otro grupo sin acondicionar. Luego de acondicionadas, ambos grupos de probetas son evaluadas mediante tracción indirecta como se ve en la Figura 4. Finalmente, se evalúa el parámetro que relaciona la tensión obtenida entre ambos grupos, la cual se denomina TSR. El requerimiento mínimo de este parámetro es del 80%.
2.2.3 Evaluación de macro y micro textura
En última instancia, se evalúan las propiedades superficiales de la mezcla asfáltica elaborada. Por medio del parche de arena para la evaluación de la macro textura obtenida. Para su estudio se coloca una medida determinada de arena monogranular sobre la superficie de la mezcla y se la dispersa con un pisón. Los diámetros opuestos del círculo obtenido dan como resultado la micro textura, expresada en mm. Por otra parte, mediante el péndulo inglés TRRL se obtienen las mediciones de micro textura superficial. El ensayo consiste en dejar caer libremente el péndulo en una zona de la superficie previamente humedecida. El valor retenido por el péndulo, indica el resultado de micro textura (Figura 5).
3. Resultados
3.1 Diseño Marshall.
En la Tabla 3 se ven los resultados de la dosificación Marshall para las dosificaciones elaboradas. La incorporación del NFU pretratado no presenta inconvenientes a la hora de ser incorporado en la dosificación como se menciona previamente. Por otra parte, tampoco se presentaron dificultades en la trabajabilidad de la mezcla, punto crucial de mezclas asfálticas elaboradas con altas tasas de caucho principalmente por vía húmeda. No se observan diferencias sustanciales entre las mezclas elaboradas con NFU pretratado en cuanto a las densidades Marshall.
Se observa que las muestras con mayor contenido de NFU pretratado así como también la realizada con asfalto modificado presentan un valor de vacíos por debajo de los límites para este tipo de mezclas. Sin embargo, en los estudios previos no se vislumbraron inconvenientes referidos a sobre compactación, así como tampoco una mayor densificación de la mezcla, radicado principalmente en la cuestión de que no se utilizaran como mezclas para carpeta de rodamiento. El resto de los parámetros se encuentra dentro de los valores establecidos por los pliegos.
3.2 Resistencia al ahuellamiento
En cuanto a los ensayos de resistencia al ahuellamiento, los resultados se pueden ver en la Tabla 4. La incorporación de NFU pretratado en las mezclas permite obtener un desempeño acorde a las exigencias requeridas en los pliegos. La muestra 0,8 PRE NFU es la única que presenta valor por encima de los superiores por una diferencia menor del 10 % en cuanto a los parámetros WTS y PRD. Sin embargo, para las mezclas con mayor cantidad de adición se obtienen parámetros que cumplen ampliamente las exigencias.
Las curvas obtenidas por medio del ensayo para las muestras estudiadas se representan en la Figura 6. Las gráficas permiten observar un comportamiento similar entre las muestras 1,2 y 1,5 de PRE NFU.
3.3 Resistencia a la humedad
A continuación, se realiza la caracterización frente a la resistencia a la humedad por medio del test de Lotmann. Los resultados se muestran en la Tabla 5 y se manifiesta un desempeño aceptable los diferentes porcentajes de la incorporación de NFU pretratado. Los resultados de los tres porcentajes evidencian un comportamiento similar entre sí.
3.4 Evaluación de macro y micro textura
Los resultados de las mediciones de macro y micro textura se pueden observar en la Tabla 6. En lo que respecta al parche de arena, las especificaciones exigen un resultado mayor a 0,8, el cual es obtenido con las tres alternativas de incorporación, siendo la primera la que tiene mejor desempeño. Por otra parte, no se tienen especificaciones de resultados mínimos en cuanto a la micro textura en Argentina, pero especificaciones Europeas recomiendan un mínimo de 0,65. Este valor deja por fuera la segunda de las alternativas por un pequeño margen, y cumpliendo las otras dos.
4. Conclusiones
En el presente estudio se han desarrollado mezclas asfálticas del tipo MAC F-10 con la incorporación de neumático Fuera de Uso pretratado (PRE NFU). La incorporación de este aditivo se realiza en forma previa a la incorporación del asfalto. En sus distintos porcentajes se obtuvieron mezclas con buena trabajabilidad y que requieren un tiempo de 20 a 30 minutos de digestión para la incorporación del NFU pretratado. Este tiempo es considerablemente menor a los reportados para la elaboración por vía seca.
En lo que respecta a las evaluaciones estudiadas, los resultados de ahuellamiento mostraron resultados más que aceptables principalmente en las muestras con 1,2 y 1,5 % de adición. La resistencia a la humedad evaluada por el test de Lottman arroja resultados mayores al 85 % cubriendo ampliamente los requerimientos mínimos de las especificaciones. También se observaron resultados satisfactorios de micro y macro textura para los tres porcentajes en líneas generales. Por otra parte, se propone como estudio a seguir la evaluación de parámetros de fisuración como el IDEAL CT para cuantificar en forma individual este tipo de mezclas.
Para finalizar, actualmente se va a llevar a cabo la utilización de este tipo de mezclas asfálticas en un tramo de calles de la ciudad de La Plata, ubicadas en el casco urbano. Esto se pudo realizar gracias a la adjudicación de un Proyecto de Innovación Tecnologica de la Provincia de Buenos Aires (FITBA), del cual participan el LEMaC – UTN LA PLATA junto con la Municipalidad de La Plata. Este proyecto contempla la sustentabilidad en los pavimentos urbanos con la utilización de NFU pretratado y por otra parte Dióxido de Titanio (TiO2) con el objetivo de reducir la isla de calor urbana (ICU).
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