*Por los Ings. Nidia F. E.; Delbono H. L.; Díaz J. C. T.
Resumen
El método Marshall sigue siendo ampliamente utilizado para el diseño y verificación de capas asfálticas, gracias a su facilidad de aplicación y al avance tecnológico, que ha permitido la automatización del equipamiento en los laboratorios de pavimentación. En el LEMaC, Centro de Investigaciones Viales de la UTN FRLP – CIC PBA, se realiza el diseño y la dosificación de tres mezclas asfálticas: una mezcla asfáltica densa en caliente sin aditivos, una con la adición de Pavimento Asfáltico Reciclado (RAP) y otra con Pavimento Asfáltico Reciclado Modificado (RMAP), utilizando la metodología Marshall. Se presentan los aspectos más relevantes de la investigación, junto con los resultados obtenidos y su impacto potencial en la industria de la ingeniería civil.
- INTRODUCCIÓN
En la producción de mezclas asfálticas tradicionales, se emplean materiales no renovables como el ligante asfáltico y el agregado pétreo, generando un impacto ambiental por las emisiones de CO2. Para reducir este impacto, se utiliza el reciclado de mezclas asfálticas, conocido como RAP (Reclaimed Asphalt Pavement). Según el porcentaje de RAP incorporado, su función varía desde agregado pétreo hasta la necesidad de analizar el ligante envejecido en proporciones mayores al 25%.
En Argentina, obras con asfaltos modificados, como los microaglomerados, han generado RAP modificado, denominado RMAP, que también puede reutilizarse. Este proyecto de investigación se enfoca en el uso de RAP y RMAP en plantas asfálticas para mejorar la sostenibilidad de las obras viales, simulando su desempeño en laboratorio.
Se utiliza el método Marshall para la dosificación de mezclas asfálticas, una técnica desarrollada por el Cuerpo de Ingenieros de los EE.UU. en 1943, que sigue siendo una de las más utilizadas hoy en día. Este trabajo desarrolla mezclas con y sin material reciclado utilizando dicho método.
- MATERIALES
Los materiales implementados son: agregados pétreos vírgenes de origen granítico provenientes de Olavarría, en la graduación de 0-6 y 6-20, lo cual se observa en la Tabla 1.
En la Tabla 2 se indica la graduación del relleno mineral denominado filler, material pulverulento que pasa el tamiz N°200 y contribuye a la adherencia, empleado en esta ocasión es Cal Hidráulica Hidratada de uso comercial.
El ligante asfáltico utilizado es un Cemento Asfáltico Convencional CA-30 según la norma IRAM IAPG A 6835. El RAP proviene de una carpeta asfáltica de rodamiento en la provincia de Buenos Aires, y el RMAP-1 de una capa tipo SMA19, con 10 años de servicio, de la autopista Ezeiza-Cañuelas. Para obtener la granulometría del árido y el porcentaje de asfalto en ambos materiales, se utiliza un procedimiento del LEMaC que involucra centrifugas de plato y de vaso. El RAP contiene un 4,4% de asfalto y el RMAP-1 un 5,3%.
En la Tabla 3 se presenta las granulometrías resultantes, necesaria para la dosificación de la nueva mezcla asfáltica, condición que simula la situación en la cual se encuentra el material dentro del tambor mezclador, en la planta asfáltica.
- METODOGÍA
El procedimiento de dosificación y diseño Marshall se emplea para determinar el contenido óptimo de ligante asfáltico tal que, cumpla con los parámetros volumétricos y mecánicos del método.
Dentro de los parámetros volumétricos, se encuentran: la densidad aparente, el porcentaje de vacíos de aire, los vacíos del agregado mineral (VAM) y la relación betún vacíos. Por otro lado, dentro de los parámetros mecánicos, en los cuales se simula a los esfuerzos que está sometida la capa asfáltica en el pavimento, siendo la estabilidad (E), fluencia o flujo (f) y la relación entre estas dos.
Se confeccionan probetas Marshall, modelos cilíndricos de 4” (102mm) de diámetro y 2,5” (63,5mm) de altura, con distintos porcentajes de ligante asfáltico para el análisis.
Se diseñan y dosifican tres tipos de mezclas asfáltica densas en caliente, las cuales se describen en la Tabla 4.
En la Figura 1 se observan las curvas de diseño con los Husos Límites establecidos en el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales para Concretos Asfálticos en Caliente y Semicaliente del tipo Densos (PETG); Versión 2017 de la Dirección Nacional de Vialidad (DNV), donde se aprecia casi la superposición de las mismas, siendo el objetivo del trabajo de investigación para generar las comparativas entre las mismas.
- PARTE EXPERIMENTAL Y RESULTADOS
En las mezclas asfálticas densas en caliente, el contenido de asfalto suele ser del 5% en peso. Para la mezcla MP, se probaron porcentajes de ligante asfáltico de 3,5%, 4,0%, 4,5% y 5,0%, con al menos tres probetas por cada punto. En las mezclas con RAP y RMAP-1, se agregaron porcentajes de asfalto por debajo del 3,5% debido al ligante envejecido aportado.
Las probetas se diseñaron según la norma IRAM 6845, con un peso de 1200 g. El proceso de preparación de las muestras incluye los siguientes pasos:
a) Calentamiento de los materiales: El ligante asfáltico CA-30 se calienta a 140°C para mezclarse con los agregados, que previamente se secan a 100°C y se calientan a 175°C el día del moldeo. En el caso del RMAP-1, el ligante envejecido se mantiene a 60°C y se eleva a 100°C para mezclarse. El RAP se manipula a 100°C sin pérdida de material.
b) Mezclado manual: Antes de incorporar el asfalto, se mezclan el material reciclado y el filler, asegurando que todas las partículas estén recubiertas de asfalto, simulando el proceso de planta.
c) Moldeo: La mezcla asfáltica caliente se coloca en un molde Marshall pre-calentado a la temperatura de compactación.
d) Compactación: Se utilizan 75 golpes por cara en el compactador Marshall. Luego, las probetas se enfrían y se extraen del molde.
En cada punto se evalúan los parámetros para obtener el contenido de ligante en función de: la mayor estabilidad, densidad, y con el contenido de vacíos, tomándose como “óptimo” al 4% de los vacíos.
Las dosificaciones para cada una de las mezclas como se observan en la Tabla 5.
En la Tabla 6 se exponen los resultados de los parámetros volumétricos y mecánicos analizados en cada una de las mezclas y se exponen los criterios del PETG DVN 2017 para mezclas asfálticas densas en caliente con TM19, a modo de comparativo.
- CONCLUSIONES
• Las densidades relativas son aceptables en todas las mezclas, siendo menores en las MR respecto a las MP. Las densidades teóricas siguen la misma tendencia.
• La mezcla MR1(1), que contiene RMAP, muestra densidades similares a la MP a pesar de haber sufrido sobretrituración por fresado en frío.
• Los valores de VAM son inversamente proporcionales a la densidad relativa. Todas las mezclas cumplen con el VAM = 14% establecido en el TM19 del PETG DNV 2017.
• Los porcentajes de vacíos rondan el valor óptimo del 4%, dentro de los límites establecidos (3%-5%), incluso con un 25% de material reciclado.
• La RBV cumple con los límites recomendados para evitar exudación y garantizar un espesor de película adecuado para prevenir fallas por fatiga.
• La mezcla MR presenta una disminución notable en estabilidad respecto a la MP. La mezcla MR1(1) se aproxima a los 10 kN establecidos en el PETG DNV 2017.
• La fluencia aumenta en la mezcla MR, mientras que MP y MR1(1) tienen resultados similares.
• La incorporación del 25% de RMAP mejora la durabilidad y resistencia de las mezclas asfálticas en comparación con las que contienen 25% de RAP.
• Se recomienda agregar ensayos de desempeño, como el Wheel Tracking Test, para evaluar el ahuellamiento, módulo y fatiga en futuras investigaciones.
• Los puntos óptimos de asfalto son ligeramente mayores en el RAP que en el RMAP, lo que indica un mayor aporte de este último.
• El uso de RMAP es una alternativa prometedora para la pavimentación, que fomenta la economía circular y la conservación de recursos frente a las limitaciones del RAP.
