USO RACIONAL DE RAP EN MEZCLAS ASFALTICAS. ING. VICTOR CINCIRE SEMMATERIALS MEXICO

Transcripción

1 USO RACIONAL DE RAP EN MEZCLAS ASFALTICAS ING. VICTOR CINCIRE SEMMATERIALS MEXICO

2 USO RACIONAL Presenta ventajas económicas. Seresponsable.com Selección adecuada de la técnica Toma de decisiones administrativas con base en el conocimiento técnico, para obtener la mejor relación beneficio-costo. Diseños balanceados y Especificaciones basadas en Desempeño. Fijar cantidades máximas de RAP por tipo de capa y en función del desempeño esperado Desempeño similar o mejor al de una mezcla nueva.

3 COMITE DE RECICLADOS AMAAC Reciclado en caliente en planta Reciclado en caliente en el lugar Reciclado en frío en planta Reciclado en frío en el lugar

4 PAVIMENTO SUSTENTABLE El de costo de construcción más bajo? El de menor costo de conservación? El que tiene mayor vida útil? El que utiliza RAP en su construcción, conservación y rehabilitación? El que se construye, conserva y rehabilita racionalmente

5 BENEFICIOS DEL USO DE RAP Crisis del petróleo Aumento en costos de energía y asfalto RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) Es el término dado a los materiales extraídos y / o procesados que contienen asfalto y agregados El RAP se utiliza en reciclados en caliente o en frío, en el sitio o en planta central (para construcción de carpetas asfálticas o recuperación a profundidad total) Presenta ventajas económicas, disminuye el consumo energético, el impacto ambiental y el agotamiento de los recursos naturales no renovables, contribuyendo al impacto en la relación beneficio-costo

6 SELECCIÓN DE LA TÉCNICA DE REHABILITACIÓN Requerimientos del proyecto (Vida úitil, ESAL s, Clima Techo financiero, valuación del ciclo de vida útil) Diseño del pavimento (considerar como insumo la calidad de la mezcla que se puede llegar a obtener con el uso de RAP) Evaluación de fallas existentes (inventario de deterioros) Evaluación estructural del pavimento (espesor y calidad de las capas)

7 USO DE RECICLADOS EN CONSERVACION DE PAVIMENTOS Se pueden utilizar técnicas de reciclado en caliente o en frío (para carpetas asfálticas) y/o técnicas de recuperación a profundidad total (estabilización de bases) Qué puede suceder cuando no se hace un uso racional del RAP y las tecnologías involucradas?. A continuación un caso de estudio

8 Caso de estudio Condiciones del pavimento Antes de los trabajos de conservación

9 Caso de estudio Condiciones del pavimento DESPUES de los trabajos de Conservación (< 2 años). SUPERFICIE SIN RIEGO DE SELLO Condiciones del pavimento DESPUES de los trabajos de Conservación (< 2 años). SUPERFICIE CON RIEGO DE SELLO

10 Caso de estudio Tramo contiguo sin conservación

11 Evaluación Análisis de laboratorio Muestra de control Extracciones de núcleos de la carpeta asfáltica existente (MC-0R) Granulometría y contenido de asfalto. Susceptibilidad a la humedad y deformación permanente (Hamburgo) Propiedades Volumétricas. Energía de fractura Muestra de mezcla "rejuvenecid a" Mezcla tomada de la planta de mezcla :RAP+ agregado virgen+ rejuvenecedor (MR- 93R) Granulometría y contenido de asfalto. Susceptibilidad a la humedad (TSR) y deformación permanente (Hamburgo) a dos niveles de vacíos de aire Propiedades Volumétricas. Energía de fractura a dos niveles de vacíos de aire. Extracciones de carpeta con mezcla "rejuvenecid a" Extracciones de carpeta: RAP+agregado virgen+rejuvenecedor (ER-93R) Granulometría y contenido de asfalto. Susceptibilidad a la humedad y deformación permanente. Propiedades Volumétricas.

12 % que pasa Resultados CONTROL. NÚCLEOS EXTRAÍDOS DE OBRA ANTES DE LOS TRABAJOS DE CONSERVACIÓN Característica Contenido de asfalto con respecto a la mezcla, % Vacíos de aire en el núcleo 1, % Vacíos de aire en el núcleo 2, % Vacíos de aire promedio, % Deformación promedio en Rueda Cargada de Hamburgo pasadas,mm Valor obtenido Especificaci ón % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% máx. 1 0% Granulometría de la mezcla Granulometría Mezcla # #60 #50 40 #30 #20 #16 #10 #8 #4 1 /4" Abertura de la Malla 1 Especificación Protocolo AMAAC de mezclas en caliente para más de un millón de ejes equivalentes.

13 Resultados MEZCLA REHABILITADA (MR-93R), COMPACTADA A NIVEL LABORATORIO Característica Valor obtenido Especificación Contenido de asfalto con respecto a la mezcla, % Gravedad Específica Teórica Máxima, Gmm Después de la compactación de la mezcla en el compactador giratorio Superpave a dos diferentes niveles de vacíos. 7% de vacíos de aire (V a ) en la mezcla 10% de vacíos de aire (V a ) en la mezcla Estabilidad Marshall 25 C, Kg f mín. 1 Flujo Relación de Tensión Indirecta, TSR, % mín. 2 Esfuerzo de Tensión en seco, KPa Esfuerzo de Tensión en húmedo, KPa Deformación en Rueda Cargada de Hamburgo pasadas, mm máx. 2 NUCLEOS EXTRAIDOS DE CAMPO DE LA MEZCLA REHABILITADA Característica Valor obtenido Especificación Contenido de asfalto con respecto a la mezcla, % Vacíos de aire en el núcleo 1, % Vacíos de aire en el núcleo 2, % Vacíos de aire promedio, % Deformación promedio en,mm Rueda Cargada de Hamburgo pasadas máx. 1 1 Especificación N-CMT /08. Requisitos de calidad para mezclas asfálticas de granulometría densa, diseñadas mediante el método Marshall para más de un millón de ejes equivalentes en el carril de diseño. 2 Especificación Protocolo AMAAC de mezclas en caliente para más de un millón de ejes equivalentes.

14 % que pasa % que pasa Resultados GRANULOMETRIA DE LAS DIFERENTES MEZCLAS ANALIZADAS Abertura malla, mm Granulometría de la mezcla, % que pasa Extracciones Mezcla Control de mezcla rejuvenecida MC-0R rejuvenecida MR-93R ER-93R COV Coeficiente de variación % % % % % % % % % % % Contenido de asfalto, % % 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Granulometría de la mezcla MR-93R Abertura de la Malla Granulometría de la mezcla ER-93R Granulometría Mezcla Granulometría Mezcla Abertura de la Malla

15 Energía de fractura CMOD = Desplazamiento de apertura de la grieta en la muesca (por sus siglas en inglés)

16 Impacto económico Software Life Cycle Cost Assessment (LCCA) CASO DE ESTUDIO: Comparativa RAP100% vs Convencional (HMA) o Carretera 1 carril por sentido o Análisis 1 km de Longitud o Periodo de análisis, 15 años o TDPA= 5,000 ambos sentidos o % Vehículos Pesados = 9% o Tasa de crecimiento Vehicular= 3% Tradicional Timeline o Alternativa 1 o o o o Alternativa 2 o Construcción RAP100% 5cm Reconstrucción inicial año 2 HMA 7cm Rehabilitación año 12 HMA 7 cm Diseño Tradicional (Carpeta asfáltica HMA 7cm) 1. Rehabilitación año 10 7cm HMA 100% RAP 16

17 Impacto económico Software Life Cycle Cost Assessment (LCCA) o o Costos de la Dependencia Costos del Usuario en la Zona de Trabajo 9% más con 100%RAP_Costo de referencia 54% más con 100%RAP_Costo de Mercado Sobrecostos $/KM o o 0.79 MDP más para la dependencia MDP más para los usuarios (mayores actuaciones de rehabilitación. 120% más con 100%RAP

18 PRINCIPALES DEFICIENCIAS OBSERVADAS EN EL CASO DE ESTUDIO La técnica utilizada no presentó ventajas económicas. Se hizo una selección incorrecta de la tecnología No se hizo una toma de decisiones administrativas con base en el conocimiento técnico, para obtener la mejor relación beneficio-costo. No se utilizó un diseño balanceado y Especificaciones basadas en Desempeño. No se fijaron las cantidades máximas de RAP en función del desempeño esperado No se tuvo un desempeño similar o mejor al de una mezcla nueva.

19 En qué consiste el diseño balanceado? Consiste en seleccionar racionalmente la tasa de Equilibrio RAP con la cual se garantice un adecuado comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica a alta temperatura (deformación, rigidez) y a media-baja temperatura (Fatiga, agrietamiento térmico) estudiando a la mezcla bajo pruebas de desempeño, monitoreo en tramos de prueba y recomendaciones obtenidas en pistas a escala real (p.e NCAT. En nuestro país el HVS del IMT)

20 Principales componentes en el diseño balanceado Fijar concentraciones máximas de RAP por tipo de capa y desempeño requerido Indicadores de desempeño Usos de materiales asfálticos más blandos, con rejuvenecedores. Ajuste de propiedades volumétricas Especificaciones basadas en Desempeño.

21 Antecedentes del diseño balanceado NCHRP 9-12 (McDaniel et al 2000) El RAP es un agregado más. Recomendaciones: Mezclas con RAP deben de comportarse igual o mejor que las mezclas sin RAP. Define el procedimiento de diseño en función del contenido de RAP. Caracterización de los materiales (agregados y asfalto

22 Consideraciones sobre la tasa de utilización de RAP Resistencia a la deformación permanente y rigidez + Contenido de RAP + Resistencia al agrietamiento

23 Pruebas de desempeño (Comparativa AC 20 versus ProtRAP) Susceptibilidad al daño por humedad (TSR). Susceptibilidad a la deformación permanente y al daño por humedad en Rueda Cargada de Hamburgo. Módulo Dinámico/Módulo Resiliente (Bases estabilizadas). Energía de fractura.

24 Susceptibilidad al daño por humedad (TSR) %RAP Tipo de Asfalto TSR(%) Tipo de Asfalto TSR(%) ProtRAP 95 AC

25 Determinación del contenido de asfalto y propiedades volumétricas

26 Esfuerzo, KPa Esfuerzo, KPa Esfuerzo, KPa Esfuerzo, KPa Susceptibilidad al daño por humedad (TSR) 3500 TSR SECAS. Asfalto AC TSR ACONDICIONADAS. Asfalto AC % RAP 15% RAP % RAP 15% RAP 30% RAP 45% RAP Flujo 6 (mm Flujo 6 (mm TSR SECAS. Prot RAP 3500 TSR Acondicionadas. Prot RAP % RAP 15% RAP % RAP 15% RAP % RAP 45% RAP % RAP 45% RAP Flujo 6 (mm Flujo 6 (mm

27 Módulo Dinámico

28 Energía de Fractura Adaptada de ASTM E399 (Tenacidad de los Metales). Método ASTM Diferente geometría para maximizar la longitud de ligamento Velocidad de desplazamiento (1 mm/min) Temperatura de ensayo 10 C más arriba del grado PG a baja temperatura G f = AREA B(W a) G f : Energía de fractura (J/m 2 ) B: Espesor del espécimen (metros) W: Diámetro del espécimen a: Longitud de la muesca (metros). La diferencia entre W y a, es llamada longitud de ligamento

29 Energía de Fractura

30 Energía de Fractura

31 Carga (kn) Carga (kn) Carga (kn) Carga (kn) Energía de Fractura CMOD (mm) CMOD (mm)

32 Energía de Fractura

33 Tendencias encontradas en este estudio A medida que se incrementa el contenido de RAP disminuye el contenido de asfalto de aporte. A mayor contenido de RAP el VAM disminuyó. Con el uso del asfalto ProtRAP se disminuyó la susceptibilidad al daño por humedad (TSR) de la mezcla, a los diferentes porcentajes de RAP. A mayor contenido de RAP el módulo se incrementa (mayor rigidez de la mezcla) y es menor con el asfalto ProtRAP. A temperaturas más bajas y contenidos mayores de RAP disminuye la energía de fractura.

34 Diseño balanceado

35 POTENCIAL EN MÉXICO En nuestro país se producen anualmente de 20 a 30 MM de ton de mezcla asfáltica. Se estima que se pueden utilizar de 6 a 10MM de ton de mezcla reciclada, por año. Esto impactaría en un ahorro de $5,000 a $ 7,500 MM anuales. El ahorro energético sería de 2.8 a 4.2 MM de BTU anuales La reducción de emisiones de a tco 2 anuales.

36 Consideraciones para el éxito en el uso de RAP Selección adecuada de la técnica de rehabilitación. Diseño de mezcla (balanceado). Selección adecuada de los materiales y su proporcionamiento. Buenas practicas de acopio y separación del RAP. Infraestructura adecuada para la elaboración de la mezcla con la inclusión del RAP. Buenas practicas en el manejo y uso del RAP Un estricto control de calidad. Buenas practicas constructivas. Lineamientos.

37 Muchas gracias Víctor Cincire