Programa Piloto de Reciclaje en Frio en Venezuela

Galvis, Prieto; Rodríguez, Bastidas: Programa piloto de reciclaje en frío con asfalto espumado

Programa Piloto de Reciclaje en Frío con Asfalto Espumado en Venezuela. Carretera Altagracia de Orituco - Lezama

Autores:

Ricardo Galvis Ingeniero Civil, Especialista en Carreteras

Gerente de Ingeniería de Aplicación, Inversiones Resansil C.A. [email protected]

Teléfono: +58-414-459-9135

Alejandro Prieto Supervisor Distrito Centro

Plan Nacional de Vialidad, PDVSA ASFALTO [email protected]

Teléfono: +58-414-0207667

Jesús Rodríguez Inspección FUNDATEC PDVSA

[email protected] Teléfono: +58-414-402-3450

Gabriel Bastidas

Líder de Control de Aplicación Gerencia de Ingeniería de Aplicación, Inversiones Resansil C.A.

[email protected] Teléfono: +58-424-175-1069

Resumen

Las vías de comunicación son base fundamental para crear el desarrollo sostenido de las economías, la inclusión de la tecnología del reciclaje en frío en nuestra vialidad, se realiza buscando la reducción del impacto ambiental, con la aplicación de metodologías de construcción implementando técnicas de logística inversa o reciclaje y minimización de la explotación de recursos Naturales No renovables. Además de buscar, la seguridad y confort de los usuarios, ejecutando obras viales de calidad, optimización de, los tiempos de ejecución y del alcance físico de obras. El asfalto espumado fue desarrollado en el año 1959 en la Universidad de Iowa, y su inclusión en Latinoamérica inicio en las décadas de los 90, en países como Brasil y Colombia. Este documento pretende mostrar la experiencia iniciada en el año 2008, en Venezuela, específicamente en la Carretera T012 Altagracia de Orituco - Lezama Estado Guarico, la cual fue promovida por la Gerencia del Plan Vial de PDVSA y ejecutada a través de Inversiones Resansil, C.A.. Dentro del modelo se evaluaron tres metodologías de construcción, incluyendo la convencional. El documento inicia con conceptos básicos de proyecto de reciclaje con asfalto espumado y luego se presenta la experiencia realizada en Venezuela, donde se analizan los resultados técnicos, económicos y de rendimiento de la solución planteada.


PROGRAMA PILOTO DE RECICLAJE EN FRIO CON ASFALTO ESPUMADO EN VENEZUELA

CARRETERA ALTAGRACIA DE ORITUCO - LEZAMA

Colaboradores:

A continuación queremos resaltar a un grupo de profesionales, los cuales brindaron su valioso apoyo técnico y humano, para lograr que este programa piloto diera los resultados esperados, y lográramos hoy por hoy contar con esta tecnología que ha brindado tantas soluciones técnicas y económicas a nivel mundial.

• Ing. Ruben Brito, Gerente de Distribución y Comercialización PDVSA. • Ing. Silverio Petrini, Inversiones Resansil, C.A. • Econ. Manfred Baumgartner, Inversiones Resansil, C.A. • Ing. Ildemar Durán, Gerente Plan Vial PDVSA. • Ing. Denys La Tour, Ex Gerente Plan Vial PDVSA. • Sr. Michele Sportiello, Tevial C.A. • Ing. José Felix Alvarez, Ingeniero Residente, Tevial C.A. • Ing. Ernesto Urbaez, Mayer 97 C.A. • Ing. Maylin Corros, Mayer 97 C.A. • Ing. Mike Marshall, Wirtgen Group • Ing. Rennie Shunmugam, Loudon International S.A. • Ing. Luis Suárez, Supervisión Plan Vial PDVSA • Ing. Gabriel Hernandez, Supervisor Plan Vial PDVSA • Ing. Fran Valero, Inversiones Resansil, C.A.


1.INTRODUCCION

El desarrollo del automóvil a principio del siglo produjo una rápida evolución de las carreteras y pavimentos en el mundo. La red de comunicación por carreteras es una de las infraestructuras que mas contribuye al desarrollo económico de un país y sus regiones, por lo que desde la concepción de la misma se debe velar por la seguridad y comodidad de los usuarios, de allí que se hace ineludible la necesidad de aplicar toda la capacidad de la Ingeniería y la Tecnología avanzada en la búsqueda de las soluciones a los problemas viales de toda índole. Según estadísticas de la Asociación Europea de pavimentos asfálticos, el 90% de las vías pavimentadas del mundo están construidas con pavimento asfáltico. El mismo es construido haciendo uso de recursos naturales como los agregados y el ligante asfáltico. Estos recursos naturales son escasos por lo que el reciclaje de pavimentos se hace ineludible para conseguir el desarrollo sostenible de nuestras naciones. Según Brutland el desarrollo sostenible es “el desarrollo que cumple con las necesidades de la generación presente sin comprometer las necesidades de nuestra generación futura”. La gran ventaja de los pavimentos asfálticos es que son reciclables en su totalidad, trayendo consigo importantes ventajas ambientales, ecológicas y económicas. Consientes del desarrollo sostenible de nuestras naciones muchos países reciclan el pavimento asfáltico convirtiéndose en una practica común en países europeos y en Norteamérica. En los Estados Unidos el pavimento asfáltico es el material más reciclado según estudio realizado por la FHWA y la Agencia de Protección Ambiental EPA reportando que cerca del 90% del pavimento removido de las carreteras se recicla, en comparación con el 64% de los desechos de acero, 60% de los envases de aluminio, 54% de periódicos y de 30% a 40% de los envases de plástico y de vidrio. Casi el 25% de la mezcla colocada cada año contiene pavimento asfáltico reciclado - RAP Uno de los ligantes empleados con mayor éxito en el reciclaje de pavimento a escala mundial es el asfalto espumado, el cual desde sus inicios en 1956 en la Universidad de Iowa se ha extendido por todos los continentes. En el caso específico de Inversiones Resansil C.A. ha presentado experiencias que fueron iniciadas en el año 2000, en países como Barbados, Trinidad y Tobago, Guatemala y recientemente en Cuba y Venezuela. La experiencia Venezolana ha sido impulsada gracias a la preocupación y motivación de la Gerencia del Plan Vial de PDVSA, en optimizar los recursos del pueblo de Venezuela, y brindar la seguridad y confort en carreteras Venezolanas, disminuyendo la afectación al medioambiente, disminuyendo el costo de rehabilitación de carreteras y por consiguiente aumentando el rendimiento en sus proyectos. El reciclaje en frío de pavimento en Venezuela, inicia en la década de los 90 con la inclusión del reciclaje en frío con emulsión asfáltica, luego a principios de la década del 2000 se introduce el reciclaje en frío con cemento. Luego de casi 18 años desde


que se aplico con éxito la tecnología del reciclaje en frío, se logra introducir el asfalto espumado, cuya experiencia es el objetivo principal de este trabajo. En la actualidad en Venezuela existen 17 equipos de reciclaje pertenecientes al grupo Wirtgen, los cuales han ejecutado para el país exitosos proyectos de reciclaje haciendo el uso de ligantes como el cemento y la emulsión asfáltica.


2. CONCEPTOS BASICOS

El Reciclaje de pavimentos con asfalto espumado es el proceso mediante el cual se recupera la mayor cantidad de material de pavimento existente creando una nueva capa homogénea y gruesa, que es reforzada con la adición de asfalto espumado (wirtgen gmbh y loudon international, 2004). La técnica consiste en la expansión del Cemento Asfaltico (C.A.), en forma de espuma que al mezclarse con los agregados presentes en la carpeta, produce una estructura de mayor capacidad de soporte. El Asfalto Espumado, se logra mediante un proceso donde se inyecta una porción de agua (1 % y 2 % peso del cemento asfáltico) y aire comprimido a una masa de asfalto caliente (160°C A 165°C), dentro de una cámara de expansión, la cual logra expandir el cemento asfáltico a una proporción de aproximadamente de hasta 15 veces. En el momento en el que se añade agua al cemento asfáltico caliente, el agua se evapora inmediatamente, produciendo una expansión explosiva del cemento asfáltico en el vapor de agua saturado, debido a la cual el volumen se multiplica por 15 a 20. La intensidad y la eficiencia del espumado se pueden controlar óptimamente, mediante la realización regulada, teniendo en cuenta las condiciones físicas y ambientales, tales como presión y temperatura. En los equipos de Wirtgen, este proceso se realiza en cámaras de expansión individuales, en las cuales se inyecta el agua en el flujo de betún calentado a 180 ºC. La inyección se lleva a cabo a una presión de aproximadamente 5 bares. El betún espumado producido de esta manera in situ, escapa de las cámaras de expansión a través de una tobera y puede ser empleado directamente, incorporándolo a la mezcla de minerales a estabilizar.

Figura 01. Proceso de Espumado del Cemento Asfáltico


La primera persona en darse cuenta del potencial de usar asfalto espumado como agente estabilizador fue el profesor Ladis Csanyi en la Estación Experimental de Ingeniería (Engineering Experiment Station) en la Universidad Estatal de Iowa (Iowa State University) en 1956. Esta tecnología fue refinada más tarde por la organización Mobil Oil que desarrolló la primera cámara de expansión para mezclar agua con asfalto para generar espuma. El sistema desarrollado por Wirtgen a mediados de los ’90 inyecta tanto aire como agua al asfalto en la cámara de expansión, tal como se observa en la figura 01.

Figura 02. Expansión del Cemento Asfáltico 2.1 CARACTERIZACION DEL ASFALTO ESPUMADO

El asfalto espumado se caracteriza por dos propiedades principales:

• Razón de expansión, que es una medida de la viscosidad de la espuma para determinar la dispersión del asfalto en la mezcla. Se calcula como la razón entre el máximo volumen de la espuma relativo a su volumen original. (Ver figura 03 y 04)

• Vida media, es la medida de estabilidad de la espuma mediante la cual

se determina la tasa de colapso de la espuma. Se calcula como el tiempo, en segundos, que transcurre para que la espuma colapse a la mitad de su volumen máximo. (Ver figura 03 y 04)


Figura 03. Características del Asfalto Espumado

Figura 04. Relación de Propiedades del Asfalto Espumado


La razón de expansión y la vida-media del asfalto espumado esta directamente relacionada a:

• Adición de agua: La cantidad de agua en la mezcla influye directamente en el volumen de espuma producido por un factor multiplicador de 1500. Al aumentar la cantidad de agua añadida aumenta el tamaño de las burbujas creadas, causando el aumento de la tasa de expansión, sin embargo, el aumentar el tamaño individual de las burbujas reduce el espesor de la película del asfalto que las rodea, haciéndolas menos estables y resultando en una reducción de la vida media.

• Tipo de asfalto: Generalmente se utilizan asfaltos con valores de penetración entre 60 y 150 para espumar. Los asfaltos más rígidos son generalmente evitados ya que producen una espuma de peor calidad, generando una dispersión más pobre.

• Temperatura de Asfalto: La viscosidad del asfalto goza de una relación inversa con la temperatura; a medida que la temperatura aumenta, la viscosidad se reduce. Es decir, mientras más baja es la viscosidad, mayor es el tamaño de la burbuja que se formará cuando el agua cambie de estado en el proceso de espumado.

• Presión de asfalto y de agua: El asfalto y el agua son inyectados en la cámara de expansión a través de pequeñas aberturas. El aumentar la presión en las tuberías de suministro causa que el flujo que pasa a través de estas aberturas se disperse. Mientras más pequeñas son las partículas individuales, mayor es el área de contacto disponible, mejorando así la uniformidad de la espuma.

Requerimientos mínimos del asfalto espumado

No existen límites superiores para las propiedades del espumado y el objetivo siempre debiera apuntar a producir la mejor calidad de espuma requerida para la estabilización. El motivo principal por el cual se introducen límites inferiores en la característica de la espuma, se debe a que el éxito del asfalto espumado va directamente proporcional al equilibrio entre la expansión y la vida media. Las especificaciones mínimas de valores aceptados de razón de expansión y vida media para estabilizar un material a 25 ºC son:

• Razón de Expansión: 10 veces • Vida Media: 8 segundos

Durante su investigación en asfalto espumado a fines de los ’90, el profesor Kim Jenkins desarrolló el concepto de “Índice de Espumación” para medir la combinación de razón de expansión y vida media. Definió el Índice de Espumación como el área bajo la curva obtenida de graficar la razón de expansión v/s la vida media, concluyendo que a mejores propiedades de espumado, mejor el Índice de Espumación y mejor el producto estabilizado alcanzado. Su investigación comparó el efecto del Índice de Espumación con la temperatura del material al tiempo de mezclado, concluyendo que a medida que la temperatura aumenta, un menor Índice de Espumación puede ser usado para alcanzar una estabilización efectiva.


Material adecuado para tratamiento con asfalto espumado La tecnología de asfalto espumado es aplicable en la estabilización de una gran variedad de materiales, que van desde arenas, gravas, hasta piedra picada y RAP. Tanto granulares seleccionados como marginales, vírgenes o reciclados, han sido utilizados en forma satisfactoria en el proceso de reciclado. Sin embargo, es importante establecer los límites de tolerancia requerida en los agregados, así como identificar la composición óptima del material que va a ser sometido al tratamiento con asfalto espumado. Los materiales que son pobres en finos no se mezclan en forma adecuada con el asfalto espumado. El porcentaje mínimo de finos requerido es del 5%, considerando como finos la fracción del material que pasa la malla de 0,075 mm (No. 200). Cuando un material no tiene la cantidad adecuada de finos, el asfalto espumado no se dispersa en forma apropiada y tiende a formar lo que se conoce en el material reciclado como “filamentos” de asfalto (aglomeraciones de material fino con asfalto), los que varían en tamaño dependiendo de la escasez de finos. Un porcentaje de finos muy bajo producirá largos filamentos, los que en la mezcla actuarán como lubricante y producirán una disminución en la resistencia y estabilidad del material. La deficiencia de finos en una mezcla puede ser corregida mediante la importación de cemento, cal u otro material que pase en un 100% la malla No 200. Sin embargo, debe evitarse una dosificación de cemento superior al 1,5%. Un porcentaje mayor de cemento tiene un efecto negativo, producto de la pérdida de flexibilidad en la capa estabilizada. Este material se esparce sobre la superficie del pavimento en forma previa a la aplicación del reciclado. No obstante, los materiales cohesivos deben ser tratados con cuidado. Si bien los ensayos de laboratorio de estos materiales pueden arrojar un alto porcentaje de finos que pasan la malla de 0,075 mm de diámetro, generalmente la calidad del mezclado conseguida en terreno es deficiente. Este fenómeno se debe a la naturaleza plástica del material, la que produce que la fracción fina se aglomere, haciendo difícil la dispersión del asfalto en forma de espuma a través del agregado.


3. EXPERIENCIAS EN LA REGIÓN DEL CARIBE Y CENTROAMERICA

Desde el año 1956 en que se descubre el potencial uso de la tecnología del Asfalto Espumado, se ha aplicado con mucho éxito, en Europa, particularmente en Noruega, Gran Bretaña y en los Países Bajos, Rusia y las Republica Balticas. En el continente Asiático, Australia, medio oriente, Norte America y Sur America, cada vez más se impone el asfalto espumado como alternativa a los ligantes clásicos. En nuestro continente en el año 1998 se introduce el asfalto espumado a Brasil, empleándose en más de 2,5 millones de m2 de Carreteras.

PROYECTO DE ASFALTO ESPUMADO A NIVEL MUNDIAL

Más de 600 Recicladoras Wirtgen con sistema de Asfalto Espumado

Figura 05. Proyectos de Asfalto Espumado a nivel Mundial. En el caso de America Central y El Caribe, cuya responsabilidad a través del grupo Wirtgen le corresponde enfrentar a Resansil, inicia en el año 2005, acumulándose a la fecha cinco (05) experiencias:

• Barbados: Lears Road, Septiembre 2005. • Trinidad y Tobago: Point Lisas Industrial Port, Octubre 2006. • Guatemala: Carretera Orizaba – Malacatan, Enero 2007. • Venezuela: Carretera Altagracia de Orituco – Lezama, Abril 2008. • Cuba: Carretera Holguin – Guardalavaca, Julio 2008.


4. LOCALIZACION GEOGRAFICA DEL PROYECTO LEZAMA

El tramo del programa piloto corresponde a una longitud aproximada de 13.550m, con un canal por sentido y ancho de calzada de 7,20m y comunica a las poblaciones de Altagracia de Orituco, capital del Municipio José Tadeo Monagas y la Población de San Francisco Javier de Lezama. La misma forma parte de la Carretera Troncal T012 cuyo desarrollo al Sur del Estado Guárico permite el acceso a la población de Cabruta que limita al Sur con el Río Orinoco. La carretera Troncal T012 enlaza con la carretera Tronca T013 en la población de Chaguaramas, permitiendo la comunicación del Estado Guarico con el Estado Anzoátegui.

La vía se desarrolla en el estado Guarico, estado agrícola y pecuario por excelencia, posee un uso de la tierra capacitado para la siembra maíz, sorgo y crianza de ganado vacuno.

La siguiente figura ilustra la ubicación general del programa piloto.

Figura 06. Localización geográfica del Proyecto Lezama. Fuente: Mapas y Planos de Venezuela


5. ESTUDIO Y PROYECTO DE PROGRAMA PILOTO EN VENEZUELA

En el mes de Marzo del año 2007, se concluye la decisión de rehabilitar 13.5km de la Carretera Altagracia de Orituco – Chaguaramas, concluyendo el tramo en la población de Lezama. El estudio y proyecto de rehabilitación de la vía, fue ejecutado bajo la responsabilidad de los siguientes profesionales y financiado por PDVSA FUNDATEC:

• Ing. Ernesto Urbaez e Ing. Maylin Corros: o Exploración geotécnica. o Auscultación del Pavimento. o Diseño Estructural del Pavimento.

• Ing. Mike Marshall e Ing. Rennie Shunmugam: o Diseño de Mezcla con Asfalto Espumado. o Recomendaciones de Reciclaje.

Para la época Inversiones Resansil, C.A., daría toda la asesoría y respaldo del proyecto y la ejecución sería realizada a través de la Constructora VICSUCRE. El programa de auscultación fue llevado a cabo mediante la ejecución de deflexiones mediante la viga benkelman y la ejecución de DCP. Deflexiones: Viga Benkelman La medición fue realizada cada 50m en tres bolillos tal como se describe en el siguiente grafico.

Figura 07. Programa de Ejecución de la Viga Benkelman (Fuente: Marshall Wirtgen Report) A continuación se presenta grafico de los resultados de las mediciones de Viga Benkelman, en donde se identifican en los primeros 13km tres secciones homogéneas.


Figura 08. Identificación Secciones Homogéneas en función a la deflexión del pavimento (Fuente:

Urbaez - Corros) Penetrometro Dinámico de Cono La medición fue realizada cada 200m en tres bolillos tal como se describe en el siguiente grafico.

Figura 09. Programa de Ejecución del DCP (Fuente: Marshall Wirtgen Report)

Figura 10. Ejecución de Coredrilles (Fuente: Marshall Wirtgen Report)


Figura 11. Ejecución de DCP (Fuente: Marshall Wirtgen Report)

Figura 12. Ejecución de DCP (Fuente: Marshall Wirtgen Report) A continuación se presenta grafico de los resultados obtenidos durante la extracción de coredrilles para las mediciones de de DCP, en donde se identifican en los primeros 13km dos secciones homogéneas.


Figura 13. Identificación Secciones Homogéneas en función a los espesores de la capa asfáltica

(Fuente: Urbaez - Corros) Exploración Geotécnica La exploración fue realizada mediante la ejecución de cuatro (04) perforaciones tipo calicata, y veinte (20) perforaciones tipo taladro de mano.

Figura 14. Ejecución de Calicatas (Fuente: Marshall Wirtgen Report) A continuación se presenta resumen de los resultados obtenidos durante la apertura de calicatas.


Figura 15. Resumen de ensayos de suelos de muestras provenientes de Calicatas (Fuente: Urbaez -

Corros) A continuación se presenta grafico de los resultados obtenidos durante la apertura de calicatas, en donde se identifican en los primeros 13km, en tres(03) secciones homogéneas.

Figura 16. Identificación Secciones Homogéneas en función a los espesores de la base de pavimento

(Fuente: Urbaez - Corros)


Para el diseño de mezcla, la muestra obtenida se obtuvo mediante el uso de recicladota Wirgen WR2000, perteneciente a la empresa VICSUCRE.

Figura 17. Toma de muestras de material de reciclaje (Fuente: Marshall Wirtgen Report) Análisis Estructural de Pavimento Para el análisis estructura de pavimento se empleo el Metodo AASHTO-93 para el diseño de pavimentos Flexibles. En la Tabla 01 se presentan los parámetros empleados para determinar el tráfico de diseño.

Periodo de Diseño (años) 12 Tasa de crecimiento de vehículos pesados 0.90 Promedio de trafico pesado 2468 Factor de Camión 5.14 Trafico de Diseño (millones de ESAL´s) 9.03

Tabla 01. Tabla con factores de diseño para el tráfico

A continuación se presenta tabla en la cual se presenta el diseño de pavimento propuesto, cuyo numero estructural debe poseer un mínimo de SN 4,54.

Capa Espesor mm

Coeficiente Estructural

Numero Estructural

Carpeta de Rodamiento

40 0,42 0,67

Carpeta de Rodamiento

60 0,42 0,99

Base reciclada 150 0,26 1,47 Subbase 400 0,09 1.41 TOTAL 4,54

Tabla 02. Análisis Estructural del Pavimento Propuesto


Una vez concluido los análisis fue especificado para el proyecto el siguiente perfil de pavimento.

ESPESOR cm MATERIAL TIPO4.0 CONCRETO ASFALTICO EN CALIENTE INVEAS M126.0 CONCRETO ASFALTICO EN CALIENTE INVEAS M19

15.0 RECICLAJE DE PAVIMENTO CON ASFALTOESPUMADO

Figura 18. Perfil de Diseño Estructural Proyecto Lezama En función la baja capacidad de soporte de la vía se especifico en el proyecto la ejecución de bacheo profundo de materiales granulares en las capas de base, subbase y subrasante, indicándose la aplicación de esta actividad preparatoria, en aquella áreas localizadas que presentan fallas graves de corte, deformación plásticas y saturación de los materiales de sub-rasante. El material de relleno especificado corresponde a un material con CBR mínimo de 40%, en un espesor mínimo de 25cm. Diseño de mezclas de pavimento reciclado con asfalto espumado Durante el programa piloto fueron ejecutados tres(03) diseños de mezcla. Los primeros dos diseños fueron ejecutados durante la etapa de proyecto con agregados provenientes de las progresivas 3+150 y 6+175; el tercer diseño fue ejecutado durante la etapa de construcción realizado con agregados provenientes de la progresiva 1+000. Los diseños fueron identificados como “A” “B” y “C” en el proyecto de rehabilitación y se detallan a continuación:

o El diseño A corresponde a una mezcla de 40% Material Reciclado (RAP) y 60% de Base granular.

o El diseño B corresponde a una mezcla de 80% Material Reciclado (RAP) y 20% de Base granular.

o El diseño C corresponde a una mezcla de 100% Material Reciclado (RAP). Las mezclas del diseño A fueron preparadas para cuatro (04) puntos de 8kg, con 1% de cemento tipo Portland como filler. El porcentaje de asfalto espumado incorporado en el diseño varió entre 2,0% y 3,5%.


DISEÑO%RAP%BASE GRANULAR%ASFALTO 2.0 2.5 3.0 3.5%FILLERDIAMETRO (mm) 101.6 101.5 101.8 102.1ALTURA (mm) 64.3 64.7 64.9 65.3PESO (g) 1082.0 1087.0 1083.0 1084.0DENSIDAD BULK (Kg/m3) 2074.0 2075.0 2050.0 2029.0ITS seco (kPa) 483.0 512.0 500.0 538.0ITS saturado (kPa) 42.0 57.0 48.0 56.0ITS retenido (%) 9.0 11.0 10.0 10.0

A4060

1% CEMENTO TIPO PORTLAND

Tabla 03. Diseño A de Mezcla de Pavimento Reciclado con Asfalto Espumado Proyecto Lezama Tal como puede observarse en la Tabla 03, la resistencia requerida por el diseño de 300kPa fue obtenida con la adición desde 2,0% de asfalto espumado hasta 3.5% de asfalto espumado, sin embargo los valores de ITS retenido estuvieron por debajo del 70.0%, motivo por el cual el diseño de mezcla A fue rechazado. Las mezclas del diseño B fueron preparadas para cuatro (04) puntos de 8kg, con 1% de cemento tipo Portland como filler. El porcentaje de asfalto espumado incorporado en el diseño varió entre 2,0% y 3,5%.

DISEÑO%RAP%BASE GRANULAR%ASFALTO 2.0 2.5 3.0 3.5%FILLERDIAMETRO (mm) 101.6 102.3 102.0 102.0ALTURA (mm) 66.0 65.6 65.9 66.0PESO (g) 1101.0 1097.0 1099.0 1097.0DENSIDAD BULK (Kg/m3) 2056.0 2034.0 2044.0 2034.0ITS seco (kPa) 536.0 560.0 594.0 625.0ITS saturado (kPa) 292.0 344.0 409.0 472.0ITS retenido (%) 54.0 61.0 69.0 75.0

B8020


Tabla 04. Diseño B de Mezcla de Pavimento Reciclado con Asfalto Espumado Proyecto Lezama Tal como puede observarse en la Tabla 04, la resistencia requerida por el diseño de 300kPa fue obtenida con la adición desde 2,0% de asfalto espumado hasta 3.5% de asfalto espumado, los valores de ITS retenido dieron resultados por encima del 60.0%. La combinación empleada en el diseño B, fue de 3.0% de asfalto espumado. Las mezclas del diseño C fueron preparadas para cuatro (04) puntos de 8kg, con 1% de cemento tipo Portland como filler. El porcentaje de asfalto espumado incorporado en el diseño varió entre 2,0% y 3,5%.


DISEÑO%RAP%BASE GRANULAR%ASFALTO 2.0 2.5 3.0%FILLERDIAMETRO (mm) 101.0 101.0 101.0ALTURA (mm) 66.0 66.0 65.5DENSIDAD BULK (Kg/m3) 2083.3 2084.6 2098.0ITS seco (kPa) 332.0 366.0 409.0ITS saturado (kPa) 307.0 340.0 384.0ITS retenido (%) 92.5% 92.9% 93.9%

C100


Tabla 05. Diseño C de Mezcla de Pavimento Reciclado con Asfalto Espumado Proyecto Lezama Tal como puede observarse en la Tabla 05, la resistencia requerida por el diseño de 300kPa fue obtenida con la adición desde 2,0% de asfalto espumado hasta 3.5% de asfalto espumado, los valores de ITS retenido dieron resultados por encima del 90.0%. La combinación empleada en el diseño B, fue de 2.5% de asfalto espumado.


6. CONTROL DE CALIDAD DEL PROGRAMA PILOTO EN VENEZUELA

En la siguiente tabla se resumen los requerimientos mínimos de control de calidad requeridos en el proyecto.

MATERIAL ENSAYO METODO DE ENSAYO MUESTRA

NO. DE ENSAYOS MÍNIMOS

REQUERIMIENTO

ASFALTO A-20Caracteristicas

del asfalto espumado

Visual Por Tanque 1 Radio de expansión mínimo = 8 veces

MATERIAL ESTABILIZADO CON ASFALTO

ESPUMADO

Caracteristicas de resistencia

Resistencia a la tracción indirecta

Lote 2 ITS SECO Mínimo = 70% ITS de Diseño

Compactación

Cono y Arena

AASHTO T191

Lote 6

Contenido de Humedad

Ensayo Speedy Lote 6 Entre 80% y 90% de la

Humedad Optima

Relación Densidad - Humedad

Proctor Modificado AASHTO

T180

Lote 2

CAPA RECICLADA

Tabla 06. Programa de control de calidad del Proyecto Lezama A continuación se presentan los análisis realizados durante la ejecución del control de calidad, los cuales cumplieron en su totalidad en un 100%. ITS Seco Tal como se observa en el siguiente grafico, durante la ejecución del programa piloto de reciclaje con asfalto espumado, se cumplió con los resultados de ITS seco mínimo de 300kPa. El promedio obtenido corresponde a 331.21kPa con una desviación estándar de 33.95Kpa. Grafico 01. Resultados de ITS Seco obtenidos del Proyecto Lezama

Proyecto Lezama Control de Calidad ITS SECO

050

100150200250300350400450

20/08

/08

27/08

/08

03/09

/08

10/09

/08

17/09

/08

24/09

/08

DIAS

ITS

(kPa

)

ITS SECO

ITS minPROMEDIO: 331.21 PROMEDIO: 331.21 kPakPaDESVEST: 33.95 DESVEST: 33.95 kPakPa

Proyecto Lezama Control de Calidad ITS SECO

050

100150200250300350400450

20/08

/08

27/08

/08

03/09

/08

10/09

/08

17/09

/08

24/09

/08

DIAS

ITS

(kPa

)

ITS SECO

ITS minPROMEDIO: 331.21 PROMEDIO: 331.21 kPakPaDESVEST: 33.95 DESVEST: 33.95 kPakPa


RESISTENCIA RETENIDA (TSR) Tal como se observa en el siguiente grafico, durante la ejecución del programa piloto de reciclaje con asfalto espumado, se cumplió con los resultados de Resistencia mínima retenida de 80%. El promedio obtenido corresponde a 85.21% con una desviación estándar de 4.87%. Grafico 02. Resultados de TSR obtenidos del Proyecto Lezama CONTROL DE COMPACTACION Tal como se observa en el siguiente grafico, durante la ejecución del programa piloto de reciclaje con asfalto espumado, se cumplió con los resultados de Compactación mínimo retenida de 98%. El promedio obtenido corresponde a 98.90% con una desviación estándar de 0.99%. En la gráfica se incluyeron tal como se muestra los valores que estuvieron debajo del porcentaje de compactación requerido y que fueron corregidos. Grafico 03. Resultados de compactación obtenidos del Proyecto Lezama

Proyecto Lezama Control de Calidad TSR

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

20/08

/2008

27/08

/2008

03/09

/2008

10/09

/2008

17/09

/2008

24/09

/2008

DIAS

TSR

TSR

ITS minPROMEDIO: 85.21%PROMEDIO: 85.21%DESVEST: 4.87%DESVEST: 4.87%

Proyecto Lezama Control de Calidad TSR

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

20/08

/2008

27/08

/2008

03/09

/2008

10/09

/2008

17/09

/2008

24/09

/2008

DIAS

TSR

TSR

ITS minPROMEDIO: 85.21%PROMEDIO: 85.21%DESVEST: 4.87%DESVEST: 4.87%

Control de Compactacion Proyecto Lezama

91.00

92.00

93.00

94.00

95.00

96.00

97.00

98.00

99.00

100.00

0 850 1923 2701 3627 4083 4847 5677 6402

Distancia (m)

% C

ompa

ctac

ion

PROMEDIO: 98.90%PROMEDIO: 98.90%DESVEST: 0.99DESVEST: 0.99

Control de Compactacion Proyecto Lezama

91.00

92.00

93.00

94.00

95.00

96.00

97.00

98.00

99.00

100.00

0 850 1923 2701 3627 4083 4847 5677 6402

Distancia (m)

% C

ompa

ctac

ion

PROMEDIO: 98.90%PROMEDIO: 98.90%DESVEST: 0.99DESVEST: 0.99


7. RESULTADOS DEL PROGRAMA PILOTO EN VENEZUELA

El proyecto permitió corregir en un 100% el agrietamiento de la carpeta de rodamiento y disminuir en un 44% las actividades de bacheo profundo. Es importante destacar que los 9.5km de vía reciclados fueron ejecutados en un mes y medio (01 ½ ) cumpliendo un 100% con los estrictos controles de calidad, lo cual haciendo uso de otra tecnología sería imposible acometer.

Figura 19. Vista de carretera Altagracia de Orituco – Lezama, durante la ejecución del Programa Piloto en Venezuela.

Tal como se puede observar en la figura 22, el espesor equivalente en los resultados obtenidos con el reciclaje de 15cm con Asfalto Espumado equivalen a 30cm de una piedra picada con CBR 80%. Generándose la reducción de transporte para el bote del material producto de la demolición de la carpeta, así como el transporte de material integral tipo piedra picada desde la ciudad de San Sebastian, ubicado aproximadamente a 120km del proyecto Lezama. Como continuación del Programa, se realizo y programo la ejecución de toma de Deflexiones mediante la Viga Benkelman, con la finalidad de estudiar el comportamiento del Reciclaje con Asfalto Espumado. Estas mediciones serán realizadas anualmente. A continuación se presenta grafico donde se ilustra las deflexiones iniciales del proyecto, las obtenidas al entregar el proyecto y las realizada en su segundo año los cuales concluyen en la entrega de una carretera con un pavimento de mejores características. (Ver memoria fotográfica) Con relación a los resultados económicos del proyecto, podemos concluir tal como se puede observar en los gráficos anexos que el Proyecto Piloto, a pesar de las malas condiciones del drenaje y al aumento considerable de fallas plásticas en la vía, el proyecto presento un ahorro de un 23,66% frente a la alternativa de sustitución de la base por un material integral de tipo Piedra Picada, en un espesor de 30cm. En la actualidad la vía presenta un Índice de condición de pavimento PCI de 97.


ACTIVIDADES Metodo Tradicional: Demolición y

Pavimentación con Base de Piedra Picada (30cm)

Metodo Alternativo: Reciclado con Asfalto Espumado (15cm)

OBRAS PRELIMINARES 232.090.323,18 232.090.323,18

DEMOLICIONES 1.146.398.520,75 446.863.436,26

BASES Y SUBBASES 4.448.414.384,57 1.456.616.981,04

ALCANTARILLADOS 2.386.344.444,08 2.386.344.444,08

OBRAS DE ASFALTO 5.426.844.825,20 6.125.581.771,64

OBRAS DE DRENAJE 1.324.556.737,47 1.324.556.737,47

DEMARCACION VIAL 290.655.190,69 290.655.190,69

OBRAS EXTRAS 386.976.382,40 386.976.382,40

TOTAL 15.642.280.808,34 12.649.685.266,76

TIEMPO DE EJECUCION (MESES) 18 12 VARIACION MONTO 23,66% VARIACION TIEMPO 50,00%

ESTUDIO COMPARATIVO DE COSTOS PROGRAMA PILOTO RECICLAJE CON ASFALTO ESPUMADO

PROYECTO LEZAMA

-

2.000.000.000,00

4.000.000.000,00

6.000.000.000,00

8.000.000.000,00

10.000.000.000,00

12.000.000.000,00

14.000.000.000,00

16.000.000.000,00

OB

RA

S PR

ELIM

INA

RES

DEM

OLI

CIO

NES

BA

SES

Y SU

BB

ASE

S

ALC

AN

TAR

ILLA

DO

S

OB

RA

S D

E A

SFA

LTO

OB

RA

S D

E D

REN

AJE

DEM

AR

CA

CIO

N V

IAL

OB

RA

S EX

TRA

S

TOTA

L

Metodo Tradicional: Demolición y Pavimentación con Base de Piedra Picada (30cm)

Metodo Alternativo: Reciclado con Asfalto Espumado (15cm)

Figura 20. Estudio Comparativo de Costos. Programa Piloto Reciclaje con Asfalto Espumado

Fecha ITS seco Coeficiente Estructural SN Espesor

(cm)Coeficiente Estructural SN

20-Ago 336 0.27 1.59 31.15 0.13 1.5921-Ago 356 0.27 1.59 31.15 0.13 1.5925-Ago 383 0.27 1.59 31.15 0.13 1.5926-Ago 388 0.27 1.59 31.15 0.13 1.5928-Ago 333 0.27 1.59 31.15 0.13 1.5930-Ago 305 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5403-Sep 331 0.27 1.59 31.15 0.13 1.5904-Sep 320 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5405-Sep 321 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5408-Sep 312 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5409-Sep 326 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5410-Sep 387 0.27 1.59 31.15 0.13 1.5911-Sep 299 0.25 1.48 28.85 0.13 1.4813-Sep 290 0.25 1.48 28.85 0.13 1.4815-Sep 300 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5416-Sep 304 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5417-Sep 405 0.28 1.65 32.31 0.13 1.6518-Sep 315 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5419-Sep 293 0.25 1.48 28.85 0.13 1.4822-Sep 333 0.27 1.59 31.15 0.13 1.5923-Sep 324 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5424-Sep 303 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5425-Sep 305 0.26 1.54 30.00 0.13 1.5426-Sep 380 0.28 1.65 32.31 0.13 1.65

30Espesor Equivalente cm

ESTRUCTURAS EQUIVALENTE DE RECICLAJE CON ASFALTO ESPUMADO VS PIEDRA PICADA PROYECTO PDVSA LEZAMA

Reciclaje con Asfalto Espumado (espesor 15cm)

Estructura Equivalente Piedra Picada CBR 80%

Figura 21. Estructura Equivalente de Reciclaje con Asfalto Espumado vs Piedra Picada.


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 10 20 30 40 50 60 70 80

DEF

LEXI

ON

(mm

)

PROGRESIVA (m X 100)

RELACION DE MEDICION DE DEFLEXIONES CON VIGA BENKELMAN PROYECTO LEZAMA

May-07

Feb-09

Ago-10

Grafico 04. Relación de Medición de Deflexiones con Viga Benkelman Proyecto Lezama.

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0 10 20 30 40 50 60 70 80

SI

PROGRESIVA (m x 100)

RELACION DE SUMAS ACUMULADAS DE DEFLEXIONES CON VIGA BENKELMAN PROYECTO LEZAMA

May-07Feb-09AG 10

Grafico 05. Relación de Sumas Acumuladas de Deflexiones con Viga Benkelman Proyecto Lezama.


50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0+000 1+000 2+000 3+000 4+000 5+000 6+000 7+000 8+000

VALO

R P

CI

PROGRESIVA (m X 100)

RELACION DE MEDICION DE PCI LEZAMA

Ago-10

Feb-09

Grafico 06. Relación de Índice de Condición de Pavimento PCI. Uno de los análisis adicionales que se pudieron evaluar en este programa piloto, fue la ejecución en el mismo tramo de tres (03) procedimientos constructivos con iguales resultados estructurales, los cuales se describen a continuación:

1. Ejecución en un 100% de bacheos profundo y luego la ejecución de la actividad de reciclaje.

2. Ejecución de la actividad de reciclaje y luego la ejecución de bacheos profundo.

3. Ejecución de la remoción total del pavimento y nueva construcción. De los resultados obtenidos se puede concluir:

1. La desventaja de este procedimiento corresponde al su bajo rendimiento y a la aparición constante de baches no programados. El costo por km de esta metodología corresponde a 861.000BsF.

2. Este procedimiento es el más ventajoso por su alto rendimiento y la reducción de la actividad de bacheo. El costo por km de esta metodología corresponde a 745.000BsF.

3. Este procedimiento resulto ser el más costoso y de más bajo rendimiento. El costo por km de esta metodología corresponde a 987.000BsF.


8. RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS Y DE PLANIFICACION

El objetivo de esta sección es poder plantear las actividades relevantes a ejecutar en las fases del proyecto que se describen a continuación: Preliminares:

• Uno de los beneficios más importantes de la actividad de reciclaje en sitio, es la corrección de la sección transversal de la vía, en tal sentido es importante el levantamiento topográfico para su corrección, además que nos permite detectar puntos inundables en la vía. Es recomendable realizar su levantamiento cada 20m.

• Es importante contar con el suministro de materiales tales como: concreto asfáltico y emulsión asfáltica para no permitir que el material reciclado quede expuesto por un periodo mayor a dos semanas. Los proveedores deberán dar garantía de suministro de los productos.

• Es necesario que en la etapa de proyecto de reciclaje el muestreo sea más exhaustivo que en proyectos de rehabilitación tradicionales, ya que esta información nos permitirá contar con decisiones oportunas para la ejecución de la obra, así como espesores de reciclaje y diseños de mezcla. En tal sentido se recomienda el muestreo mediante de núcleos tipo coredrilles en distancias no mayores a 50m y la verificación de los espesores de la base, mediante taladros de mano cada 200m. La etapa de diseño deberá concluir con una tabla donde se presente tramo a tramo, el diseño de reciclaje correspondiente.

• Es importante independientemente de cualquier tipo de trabajo de rehabilitación de vías, la ejecución de obras hidráulicas y de drenaje.

• Antes de iniciar el reciclado se debe colocar primero todos los drenajes transversales (alcantarillas), y realizar todas las cunetas posibles en tierra, aunque luego sean revestidas con concreto.

• Para la planificación del tramo de trabajo diario, el mismo dependerá directamente del volumen de la cisterna que transporta el cemento asfáltico. Para volúmenes entre 25.000lts y 30.000lts, el tramo de trabajo diario varía entre 800m y 1000m lineales por media calzada de 3.50m. Es importante resaltar que en este rendimiento no influye que en el tramo diario se cuente con varios diseños y espesores de reciclaje.

Procura de Materiales:

• El cemento empleado en el proyecto fue en saco y provino de la planta de cemento ubicada en San Sebastian de los Reyes. Es recomendable en el caso de sacos de contar con un área de almacenamiento adecuada en obra.

• El cemento asfáltico provino de las refinerías de PDVSA ubicadas en el Chaure y en Amuay. Para las mismas se debe contar con un permiso que será otorgado por PDVSA comercialización. Los despachos deberán programarse con una semana de anticipación. Aunque el almacenamiento en este proyecto se realizo directamente en cisternas, se recomienda la instalación de campamentos con cisternas matrices con capacidad de al menos 50.000lts, para almacenar y calentar el cemento asfáltico y contar con un transporte fijo en obra, el cual acompañara al tren de reciclaje.

• Con relación al agua, en caso de no existir llenaderos cercanos, deberá


emplearse dos (02) cisternas de volumen entre 7.000lts a 10.000 lts y programar reabastecimiento tres veces al día. Debe existir una cisterna preseleccionada la cual formara parte del tren de reciclaje y una la cual deberá realizar los viajes al llenadero.

Equipos:

• A continuación se especifica el equipo empleado durante la actividad de reciclaje en el proyecto:

o Planta Electrica 30KVA. o Caldera. o Recicladora WR2400. o Motoniveladora 140G. o Compactador HAMM 3516 de 16ton. o Compactador Liso de 12ton. o Compactador Neumático de 12ton. o Cisterna de 25.000lts para Cemento Asfáltico o Dos (02) cisterna de 7.000lts para agua.

• Es recomendable contar en obra con piezas de desgaste tales como: o Se debe contar con una manquera de repuesto. o Se debe contar con stock de puntas y bases. En el proyecto fueron

cambiadas cincuenta (50) puntas y tres (3) bases por día de trabajo. o Se debe contar con stock de filtros de aceite, aire y 80 litros diarios de

gasoil. o Es recomendable contar con bases de tiros para conectar la cisterna

de asfalto con la recicladora. o Es necesaria la limpieza diaria del tambor de la recicladora.

Mano de Obra:

• A continuación se presenta lista del personal encargado en una actividad de reciclaje:

o Seis (06) obreros para extender cemento. o Tres (03) operadores de caldera. o Un (01) chofer para cisterna de asfalto. o Un (01) chofer para cisterna de agua y ayudante. o Un (01) operador de recicladota. o Dos (02) ayudantes de recicladota. o Un (01) operador de motoniveladora. o Un (01) operador de compactador tipo pata de cabra. o Un (01) operador de compactador tipo rodillo liso. o Un (01) operador de compactador tipo neumatico. o Dos(02) banderilleros. o Un (01) ingeniero residente.

• A continuación se presenta lista del personal de inspección y control de calidad en una actividad de reciclaje:

o Un (01) ingeniero inspector. o Un (01) asistente de inspección. o Un (01) topografo. o Un (01) asistente de topografía. o Un (01) ingeniero de control de calidad. o Un (01) jefe de laboratorio. o Un (01) laboratorista.


o Un (01) asistente de laboratorio. • Es fundamental en un proyecto de reciclaje la atención del proyectista, para

verificar los datos diarios obtenidos a las metas especificadas y la continua comunicación con el Ingeniero Inspector. Se debe preparar un plan de asesoramiento de proyectista que dependerá de los requerimientos de la inspección.

Operación:

• Se debe sellar la carpeta reciclada entre un minino de 4 días y máximo de 14 días. La colocación de la capa de concreto asfáltico deberá ejecutarse en un máximo de catorce días.

• Debido a que cada material posee una curva de sensibilidad con relación a la humedad óptima, siempre es importante que los valores no varíen en más de un 2% por encima.

• Para poder cumplir con las actividades de reciclaje descrita en la tabla 09, deberá contarse con un laboratorio en sitio, cuyo costo actual de alquiler esta en el orden de 33.000BsF.


11. CONCLUSIONES

• La experiencia en Venezuela, fue ejecutada cumpliendo en un 100% con las especificaciones de calidad del proyecto.

• El proyecto permitió corregir en un 100% el agrietamiento de la carpeta de rodamiento y disminuir en un 44% las actividades de bacheo profundo.

• Los 9.5km de vía reciclados fueron ejecutados en un mes y medio (01 ½ ) cumpliendo un 100% con los estrictos controles de calidad, lo cual haciendo uso de otra tecnología sería imposible acometer.

• El programa piloto en Venezuela genero resultados positivos consiguiéndose un ahorro de un 23,66% en costo y un 50% de reducción en el tiempo de ejecución.

• El procedimiento constructivo más ventajoso por su alto rendimiento y la reducción de la actividad de bacheo, correspondió a la ejecución de la actividad de reciclaje y luego la ejecución de bacheos profundo.

• El reciclaje del pavimento asfáltico trae consigo gran cantidad de beneficios: o Permite la reutilización y conservación de recursos no renovables

como agregados y derivados del petróleo. o Corrige en un 100% las fallas superficiales del pavimento. o Ahorro del espacio en rellenos y botaderos, disminuyendo la polución

del ambiente. o Genera la reducción del transporte de mezclas y desechos, lo que

implica un ahorro en combustibles y en mantenimiento de los vehículos, traduciéndose en ahorro energético y disminución de la contaminación ambiental.

o Los períodos de construcción son más cortos, por lo que se ahorra tiempo de los usuarios de la vía.

o Permite la corrección del perfil del pavimento y de la pendiente transversal, mejorando de esta forma la calidad de rodaje.

o Se mejora la capacidad de soporte de la estructura de pavimento. “Cumplamos con las necesidades de la generación presente sin comprometer

las necesidades de nuestra generación futura”.


12. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] ASOCIACION DE PRODUCTORES Y PAVIMENTADORES DE PAVIMENTOS ASFALTICOS DE COLOMBIA“Cartilla del Pavimento Asfáltico”, 2004, Bogota, Colombia.

[2] EUROPEAN ASPHALT PAVEMENT ASSOCIATION “Arguments to stimulate the government to promote reuse and recycling”, 2008, Bruselas,Belgica.

[3] ENIA 6 “Proyecto de Rehabilitación de la Carretera Holguin – Guardalavaca”, 2007, Cuba.

[4] GOKOOL, Dany “Pilot Project: Cold Recycling of Port main entry gate to container Unloading area – Cost Effectiveness”, 2006, Point Lisas, Trinidad y Tobago

[5] LOUDON INTERNATIONAL “Rehabilitation of portion of Lears Road between C.O Williams Office and Ready Mix Plant”, 2005, Barbados.

[6] LOUDON INTERNATIONAL “Rehabilitation from Orizaba to Malacatan”, 2007, Guatemala.

[7] MAYER 97 “Proyecto de Rehabilitación de la Carretera Altagracia de Orituco - Lezama”, 2007, Venezuela.

[8] Wirtgen Group “Road Building a Passion”, Winhagen, 2006, Alemania. [9] Wirtgen Group “Betún Espumado el ligante innovador para la construcción de

carreteras”, 2001, Alemania. [10] Wirtgen Group “Manual de Reciclaje en Frío”, 2004, Alemania.

Documents

Programa Piloto de Reciclaje en Frio en Venezuela