REHABILITACIN DE PAVIMENTOS RGIDOS CON BETN DE ALTO CONTENIDO DE CAUCHO. EJEMPLOS EN UNA AUTOPISTA ESPAOLA.

Juan Gallego Medina Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Profesor Titular de Universidad UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID tr10@caminos.upm.es

RESUMEN Suele decirse que los pavimentos rgidos requieren menos tareas de conservacin que los pavimentos asflticos. Esto es cierto durante una o dos dcadas de servicio, pero, transcurrido este periodo la rehabilitacin es dificultosa. Es habitual el recrecido mediante una o varias capas de mezcla asfltica. Para evitar que aparezcan fisuras reflejadas sobre las juntas de las losas se requieren espesores muy fuertes de mezclas bituminosas, con un coste elevado. Un nuevo material, el betn-caucho con un alto contenido de caucho (20%) ofrece una solucin eficaz y econmica, como lo demuestran dos obras ejecutadas con este nuevo material en Espaa sobre pavimentos rgidos de la autopista AP-7, y que se describen en la presente Comunicacin Tcnica. Se trata de un recrecimiento de unos 5 cm de espesor colocado directamente sobre las losas y que despus de varios aos de servicio no ha sufrido reflexin de fisuras.

1. INTRODUCCIN. A finales de los aos noventa un residuo procedente del transporte por carretera, los neumticos fuera de uso (NFUs), ha pasado a primera plana en la Unin Europea y en nuestro pas. En efecto, se ha estimado que la UE genera cada ao unos dos millones y medio de toneladas de neumticos de desecho. En Espaa la cifra se sita en torno a las trescientas mil toneladas. Las directivas europeas, la normativa espaola y la continua investigacin han

ido abordando desde distintos frentes la problemtica de un residuo que crece con los progresivos niveles de motorizacin de un pas. La Direccin General de Carreteras del Ministerio de Fomento, consciente de estos condicionantes, dio curso hace unos meses a la Orden Circular 5/2002 bis, en la que anima al empleo del caucho de NFUs en mezclas bituminosas cuando resulte tcnica y econmicamente rentable. La Orden Circular entr en vigor el 16 de noviembre de 2002 y entre sus disposiciones cabe citar textualmente los siguientes prrafos: Primero- Modificar el apartado 540.2.1 del artculo 540 Lechadas bituminosas, del Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales Para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3), incluido en la OC5/2001, en el sentido de aadir al final del mismo el siguiente prrafo: Segn lo dispuesto en el apartado 2.3.f del Plan de neumticos fuera de uso (...) las emulsiones bituminosas a emplear podrn ser fabricadas con ligantes modificados por adicin de polvo de neumticos usados Segundo- Modificar los apartados 542.2.1 del artculo 542 Mezclas bituminosas en caliente y 543.2.1 del artculo 543 Mezclas bituminosas discontinuas en caliente para capas de rodadura, del Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales Para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3), incluidos ambos en la OC5/2001, aadiendo el siguiente prrafo: Segn los dispuesto en el apartado 2.3.f del Plan de neumticos fuera de uso (...) en las obras en las que la utilizacin del producto resultante de la trituracin de los neumticos usados sea tcnica y econmicamente vialbe se dar prioridad a estos materiales Tercero- Esta Orden Circular se aplicar a los siguientes tipos de proyectos, obras y actuaciones en general: - Proyectos de carreteras de nueva construccin, de acondicionamiento, y de reconstruccin total (...) - Otros tipos de proyectos y obras incluso de rehabilitacin estructural- (...)

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2. TCNICAS DISPONIBLES PARA LA INCORPORACIN DE CAUCHO EN LAS MEZCLAS BITUMINOSAS. Como sucede con otros aditivos, el caucho puede incorporarse en los materiales asflticos mediante dos procedimientos: Va hmeda: el betn asfltico se modifica con caucho de neumticos, como si se tratase de cualquier otro polmero. El betn modificado con caucho (en adelante betn-caucho), puede

emplearse en riegos, fabricacin de mezclas asflticas, etc. Se distinguen los dos casos siguientes: Betunes de alto contenido de caucho: Se trata de betunes con una modificacin avanzada, fabricados en equipos industriales que se desplazan a la central de fabricacin de mezclas bituminosas y suministran el betn caucho en tiempo real, a la demanda de la planta. Ms del 2% del peso de la mezcla bituminosa est constituido por caucho. Betunes de bajo contenido de caucho: Son betunes similares a los que se modifican con polmeros vrgenes, tipo EVA o SBS, y se emplean equipos industriales similares a los empleados con aqullos. Incorporan una cantidad de caucho que supone alrededor de un 0,5% del peso de la mezcla bituminosa, cuatro veces menos que el tipo anterior. Va seca: Consiste en la mezcla directa del caucho con los ridos durante el proceso de fabricacin de la mezcla, antes de incorporar el ligante al mezclador. Con respecto al peso de mezcla bituminosa se incorporan porcentajes de caucho entre el 1 y el 2%. Al tratarse de tecnologas diferentes el consumo de caucho, la fiabilidad de los productos obtenidos y las prestaciones de las mezclas bituminosas que se consiguen en uno u otro caso son muy diferentes. Las mezclas fabricadas con alto contenido de caucho incorporan entre el 8 y el 10% de ligante (sobre peso de los ridos). Ello es posible gracias al alto grado de modificacin del ligante que le confiere a la mezcla bituminosa una resistencia excelente a las deformaciones plsticas. Y precisamente por este alto contenido de ligante, que no puede permitirse con los betunes de bajo contenido de caucho o con otros betunes modificados, la resistencia a fatiga de la mezcla bituminosa o su resistencia a la reflexin de fisuras es mayor que en las dems mezclas bituminosas. Las mezclas bituminosas con betn de alto contenido de caucho se colocan en capas delgadas para rodadura, con granulometras discontinuas o drenantes. Se trata de capas especialmente tiles cuando se esperan problemas de reflexin de fisuras, de fatiga o de envejecimiento. No se emplean granulometras continuas dado que en general no se dispondra de suficientes huecos en rido para albergar todo el ligante con que se disean. No obstante, y para concluir este apartado, debe aclararse que cada una de stas mezclas bituminosas ofrece unas prestaciones diferentes y por ello las aplicaciones a que se destinan deben ser tambin diferentes. Podra resumirse de la siguiente forma: a) Va hmeda, betunes de alto contenido de caucho:

Casos exigentes, en los que la fatiga o la reflexin de fisuras comprometan el resultado de la actuacin a medio plazo: Recrecimiento asfltico de pavimentos de hormign o firmes semirgidos, capas bituminosas sobre materiales tratados con cemento, reciclados con cemento, etc. O en el otro extremo, explanadas deformables, que precisan mezclas bituminosas muy flexibles y resistentes al envejecimiento. Apto en carreteras de todo tipo, incluso en las de trficos ms elevados. b) Va hmeda. Betunes de bajo contenido de caucho: Todo tipo de mezclas bituminosas, siempre que se desee una calidad mejorada sobre mezclas convencionales, sin modificar con polmeros. Apto para todo tipo de carreteras, incluso las de trfico elevado. c) Va seca: Adecuada slo en carreteras de trfico medio. Exige un control de calidad exhaustivo, dado que cualquier error podra conducir a un mal resultado. 3. LA TECNOLOGA DE BETUNES DE ALTO CONTENIDO DE CAUCHO. Se describirn a continuacin la fabricacin del ligante modificado con un alto contenido de caucho, sus caractersticas, la fabricacin en obra de mezclas bituminosas y las propiedades ms reseables de stas. 3.1 Fabricacin del betn de alto contenido de caucho. Un betn de este tipo est compuesto de betn asfltico y polvo de caucho. El betn se almacena en los propios tanques de la central de fabricacin de mezclas bituminosas, mientras que el caucho se suele suministrar en sacas de unos 1.000 kg de peso. La fotografa 1 muestra el tipo de saca que habitualmente se utiliza. Este procedimiento permite un envasado rpido en la planta de trituracin de neumticos, un transporte eficaz y un almacenaje en obra que preserva al caucho de la lluvia.

Fotografa 1. Sacas para el suministro de polvo de El caucho que se emplea es un triturado de tamao mximo no mayor de 2 mm. La unidad de mezclado, que est diseada sobre un semiremolque, se ubica en la central de fabricacin de mezclas bituminosas. Una vez estacionada, la cabeza tractora puede marcharse, quedando slo el semiremolque con la unidad de mezclado. La fotografa 2 muestra una unidad de mezclado sobre remolque, estacionada en la planta de fabricacin.

Fotografa 2. Unidad de fabricacin de betn de alto contenido de caucho, estacionada en la planta de fabricacin de mezclas

Una vez que la unidad de mezclado se ha estacionado, se conecta el suministro de betn asfltico desde los tanques de la planta de fabricacin de mezclas bituminosas, se carga la tolva de caucho, y a travs de una cinta transportadora incorporada dentro del equipo y dotada de un sistema automtico de dosificacin, se alimenta con caucho el mezclador-agitador. Finalmente el betn caucho recin fabricado pasa a un tanque de digestinregulacin cuya estructura interna, dividida en compartimentos concatenados, garantiza que se completar la digestin. Desde este tanque se sirve el betn de alto contenido de caucho a la planta de fabricacin de mezclas, al ritmo que esta lo va demandando. Para ello la salida del tanque digestor-regulador se acopla a la tubera de betn que transporta habitualmente el ligante hasta el mezclador. La propia unidad de mezclado cuenta con una bomba que impulsa el ligante a travs de dicha tubera, cuando se le demanda desde el puesto de control de la central de fabricacin, todo ello con mecanismos automatizados. 3.2 Caractersticas del betn modificado con alto contenido de caucho. Previamente al comienzo de la obra se realiza un sencillo estudio de laboratorio para asegurarse de la compatibilidad caucho betn. Con este estudio se determina el contenido de caucho ms idneo (siempre entre el 18 y y el 23%), temperatura de operacin, etc. Quizs por un insuficiente conocimiento de sta tcnica, a veces se ha mencionado como principal limitacin la exigencia de consumir el ligante inmediatamente a su fabricacin, puesto que de otro modo perdera sus propiedades. En realidad esto no es cierto. El estudio de compatibilidad en laboratorio permite garantizar que sus propiedades se conservarn durante horas; y en casos extremos, como detenciones de la obra debidas a una meteorologa adversa, a averas de los equipos, etc., es suficiente disminuir la temperatura del tanque regulador para lo que el sistema est equipado con los dispositivos correspondientes- de modo que la cintica de la interaccin caucho betn prcticamente se detiene, y las propiedades del ligante se pueden conservar durante varios das. El betn modificado con alto contenido de caucho se caracteriza por una mnima susceptibilidad trmica, con un punto de reblandecimiento y una viscosidad elevados. Como ejemplo de las caractersticas de este tipo de ligantes, la tabla 1 muestra los resultados de los ensayos practicados a un betn de alto contenido de caucho empleado en un recrecimiento sobre losas de hormign en la autopista AP-7, obra que se comenta al final de este artculo.Tabla 1. Caractersticas del ligante empleado en la autopista AP-7.

ENSAYO Penetracin Punto de reblandecimiento Retorno elstico por torsin Viscosidad a 175C

Unidad 10-1mm C % cP

NLT 124 125 329 375

RESULTADO 30 83 21 3.250

Es precisamente el alto contenido de caucho y su adecuada digestin lo que le confiere estas caractersticas y permite que este ligante modificado con caucho de neumticos pueda incorporarse en la mezcla bituminosa en contenidos que llegan al 10% sobre el peso de los ridos. El siguiente apartado describe con detalle las caractersticas de estas mezclas bituminosas, as como su fabricacin en central y su puesta en obra.

4. RECRECIMIENTO DEL PAVIMENTO DE HORMIGN EN VARIOS TRAMOS DE LA AUTOPISTA AP-7. Con la tecnologa hasta aqu descrita, la de las mezclas con betunes de alto contenido de caucho, se han rehabilitado varios tramos de la autopista AP-7 Tarragona-Valencia-Alicante, con una longitud total de unos 20 kilmtros de calzada. Las obras se realizaron entre 2002 y 2004 y en este apartado se comentan algunos de sus aspectos. 4.1 Descripcin del pavimento existente y de la solucin adoptada. La autopista AP-7, que transcurre entre Tarragona y Valencia, soporta un trfico de vehculos pesados T0 a T00, segn los tramos, y un crecimiento anual del mismo que ronda el 5%. Cuenta en toda su longitud con firmes de distintas tipologas estructurales. Concretamente los tramos cuya rehabilitacin se planteaba estaban constituidos por losas de hormign de 25 cm de espesor, sin pasadores, sobre una capa de grava-cemento de 20 cm de espesor. La longitud de las losas es variable, predominando la cadencia 3,8 5,8 4,0 5,0 metros. La seccin transversal es de 2 carriles con una anchura total de 7,5 metros, ms un arcn exterior de 2,5 metros y uno interior, junto a la mediana, de 1 metro de ancho. El estado del pavimento en los tramos que se estudiaron podra caracterizarse por la existencia de movimiento entre losas consecutivas, debido a la erosin en el apoyo de las mismas y, espordicamente, por la aparicin de losas fisuradas. La fotografa 3 muestra una imagen de estos deterioros.

Fotografa 3. Deterioros en el pavimento de hormign. Autopistas AUMAR, sociedad concesionaria de la Autopista, solicit una solucin con betunes de alto contenido de caucho a la empresa ASFALTMEROS, especializada en este material. Se requera en la peticin que la solucin adoptada fuese durable, con una buena adherencia al pavimento de hormign o a pavimentos asflticos. As mismo se solicitaba que el coeficiente de rozamiento transversal fuese adecuado a una infraestructura de este tipo y una buena resistencia a las roderas, dado el elevado nivel de trfico que se registra. Pero quizs el punto principal que debera quedar resuelto era el de las fisuras reflejadas que suelen producirse desde las juntas y fisuras de las losas hasta la capa o capas de recrecimiento a colocar sobre un pavimento de hormign. Actualmente las soluciones ms frecuentes sobre ese tipo de patologa de firmes suelen consistir en sistemas de arena betn o geotextiles impregnados. Suele requerirse una primera capa de regularizacin seguida del tratamiento propiamente dicho arenas betn o geotextiles- y una ltima capa de rodadura. AUMAR suele, adems, hacer un tratamiento previo de las losas mediante inyeccin de lechada de cemento con el objeto de recalzar y estabilizar las losas. Pues bien, la solucin adoptada con mezcla bituminosas con betn de alto contenido de caucho tras la inyeccin de las losas para su estabilizacin consisti en un riego de adherencia directamente sobre las losas y sobre el

riego una capa nica de mezcla con betn de alto contenido de caucho. El espesor de mezcla fluctu entre 4 y 6 centmetros, segn las caractersticas de cada tramo. La figura 1 muestra un esquema del sistema constructivo, por comparacin con otros sistemas. Las ventajas constructivas de esta solucin se derivan del hecho de que la propia capa de rodadura que se coloca sobre las losas de hormign constituye un tratamiento antirreflexin de fisuras, pero con la particularidad de que es un sistema monocapa, en contra de los otros sistemas referidos el de arena betn o el de geotextil impregnado-, que son sistemas multicapa (capa de regularizacin + tratamiento antifisuras + capa de rodadura) y por ello ms costosos de poner en obra (figura 3.

SISTEMA MONOCAPA CON MEZCLA CON BETN DE ALTO CONTENIDO DE CAUCHO

Mezcla alto contenido de caucho para rodadura Riego de adherencia Losa de hormign

Taladro para inyeccin de lechada de cemento

Recalce de losas mediante inyeccin de lechada de cemento

Grava-cemento

SISTEMA TRICAPA CON ARENA BETN O CON GEOTEXTILES Taladro para inyeccin de lechada de cemento

Mezcla bituminosa para rodadura Arena betn o geotextil Regularizacin Riego de adherencia Losa de hormign

Recalce de losas mediante inyeccin de lechada de cemento

Grava-cemento

Figura 3 Recrecimiento antirreflexin con mezclas de alto contenido de caucho, y alternativa con geotextil

Debe aclararse que la inyeccin previa de las losas no es una tcnica asociada al betn de alto contenido de caucho, sino una tcnica que AUMAR realiza habitualmente en sus pavimentos rgidos. 4.2 Ejecucin de la obra. La ejecucin de la obra no present ningn incidente a causa del empleo de la mezcla con betn de alto contenido de caucho, a pesar de que el constructor no contaba con experiencia en este tipo de mezcla bituminosa. La planta de fabricacin de mezclas era del tipo discontinuo; la unidad de fabricacin de betn de alto contenido de caucho no tuvo ningn problema para acoplarse con ella y los mecanismos automticos fueron perfectamente compatibles.

En la extensin de la capa de mezcla bituminosa se procur que la junta longitudinal no coincidiese con la junta longitudinal de las losas de hormign. En el arcn externo se extendi una mezcla bituminosa convencional. La compactacin se realiz con rodillo liso, primero con vibracin y despus sin ella. La apertura al trfico se realiz unas horas despus.

Fotografa 4. Macrotextura conseguida en la autopista A-7. Se obtuvo un valor de 1,4 mm de profundidad del crculo de arena (NLT-335) La macrotextura superficial lograda (fotografa 4) medida a travs de la profundidad del crculo de arena (NLT-335) fue de 1,4 mm.

5. CONCLUSIONES. De todo lo expuesto hasta aqu cabe resaltar algunas ideas y conclusiones: Los neumticos fuera de uso constituyen un problema para el medio ambiente, dado que son difcilmente biodegradables y tienden a acumularse en vertederos, controlados o incontrolados. Es necesario emplear el caucho de los neumticos en aplicaciones que lo valoricen de acuerdo con las polticas generales de gestin de residuos. De otro modo no podr darse cumplimiento a la Directiva Europea ni al PNNFU`s espaol.

El empleo de mezclas bituminosas fabricadas con betunes de alto contenido de caucho de neumticos, que incorporan unos 20 kg de caucho (tres neumticos de automvil) en cada tonelada de mezcla, supone una va muy interesante de valorizacin del estos residuos. Se ha revelado a travs de dos dcadas de experiencia en Estados Unidos que estas mezclas tienen un comportamiento excelente frente a los problemas de fatiga, envejecimiento o reflexin de fisuras. Por consiguiente no se trata de convertir la carretera en vertedero, sino de sacar importantes ventajas para el pavimento a la vez que se resuelve un problema medioambiental. La rehabilitacin de varios tramos, con pavimento de losas de hormign, mediante mezclas bituminosas de alto contenido de caucho, con espesores de 4-6 cm, en la Autopista AP-7 (Tarragona-Valencia-Alicante) en una longitud de 20 kilmetros de calzada, ha ofrecido un comportamiento excelente, sin que se hayan observado fisuras reflejadas