En Estados Unidos, el rápido deterioro de los pavimentos urbanos se debe -casi siempre- al incremento del tránsito y a las cargas aplicadas por los vehículos.
En la búsqueda de soluciones, se ha vuelto de uso común triturar el pavimento de asfalto y mezclarlo como parte de la base granular (figura 1).1 La operación produce un material cercano a un agregado de 0 a 20 mm (3/4 pulg.), que luego de compactarse se utiliza como el cimiento granular de la nueva capa de asfalto.2-4
Con este proceso, se elimina el patrón de agrietamiento del pavimento y se prolonga la vida de servicio en aproximadamente 10 años. Si únicamente se consideran los costos de transportación del material y los problemas de eliminación de desechos, esta técnica ofrece muchas ventajas, tanto económicas como ambientales. Sin embargo, no mejora significativamente la capacidad de carga del pavimento existente.

La rehabilitación de los pavimentos urbanos requiere grandes sumas de dinero. La construcción enfrenta el reto de desarrollar nuevos métodos para su reparación, económicos y amigables con el medio ambiente.

Otra respuesta son las técnicas de estabilización del material, que se han empleado durante muchos años y que, con el desarrollo de nuevos equipos, han renovado su popularidad.2-4 Entre éstas, la más utilizada es la que emplea una emulsión bituminosa, pero el curado del material y la evaporación del agua durante la emulsión pueden causar retardos importantes.4

Para contrarrestar esta desventaja, los investigadores del Centro de Investigación Interuniversitaria sobre el Concreto (CRIB = Centre de Recherche Interuniversitaire sur le Béton) de la Universidad Laval de Québec, Canadá, empezaron a investigar la posibilidad de reemplazar la emulsión bituminosa por una lechada de cemento.5-6
La técnica ha sido llamada Rehabilitación de Alto Desempeño (HPR = high-performance rehabilitation), en oposición a las técnicas estándar o normales de rehabilitación que utilizan emulsiones bituminosas. Se resumen a continuación los resultados de un estudio de laboratorio para analizar las propiedades del material obtenido usando la HPR y una prueba de campo llevada a cabo en la ciudad de Québec.

El estudio de laboratorio y la elección de los agregados

A fin de analizar las propiedades del material obtenido a partir de agregados reciclados estabilizados con una lechada de cemento (figura 1), se seleccionaron cinco sitios5 que cubrieran diferentes relaciones de espesor del pavimento de asfalto con el espesor total pulverizado (A/T7 = asphalt pavement thickness/ total thickness pulverized). Se encontró que las curvas de granulometría satisfacían relativamente bien las curvas de granulometría usadas normalmente en la práctica para concreto compactado con rodillos [f iguras 2(a) y 2(b)].

Proporcionamiento de la mezcla y preparación de especímenes de prueba

Al igual que en la tecnología del concreto compactado con rodillos, de la cual se deriva la técnica HPR, el proporcionamiento de la mezcla se basó en un criterio de consistencia (determinado por el procedimiento de prueba Vebe); es decir, se agregó una cantidad suficiente de agua a los materiales secos para obtener la consistencia requerida (el valor por alcanzar para el tiempo Vebe fue de 60 s). La tabla 1 presenta algunas de las propiedades de cierto número de mezclas de laboratorio que se prepararon. Los especímenes para las pruebas (cilindros de 150 x 300 mm y prismas de 100 x 100 x 400 mm) se hicieron usando un pequeño martillo eléctrico de impacto para obtener la densidad requerida (100 % del valor óptimo determinado por las pruebas Proctor modificadas, ASTM D 1557). Ambos tipos de especímenes se compactaron en dos capas de igual espesor. Después de desmoldarse a las 24 horas, se curaron en agua saturada con cal hasta el momento de las pruebas.

Propiedades de la mezcla

Como puede verse en la tabla 1, los tiempos Vebe son generalmente más bajos que el valor por alcanzar de 60 s. Sin embargo, es claro que las propiedades de los concretos compactados con agregados reciclados son interesantes desde el punto de vista del diseño del pavimento, particularmente considerando el bajo módulo de elasticidad que permite la transferencia de esfuerzos a la base granular. Los resultados en la tabla 1 muestran que, con un contenido de cemento de 12 % (del peso total de los materiales secos, que representa aproximadamente 260 kg/m3) y una relación de agua/materiales cementantes (a/mc) de aproximadamente 0.55, la resistencia a la flexión del material (medido en el tercio medio de carga de acuerdo con ASTM C 78) puede alcanzar hasta 4 MPa a 28 días. Los resultados muestran que esta resistencia a la flexión disminuye a medida que se incrementa el contenido de pavimento de asfalto (A/Tt) en el agregado reciclado, y también varía con el contenido de cemento.
Se realizaron otras pruebas para obtener ciertas indicaciones concernientes a la influencia del secado en las propiedades mecánicas, la influencia de la temperatura de los materiales al momento de la prueba, la deformabilidad bajo esfuerzos de flexión, la resistencia a la fatiga y la contracción por secado.5
Se observó que los especímenes mantenidos durante un mes a 70% de humedad relativa (RH = relative humidity), después de un curado a 28 días, exhibían una ganancia significativa de resistencia a la flexión, es decir, más de 15 % en comparación con los especímenes mantenidos en agua.
También se observó que la resistencia a la flexión determinada a 2 °C y a 45 °C (en especímenes normalmente curados a 23 °C) difería poco de la resistencia determinada a 23 °C. Para la mezcla hecha con el agregado del sitio de la obra núm. 3, y un contenido de cemento de 12 %, los valores determinados a 28 días fueron de 3.9 MPa a 45 °C, 4.1 MPa a 23 °C y 4.4 MPa a 2 °C.
Se encontró que las deformaciones posteriores al pico en la flexión (a partir de las pruebas de carga medidas en el tercio medio sobre prismas de 100 x 100 x 400 mm) eran significativamente más grandes en las mezclas que contenían partículas de asfalto, cuando se compararon con los resultados obtenidos de la mezcla de referencia, la que contenía el agregado de piedra caliza triturada estándar (véase la figura 3, obtenida de mezclas con un contenido de 12 % de cemento).
Los resultados de las pruebas de fatiga, obtenidas también de mezclas con un contenido de cemento de 12 %, se presentan en la figura 4. Aunque la mejor resistencia a la fatiga se obtuvo con la mezcla de referencia, es decir, el concreto compactado con rodillos hecho con el agregado estándar, puede verse que el comportamiento de las mezclas de agregados reciclados es satisfactorio. Este comportamiento satisfactorio está obviamente relacionado con la buena resistencia a la flexión de estas mezclas compactadas con rodillos.
Las mediciones de la contracción por secado (para mezclas con un contenido de 12 % de cemento) se resumen en la figura 5. Como se esperaba, se observó que la contracción por secado era mucho más alta para concretos con agregados reciclados. Esto probablemente se debe en buena parte a la menor influencia de fijación del agregado reciclado que contiene partículas de asfalto blando.

Prueba de campo y programa de prueba

Considerando los resultados obtenidos en el laboratorio, en 19666 se llevó a cabo un programa de pruebas de campo en Québec.
Se construyeron siete secciones de pruebas de 75 x 6.5 m y una pequeña sección de 6 x 6.5 m a lo largo de la mitad del ancho de una calle reconstruida cinco años antes. Además de la evaluación del rendimiento del equipo de rehabilitación en la obra, también se investigó la influencia del contenido de cemento y de la adición de agregados estándar en las propiedades mecánicas del concreto compactado con agregados reciclados (tabla 2).

Operaciones en el campo

Las figuras de la 6 a la 10 ilustran las diferentes operaciones que se realizaron en el sitio. Primero se pulverizó el pavimento de asfalto (figura 6). Luego, usando el mismo equipo, se mezcló la lechada de cemento con los agregados reciclados (es decir, el material pulverizado del pavimento junto con el agregado adicional, si lo había). Se desarrolló un dispositivo especial para inyectar la lechada de cemento a través de agujeros en la unidad del tambor rotatorio del equipo de pulverización. La figura 7 muestra la unidad de mezclado de la lechada de cemento fijada al equipo de pulverización, y la figura 8 muestra la consistencia muy seca del material no compactado después de la adición de la lechada de cemento. Después del mezclado del concreto en la obra usando el equipo de pulverización, se utilizó un nivelador estándar para obtener el perfil requerido. Las operaciones de compactación se realizaron con los rodillos vibratorios convencionales (figura 9). El acabado de la superficie del concreto compactado era relativamente áspero (figura 10), de modo que se colocó una delgada capa de asfalto sobre el pavimento HPR para obtener una superficie de fácil manejo. Resultado de las pruebas A pesar de ciertos problemas técnicos que se encontraron en el equipo de pulverización, la lechada estaba relativamente bien distribuida en el material granular y se observó que la energía de mezclado era adecuada. Los datos de las pruebas realizadas en los especímenes colados durante la construcción del pavimento y en los especímenes sacados del pavimento de concreto endurecido dieron resultados muy cercanos a los obtenidos durante el programa de pruebas de laboratorio, es decir, resistencias a la compresión de aproximadamente 10 MPa y resistencias a la flexión de aproximadamente 1 a 2.5 MPa, con módulos de elasticidad de aproximadamente 10 GPa. Los valores de la resistencia a la flexión obtenidos de los especímenes preparados en el sitio de la obra estaban en el extremo superior del rango, y los obtenidos de los especímenes tomados del pavimento estaban en el extremo inferior. La sección de prueba se localizó en un área industrial en la que el tránsito está compuesto principalmente por camiones de varios pesos. Las grietas que aparecieron en el pavimento después del primer invierno de exposición (con un espaciamiento promedio de 10 a 15 m) se debieron, con toda probabilidad, a efectos térmicos. Este patrón de agrietamiento no ha cambiado significativamente durante los últimos dos años. Conclusión y trabajo futuro La primera experiencia con la técnica HPR puede considerarse positiva. Se obtuvo una tasa de producción de aproximadamente 1.5 m3/min, y el costo de la rehabilitación varió de 13 a 25 dólares canadienses por metro cuadrado.6 Por supuesto, se requieren mejoras en la uniformidad de producción de la lechada, y debe investigarse con mayor profundidad el aire incluido y la durabilidad en la congelación. También es necesario tener más información sobre el efecto de las partículas de asfalto en las propiedades mecánicas. ¿Pueden tratarse únicamente como inclusiones blandas en una matriz rígida, o pueden afectar los mecanismos de hidratación y la microestructura de la pasta de cemento hidratada?
Encontrar las respuestas a estas preguntas representa la base de un programa de investigación que empezó en 1998. Este programa incluye más pruebas de campo, una de los cuales se llevó a cabo recientemente. En el futuro cercano, debe haber resultados de ésta y otras pruebas

Referencias
1. Emery, J.J., "Asphalt concrete recycling in Canada", Transportation Research Board, V. 1427, Washington D.C., 1994, 12 pp.
2. Lefort; M. y J.C. Vautrin, "L'expérience française du retraitement des chaussées", Bulletin de liaison de ponts et chaussées, núm. 167, mayo-junio de 1990, pp. 110-112.
3. Lefort, M., private communication, 1997.
4. Flon, P., "Orientation du Ministère des Transports de Quebec et projets réalisés", Le Recyclage du Bétons en Centrale D'enrobage, Association Québécoise du Transports et des Routes, Nov. 16, 1995, Longueuil, Québec, Canada, 19 pp.
5. Tremblay, M., "Stabilitsation des chaussées par pulvérisation et retraitement au ciment selon une approche de béton compacté au rouleau", MSc Thesis, Departmente of Civil Engineering, Laval University, Québec, Canadá, 172 pp.
6. Marchand, J. L. Boisvert, E. Ouellet e Y. Machabée, "Réalisation d'une section d'essais en utilisant une technique de retraitement à haute performance: Rue Borne - Ville de Québec," Report GSC-97-05, Department of Civil Engineering, Laval University, Québec, Canada, 49 pp.

Michel Pigeon, FACI, es profesor y jefe del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad Laval en Québec e investigador principal del Centro de Investigación Interuniversitaria sobre el Concreto. Luc Boisvert es ingeniero investigador del Centro de Investigación Interuniversitaria Sobre el Concreto. Jacques Marchand es miembro del ACI y profesor asociado de ingeniería civil en la Universidad Laval en Québec e investigador principal en el Centro de Investigación Universitaria sobre el Concreto. Michel Trembley es ingeniero estructural del Grupo Conseil Saguenay en la provincia de Québec. Este artículo se publicó en Concrete International y se reproduce con la autorización del American Concrete Institute.