Optimization of cold mixtures with emulsion and high rap content

Resumen

El presente trabajo analiza una de las alternativas para la rehabilitación de las carreteras, mediante mezclas recicladas en frío con emulsión. Además, se propone la realización de la nueva mezcla a partir del 100% de pavimento reciclado, lo que significa un avance para lograr la gestión más sostenible de las carreteras, al mismo tiempo que plantea un desafío importante para poder lograr un alto rendimiento. En la primera etapa de esta tesis, se estudió la energía de compactación adecuada para diferentes muestras de laboratorio, así como la influencia de diferentes tipos de emulsión y contenido de cemento sobre el comportamiento de la mezcla reciclada con 100% de RAP. La compactación es un tema que no se ha estudiado a fondo y que requiere mayores esfuerzos por parte de los investigadores para comprender mejor las mezclas frías. Por tal motivo, se decidió evaluar la influencia del método de compactación en el diseño de mezclas recicladas en frío con emulsión mediante la compactación con el Proctor modificado y la compactación giratoria según las regulaciones españolas. El objetivo fue elaborar un estudio comparativo de una serie de fórmulas de trabajo compactadas por ambos métodos. La comparación se realizó en términos de su densidad y contenido de huecos. El siguiente paso fue el desarrollo de una metodología de diseño con el objetivo de simplificar la elección de la mejor fórmula de mezcla. La idea es obtener un Índice de rendimiento global (GPI) que permita evaluar sistemáticamente cada mezcla. Para este propósito, se eligieron las pruebas de las siguientes propiedades, que combinan parámetros volumétricos y mecánicos: contenido de huecos en mezcla, resistencia a la tracción indirecta (ITS), sensibilidad al agua (ITSR), ahuellamiento, módulo de rigidez y vida útil a fatiga. Paralelamente a estos trabajos, se ha desarrollado un sistema de evaluación de cada propiedad basado en gráficos de rendimiento. De los resultados obtenidos en el laboratorio, cada propiedad ha sido evaluada para obtener el índice de desempeño respectivo. Una vez que se obtuvieron los resultados de todos los índices, la evaluación de cada mezcla se llevó a cabo a través del Índice de rendimiento global (GPI). Los índices propuestos son sensibles a los cambios, por lo que el GPI varía según la fórmula de la mezcla de trabajo analizada. El método considera múltiples parámetros de la mezcla que se simplifican con la metodología en un solo valor (GPI) que garantiza que la elección de una mezcla se basa en criterios técnicos y cuantitativos. El Índice de rendimiento global se puede usar no solo para comparar variaciones de una fórmula de mezcla de trabajo, sino también para comparar los resultados de varias granulometrías, emulsiones, etc. Finalmente, la última etapa de esta investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de agregar diferentes porcentajes de escoria en una mezcla de reciclado en frío en las propiedades de auto-reparación, y estudiar los efectos que la temperatura y la recompactación dan al potencial de auto-reparación. Por tal motivo el estudio se ha dividido en 2 etapas. La primera fue un estudio del calentamiento de las mezclas diseñadas con diferentes porcentajes de escoria, y la segunda el estudio de los efectos de la temperatura y la energía de recompactación en la tasa de autorreparación (HR). Los resultados muestran que el aumento de la temperatura y el aumento de la energía de compactación no producen por sí solo un aumento del HR, pero una combinación de ellos produce resultados muy prometedores. A lo largo del desarrollo de esta tesis, ha sido posible obtener resultados que contribuyen a la mejora de la técnica de reciclaje en frío con emulsión, que parece ser una técnica prometedora. Se estableció la necesidad de desarrollar una alternativa con menos impactos ambientales que ofreciera ventajas técnicas para la rehabilitación de pavimentos dañados. Inicialmente se confirmó la falta de consenso en la investigación de este tipo de tecnologías, tanto desde el punto de vista del diseño, como la falta de estandarización de los procedimientos. Esta tesis ha desarrollado una metodología que parece prometedora para la optimización de este tipo de mezclas. En particular, se ha utilizado para comparar proporciones de materiales para su diseño, pero de la misma manera, se puede implementar para la comparación de mezclas de este tipo con materiales de diferentes orígenes. Esto debido a que los parámetros de evaluación elegidos se establecen para evaluar cualquier mezcla de esta naturaleza, proporcionando una metodología que mejora la optimización. Esta técnica se puede utilizar progresivamente y, de este modo, contribuir a mejorar los pavimentos de las carreteras de una manera más eficiente cuando se realiza in situ, con menos impacto ambiental.