Sala de Prensa

Reparación del firme del Puerto de Tarragona (y II)

En la segunda parte del artículo de Cimbra de “Reparación del firme del Puerto de Tarragona. Con mezcla de alto módulo fabricada con ligante mejorado con caucho”, continuaremos con el análisis de las características técnicas de este material, además de su aplicación en la reparación del Puerto de Tarragona. 

Análisis de módulos de rigidez

Los módulos medidos durante el ensayo EBADE muestran el betún convencional B 15/25 como el más rígido, alcanzando valores mayores.

Esto, normalmente, implicaría, en similares condiciones de una mezcla asfáltica, módulos de rigidez de ésta más elevados. Sin embargo, vemos cómo la resistencia a largo plazo se ve mermada por una menor ductilidad de este betún. La caída de módulo al final del ensayo hace inferir una rotura tipo frágil.

No es este el caso del betún BC 20/30. Su módulo evoluciona formando una curva menos tendida (menos susceptibilidad), sin rotura brusca y con capacidad de aguantar mayor número de ciclos.

El comportamiento a temperaturas más bajas y, por tanto, más críticas en cuanto a rigidización y fatiga se aprecian aún más al bajar la temperatura del ensayo. El comportamiento del betún convencional es el esperado, más rígido pero también bastante más frágil que el betún mejorado con caucho.

Análisis de energías de deformación

La energía de deformación es uno de los parámetros más interesantes de este ensayo. La energía disipada es normalmente mayor conforme aumenta la temperatura, aunque el módulo y tensiones alcanzadas son menores. Energías disipadas mayores implican mayor tenacidad del ligante y, por tanto, de las mezclas fabricadas con ellos: se disipará más energía en el proceso de fallo. 

De forma equivalente, serían necesarios más ciclos de carga (paso de vehículos) para que se produzca el fallo. Es un factor que afecta también, por ejemplo, a la velocidad de propagación de fisuras en las capas del firme.

En nuestra comparación entre ligantes, suponiendo de base que alcanzamos con los dos las prescripciones de las mezclas de alto módulo (módulos y tensiones del ligante suficientemente altos), se esperará a priori mejor comportamiento a fatiga en aquel ligante que presente mayores energías de deformación. Para todas las temperaturas estudiadas, la superficie bajo la curva de energía disipada es mayor que el betún de alto módulo con caucho que en el betún convencional.

Es interesante destacar las diferencias encontradas en función de la temperatura de ensayo, especialmente en el comportamiento del B 15/25 que se fragiliza de una forma mucho más drástica que el betún mejorado con caucho BC 20/30.  A -5ºC, este último es capaz de mantener cierta tenacidad hasta en tres niveles de deformación muy por encima del B 15/25.

En todos los casos, el BC 20/30 demuestra una tenacidad que, sin duda, mejoraría las prestaciones de la mezcla de alto módulo con ellas fabricadas, sobre todo en comparación con el B 15/25 al que sustituiría en sus posibles aplicaciones.

Las gráficas de densidad de energía disipada muestran también cómo con deformaciones bajas la energía se mantiene constante. Es destacable que los dos ligantes muestran, prácticamente, el mismo resultado en el primer ciclo de carga, es decir, no se observa deterioro del material. Se empiezan a ver diferencias al aumentar la deformación en los siguientes ciclos de carga, mostrándose así los niveles de deformación de cada ligante a partir del cual se detecta fallo. Destacar como el betún B 15/25 empieza a sufrir daño mucho antes que el BC 20/30.

En general, podemos decir que, si bien el betún convencional B 15/25 es capaz de proveer mayores valores de módulo de rigidez a la mezcla asfáltica, su susceptibilidad térmica y su rigidización es más acentuada, produciéndose la rotura frágil del material en menor número de ciclos. De ahí, también que sus deformaciones de rotura sean claramente inferiores.

Ensayo de fatiga

Con objeto de confirmar el comportamiento de ligante BC 20/30, se han realizado ensayos de fatiga en mezclas de alto módulo fabricadas con este betún, así como betún 15/25 convencional. Los resultados, resumidos a continuación con sendas rectas de fatiga, confirman el mejor comportamiento del ligante con caucho, con una ley de fatiga situada por encima de la del B 15/25 y con menor pendiente.

Conclusiones al estudio de ligantes

A continuación, se exponen las principales conclusiones:

• La aportación del polvo de neumático fuera de uso para la obtención de betunes de alto módulo (BC 20/30) aporta mejoras significativas en estos ligantes frente al betún convencional B 15/25.
• De estas mejoras, destacan la menor susceptibilidad térmica, la mayor elasticidad del material y un comportamiento más tenaz, que se traduce en mezclas menos frágiles y más resistentes a fatiga.
• Una vez confirmada la mejora en fatiga de estas mezclas, un siguiente paso será analizar si sería posible la optimización de las secciones de firme de alto módulo especificadas en el pliego, aprovechando las ventajas que puede aportar el uso del ligante BC 20/30.

Aplicación del ligante BC 20/30 en el Puerto de Tarragona

El estado del firme del denominado Muelle del Carbón del Puerto de Tarragona se encontraba en muy mal estado debido al fuerte tráfico de pesados y ciertas filtraciones de agua, resultado de los muchos años de servicio. Se decidió un saneamiento general del paquete de firme, reponiéndolo y terminando con dos capas de alto módulo de 15 y 10 centímetros de espesor más una rodadura especial de cinco centímetros.

La obra de refuerzo se realizó en abril de 2016. Al tratarse de una obra portuaria, presentaba ciertas peculiaridades, destacando el gran número de vehículos pesados que circulaban por la zona, equivalentes a un tráfico T1 (entre 800 y 2.000 vehículos por día) y la circulación de una grúa de gran tonelaje de unas 600t y 48 ruedas que se suele trasladar una vez a la semana.

Fabricación y puesta en obra

Todas las mezclas se fabricaron desde las instalaciones de la empresa AFICSA en Vilaseca (Tarragona), con una planta discontinua de 260t de producción. Los áridos fueron silíceos con parte de arena porfídica de la cantera Cumesa. 

Para ambos ligantes, la temperatura media de fabricación fue de 170ºC, algo más elevada que para mezclas convencionales debido a la mayor viscosidad de este tipo de betunes.

Para el extendido y compactación, se utilizaron los medios habituales para una mezcla tipo hormigón asfáltico, pero con una mayor temperatura de trabajo, unos 165ºC. El tren de compactación incluía rodillo metálico planchado y vibrador y compactador de neumático.

Resultado obtenidos. Control de laboratorio

La mezcla corresponde con una AC 22 S MAM, a la cual se le realizó un control rutinario de extracciones y contenido de ligante, completado con ensayos de deformaciones plásticas y módulo de rigidez. Los datos comparativos son relativos, pues entre la ejecución con betún 15/25, realizada en primera lugar, y la realizada con el betún mejorado se realizaron granulométricos en la fórmula de trabajo.  El contenido medio del ligante extraído fue de 5% s/m con la granulometría final resultante. Con estas características, se obtuvieron entre 4 y 5% de huecos mezcla con una densidad media de 2,437 g/cm3. 

En el ensayo de deformaciones plásticas (UNE-EN 12697-22), en ambos casos se cumplió sobradamente la especificación para tráficos pesados (WTS aire 0,07), pero con un mejor comportamiento de la mezcla de betún caucho mejorando con un WTS de 0,0045 frente a un 0,05 obtenido con el ligante 15/25 convencional.

En cuanto al módulo de rigidez, en ambos casos se obtuvieron valores superiores a los 11.000 MPa, con diferencias que no se pueden considerar significativas. Si bien, este ensayo se realizó a diferentes temperaturas para comprobar la susceptibilidad térmica de los dos materiales, obteniéndose valores de módulo algo mayores a temperaturas más altas, en el caso del betún mejorado con caucho.

No se apreciaron diferencias significativas en la fabricación y puesta en obra de las mezclas fabricadas con cada ligante. La compactación medida sobre testigos fue prácticamente del 100% con ambos betunes y el aspecto visual de ambas mezclas, similar y normal para una mezcla de alto módulo. 

La experiencia realizada puede trasladarse perfectamente a cualquier carretera con tráficos T1 y T2 en capa intermedia y para todo tipo de tráficos en capa de base, donde esté especificado el uso de un betún duro tipo B 15/25 para mezclas de alto módulo.

Con el nuevo betún de alto módulo mejorado con caucho, mejoraríamos el desempeño de las Mezclas de Alto Módulo (MAM), situándose las prestaciones de este nuevo ligante en un lugar intermedio entre las del ligante convencional 15/25 y el betún modificado con polímeros PMB 10/40-70 (BM 1), especificado para capas intermedias de tráfico más elevados tipo T0 y T00.