El Reciclado en Frío In Situ (CIR) es un método de rehabilitación de pavimentos donde las capas asfálticas existentes se fresan, mezclan con agentes recuperadores (emulsión o asfalto espumado) y a veces agregado virgen a temperatura ambiente, luego se repavimentan y compactan — todo en obra sin calor. Cubre el proceso CIR, el tren de equipos, el diseño de mezcla, la contribución estructural, los requisitos de la capa de rodadura y la inspección.
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El Reciclado en Frío In Situ (CIR) es una técnica de rehabilitación de pavimentos definida por la Administración Federal de Carreteras (FHWA) y la Asociación de Reciclaje y Recuperación de Asfalto (ARRA) como un método en el que los materiales del pavimento asfáltico existente se reutilizan en el lugar sin aplicación de calor. El proceso implica fresar una porción del pavimento asfáltico existente — típicamente entre 50 y 125 mm (2 a 5 pulgadas) — triturar y tamizar el material fresado para producir Pavimento Asfáltico Recuperado (RAP), mezclar el RAP con un agente recuperador bituminoso y aditivos opcionales, y luego colocar y compactar la mezcla reciclada — todo en una operación continua dentro de la calzada. El CIR reutiliza el 100 por ciento del RAP generado durante el proceso, lo que lo convierte en uno de los métodos de rehabilitación más eficientes en términos de material disponibles.
El CIR se clasifica como un método de reciclado de profundidad parcial según las directrices de la ARRA. Esto lo distingue de la Recuperación a Profundidad Total (FDR), que trata tanto las capas asfálticas ligadas como los materiales de base o subbase no ligados subyacentes. La profundidad típica de tratamiento del CIR es de 75 a 100 mm (3 a 4 pulgadas), con profundidades tan reducidas como 50 mm (2 pulgadas) posibles cuando el soporte subyacente es resistente, y hasta 125 mm (5 pulgadas) alcanzables si se puede lograr una compactación adecuada. La capa CIR reciclada funciona como una base estabilizada que debe recibir una capa de rodadura — como una sobrecapa de Mezcla Asfáltica en Caliente (HMA), un sello de gravilla o un microaglomerado en frío — para proporcionar una superficie de rodamiento resistente al desgaste.
Los beneficios ambientales y económicos del CIR son sustanciales. En comparación con la reconstrucción convencional de fresar y rellenar, el CIR reduce las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de la construcción hasta en un 90 por ciento, elimina la necesidad de transportar RAP fuera del sitio e importar agregados vírgenes, reduce el consumo de energía al eliminar el secado de agregados y la producción de HMA, y genera ahorros en los costos del proyecto del 20 al 50 por ciento. El proceso también preserva la geometría existente de la carretera, mantiene los gálibos de los puentes y las alturas de los bordillos, y típicamente permite que el tráfico se reanude dentro de una hora después de la compactación. Estos atributos hacen del CIR una estrategia de rehabilitación cada vez más preferida para las agencias de carreteras que gestionan redes asfálticas envejecidas con presupuestos limitados.
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El proceso CIR se ejecuta mediante un tren de equipos especializados cuya configuración varía desde máquinas de una sola unidad hasta trenes de múltiples unidades. La selección de la configuración del equipo depende de la escala del proyecto, los requisitos de producción, las necesidades de procesamiento del RAP y las restricciones geométricas. Las cuatro configuraciones principales de equipos reconocidas por la Asociación de Reciclaje y Recuperación de Asfalto (ARRA) son: tren de una unidad, tren de dos unidades, tren de múltiples unidades y configuración de máquina única/recuperadora.
En la configuración de una unidad, una máquina autónoma realiza el fresado, la inyección del agente recuperador, la mezcla y la colocación en una sola pasada. La máquina incorpora un cabezal de corte (tambor rotatorio con dientes de carburo) que fresa el pavimento existente a la profundidad y pendiente transversal especificadas. El RAP producido por el cabezal de corte se procesa dentro de la cámara de la máquina, donde se tritura y tamiza utilizando barras rompedoras y cribas internas. El agente recuperador (asfalto emulsionado o asfalto espumado) se inyecta directamente en la cámara de mezcla a una velocidad controlada volumétricamente en función del ancho y la profundidad del corte y la velocidad de avance de la unidad. El material mezclado se deposita en la calzada a través de una regla que proporciona el perfilado inicial y la precompactación, produciendo una capa uniforme lista para la compactación con rodillo. El tren de una unidad ofrece simplicidad y menor movilización de equipos, pero proporciona menos control sobre el tamaño del RAP y la dosificación del agente recuperador en comparación con las configuraciones de múltiples unidades.
El tren de dos unidades separa la función de fresado en frío de las funciones de mezcla y pavimentación. Una fresadora en frío de ancho de carril completo (máquina fresadora) retira el pavimento asfáltico existente hasta la profundidad especificada, produciendo RAP que se transporta en camiones o directamente a la segunda unidad. La segunda unidad es una pavimentadora mezcladora que incorpora una mezcladora (pugmill), un sistema de inyección de agente recuperador y una regla de pavimentadora. El RAP se alimenta a la tolva de la pavimentadora mezcladora, donde se pesa en una báscula de banda para permitir una dosificación precisa basada en peso del agente recuperador — una ventaja significativa de control de calidad sobre la dosificación volumétrica utilizada en los trenes de una unidad. El agente recuperador y los aditivos se mezclan con el RAP en la mezcladora, y la mezcla se descarga en una cordonera o directamente en la regla de la pavimentadora para su colocación. La configuración de dos unidades proporciona un mayor control sobre las proporciones de la mezcla y se prefiere para proyectos más grandes que requieren una calidad de producción consistente.
La configuración más sofisticada es el tren de múltiples unidades, que añade una unidad dedicada de trituración y tamizado entre la fresadora en frío y la pavimentadora mezcladora. En esta configuración, la fresadora en frío fresa el pavimento, el RAP se transporta a una unidad separada de trituración/tamizado que controla el tamaño máximo de partículas y produce un material bien graduado, y el RAP clasificado se transfiere luego a la pavimentadora mezcladora para la adición del agente recuperador y la colocación. El tren de múltiples unidades proporciona un control superior de la granulometría y se recomienda cuando el pavimento existente contiene agregados grandes o cuando el diseño de mezcla especifica requisitos granulométricos estrictos. Algunos trenes de múltiples unidades también incluyen un sistema de recogida de cordonera, donde la fresadora en frío descarga el RAP en una cordonera en el arcén, y una máquina recogedora separada equipada con un elevador de cordonera alimenta el RAP a la unidad de trituración/tamizado y finalmente a la pavimentadora mezcladora.
Independientemente de la configuración del tren CIR, la compactación se realiza utilizando los mismos tipos de rodillos que se emplean en la construcción de HMA. La secuencia de compactación estándar generalmente incluye: (1) un rodillo pesado de neumáticos (al menos 25 toneladas) para la rotura inicial y la acción de amasado que reorienta las partículas de RAP; (2) un rodillo vibratorio de tambor de acero para la compactación intermedia y alcanzar la densidad; y (3) un rodillo de neumáticos de acabado para sellar la superficie y eliminar las marcas de rodillo. La densidad objetivo de compactación es típicamente del 96 al 98 por ciento de la densidad seca máxima determinada por el ensayo Proctor modificado (ASTM D1557 / AASHTO T 180). Los patrones de compactación deben establecerse durante una sección de prueba (control strip) y verificarse durante toda la producción. La compactación adecuada es el factor más crítico que afecta el rendimiento del CIR, ya que una densidad inadecuada conduce a desprendimiento prematuro, daño por humedad y falla estructural.
La selección del agente recuperador es fundamental para el diseño y rendimiento de la mezcla CIR. Se utilizan dos tipos principales de agentes recuperadores bituminosos en el CIR: asfalto emulsionado y asfalto espumado. Aditivos químicos como el cemento Portland, la cal hidratada o las cenizas volantes se utilizan con frecuencia junto con cualquiera de estos agentes para acelerar la ganancia de resistencia temprana, mejorar la resistencia a la humedad y optimizar las características de curado.
El asfalto emulsionado consiste en gotas microscópicas de ligante asfáltico suspendidas en agua con un agente emulsionante (típicamente surfactantes catiónicos o aniónicos). La emulsión es un líquido a temperatura ambiente, lo que permite la mezcla con RAP frío y húmedo sin necesidad de calor. Después de la colocación y compactación, la emulsión se rompe — el agua se separa de las gotas de asfalto — y el agua se evapora durante el período de curado, dejando el ligante asfáltico recuperado recubriendo las partículas de agregado. Los grados de emulsión comunes utilizados en CIR incluyen CMS-2 (catiónico de fraguado medio), CSS-1 (catiónico de fraguado lento) y HFMS-2 (alta flotación de fraguado medio). La elección del grado de emulsión depende de las propiedades del RAP, la temperatura ambiente, el contenido de humedad y los requisitos del cronograma del proyecto. La tasa de aplicación de emulsión típicamente oscila entre 1.5 y 3.5 por ciento de asfalto residual en peso del RAP, determinada mediante el diseño de mezcla. El CIR a base de emulsión requiere un período de curado de 3 a 7 días (dependiendo de las condiciones climáticas) antes de que se pueda aplicar una capa de rodadura.
El asfalto espumado (también llamado asfalto expandido) se produce inyectando una pequeña cantidad de agua fría (típicamente 2–3% en peso del ligante) y aire comprimido en ligante asfáltico caliente (160–180°C) dentro de una cámara de expansión especialmente diseñada. El agua se vaporiza instantáneamente en vapor, lo que hace que el asfalto se espume y expanda hasta aproximadamente 15 a 20 veces su volumen original. El asfalto espumado tiene una viscosidad drásticamente reducida, lo que le permite recubrir eficazmente las partículas de RAP frías y húmedas. Después de la mezcla y compactación, la espuma se colapsa a medida que el ligante se enfría, volviendo a su estado viscoso original. El CIR con asfalto espumado ofrece varias ventajas: (1) puede utilizarse con RAP húmedo sin necesidad de secado; (2) proporciona un buen recubrimiento incluso con un alto contenido de finos en el RAP; (3) la mezcla puede abrirse al tráfico más rápidamente (a menudo en 1–2 horas); y (4) elimina la necesidad de evaporación de agua para el curado. El asfalto espumado se aplica típicamente a una tasa de 2.0 a 3.5 por ciento de ligante residual en peso del RAP. Las características de espumado se cuantifican mediante la Relación de Expansión y la Vida Media, medidas según las directrices AASHTO PP 94.
Los aditivos activos son componentes críticos de muchos diseños de mezcla CIR, particularmente cuando se requiere una resistencia temprana mejorada o una mayor resistencia a la humedad. El cemento Portland es el aditivo más común, utilizado en dosis del 1.0 al 2.0 por ciento en peso del RAP. La adición de cemento cumple varias funciones: proporciona rigidez inicial y resistencia temprana mediante hidratación, actúa como relleno para mejorar el contenido de finos de la mezcla y mejora la adhesión entre el agente recuperador y las partículas de RAP. La cal hidratada se utiliza en dosis similares para mejorar la resistencia a la humedad y reducir el potencial de desprendimiento en RAP que contiene agregados susceptibles a la humedad. Las cenizas volantes y la escoria granulada de alto horno molida (GGBFS) se utilizan ocasionalmente como materiales cementantes suplementarios. El tipo y la dosificación de aditivos se determinan durante el diseño de mezcla en función de los requisitos objetivo de resistencia temprana y las pruebas de sensibilidad a la humedad.
| Agente Recuperador | Tasa de Aplicación (% asfalto residual) | Tiempo de Curado | Ventajas | Normas Clave |
|---|---|---|---|---|
| Asfalto Emulsionado (CMS-2, CSS-1, HFMS-2) | 1.5 – 3.5% | 3–7 días | Historial comprobado; excelente recubrimiento; amplia disponibilidad de grados | AASHTO PP 86-17; ARRA CR201 |
| Asfalto Espumado | 2.0 – 3.5% | 1–2 horas | Curado rápido; tolerante a RAP húmedo; apertura temprana al tráfico | AASHTO PP 94; ARRA CR202 |
| Cemento Portland (aditivo) | 1.0 – 2.0% (en peso del RAP) | N/A (se usa con emulsión o espumado) | Resistencia temprana; resistencia a la humedad; mayor rigidez | ASTM C150; AASHTO M85 |
Un diseño de mezcla formal es esencial para el CIR para garantizar un rendimiento confiable. A diferencia del diseño de mezcla de HMA (Superpave o Marshall), el diseño de mezcla CIR debe considerar las características únicas de las mezclas en frío: efectos tiempo-temperatura debido a la presencia de agua, una tasa de ablandamiento del ligante más lenta y cambios en las propiedades de la mezcla con el curado. Los procedimientos estándar de diseño de mezcla CIR son publicados por la ARRA como CR201 (CIR con asfalto emulsionado) y CR202 (CIR con asfalto espumado), y por AASHTO como PP 86-17 (emulsionado) y PP 94 (espumado). El proceso de diseño de mezcla sigue estos pasos secuenciales:
Se deben obtener muestras representativas del pavimento existente en múltiples ubicaciones a lo largo del proyecto. El muestreo mínimo generalmente requiere de cinco a seis muestras por proyecto o una muestra por milla de carril para proyectos más grandes. Se toman testigos de todo el espesor asfáltico, y los orificios de los testigos se utilizan para evaluar la resistencia de la subrasante utilizando un Penetrómetro de Cono Dinámico (DCP) o mediante inspección visual. Las muestras de RAP se obtienen triturando los testigos en una trituradora de mandíbulas de laboratorio para replicar la distribución del tamaño de partículas producida por el proceso de fresado CIR. El RAP se analiza para determinar: (1) el contenido de ligante asfáltico (AASHTO T 164); (2) la granulometría del agregado extraído (AASHTO T 27); (3) las propiedades del ligante envejecido, incluyendo la penetración a 25°C (AASHTO T 49) y la viscosidad absoluta a 60°C (AASHTO T 202); y (4) el contenido de humedad del RAP.
Las propiedades del ligante asfáltico envejecido guían la selección del tipo y grado del agente recuperador. Un ligante que se ha endurecido significativamente (penetración por debajo de 20 dmm o viscosidad superior a 50.000 poises) puede requerir un agente recuperador más blando o una tasa de aplicación más alta para restaurar la consistencia del ligante al rango objetivo. El objetivo de recuperación para el CIR no es necesariamente restaurar el ligante a su penetración original, sino lograr un ablandamiento suficiente del ligante para producir una mezcla trabajable y compactable que desarrolle una resistencia adecuada mediante el curado.
Se preparan mezclas de prueba con contenidos variables de agente recuperador (típicamente de 1.0% a 4.0% en incrementos de 0.5%) y dosis de aditivos. El RAP se mezcla con el contenido de humedad de premezcla predeterminado (si se usa emulsión) o con asfalto espumado según los parámetros de espumado especificados. La mezcla se compacta utilizando el martillo Marshall (50 golpes por lado) o el compactador giratorio Superpave (30 giros) para producir probetas de ensayo. La compactación se realiza inmediatamente después de la mezcla para el asfalto espumado y después de un breve período de curado para las mezclas con emulsión.
Para el CIR a base de emulsión, las probetas se someten a un curado acelerado para simular las condiciones de curado en campo. El protocolo de curado estándar implica el curado en horno a 60°C (140°F) durante 48 horas para eliminar la humedad, seguido de enfriamiento a temperatura ambiente antes del ensayo. Para el CIR con asfalto espumado, se puede utilizar un período de curado más corto (típicamente 24 horas a 40°C).
Las probetas curadas se ensayan para determinar: (1) la Resistencia a la Tracción Indirecta (ITS) — una medida de la resistencia al agrietamiento por tracción, generalmente realizada en probetas secas y acondicionadas (acondicionadas con humedad) para evaluar la susceptibilidad a la humedad; (2) la Relación de Resistencia a la Tracción Retenida — la relación entre la ITS acondicionada y la ITS seca, que típicamente debe superar 0.70 (70%) para una resistencia aceptable a la humedad; (3) el Módulo Resiliente (Mr) — una medida de la capacidad de carga utilizada para los datos de entrada del diseño estructural; y (4) la Densidad Seca — verificada para garantizar que los objetivos de compactación sean alcanzables. El contenido óptimo de agente recuperador se selecciona en función de la ITS máxima, vacíos de aire adecuados y resistencia a la humedad aceptable.
El CIR se diseña como una base estabilizada dentro de la sección estructural del pavimento. La contribución estructural de la capa CIR se cuantifica mediante el coeficiente de capa estructural (coeficiente a) en la Guía de Diseño de Pavimentos AASHTO de 1993 o mediante módulos de capa en el marco de diseño AASHTOWare Pavement ME Design.
El coeficiente de capa estructural para mezclas CIR generalmente oscila entre 0.25 y 0.44, y muchas agencias de carreteras utilizan valores entre 0.30 y 0.35 para el diseño rutinario. La contribución del número estructural (SN) de la capa CIR se calcula como:
SN_CIR = a_CIR × D_CIR
Donde D_CIR es el espesor de la capa CIR en pulgadas. Para una capa CIR de 4 pulgadas con un coeficiente de 0.35, la contribución SN es de 1.40 — equivalente a aproximadamente 4.7 pulgadas de base granular con un coeficiente de 0.30. Investigaciones recientes del Departamento de Transporte de Virginia (VDOT) en secciones de prueba de la Interestatal 81 demostraron que el CIR con diseños de mezcla optimizados puede alcanzar coeficientes de capa estructural de 0.36 a 0.44, significativamente más altos que los valores tradicionales asumidos. Estos valores más altos reflejan mejores diseños de mezcla, un mejor control de la compactación y el uso de aditivos activos como el cemento.
Cuando se utiliza CIR como parte de una estrategia de rehabilitación que incluye una sobrecapa de HMA, el espesor de la sobrecapa se determina mediante el diseño estructural convencional de pavimentos. La capacidad estructural del pavimento existente se evalúa mediante ensayos de deflexión con FWD, ensayos DCP o testigos para determinar los espesores de capa y las propiedades de los materiales. El espesor requerido de la sobrecapa se calcula como la diferencia entre el número estructural requerido (SN_req) para el tráfico futuro y el número estructural existente (SN_existente) más la contribución de la capa CIR (SN_CIR). El número estructural total después de la rehabilitación con CIR es:
SN_total = SN_base_existente + SN_CIR + SN_sobrecapa
En el marco de diseño AASHTOWare Pavement ME Design, las mezclas CIR se caracterizan por su módulo dinámico (|E|)* y módulo resiliente (Mr). El Proyecto NCHRP 9-51 (Propiedades de Materiales del Hormigón Asfáltico Reciclado en Frío In Situ y de Recuperación a Profundidad Total para el Diseño de Pavimentos) ha desarrollado propiedades mecanicistas para mezclas CIR, estableciendo que los materiales CIR tienen valores de módulo dinámico aproximadamente un 50 por ciento más bajos que los del HMA típico, pero exhiben un comportamiento similar al de las mezclas base de HMA. La finalización del NCHRP 9-51 proporciona orientación para incorporar capas CIR en el análisis de Pavement ME Design, permitiendo una predicción más precisa del rendimiento de los pavimentos rehabilitados con CIR.
Aunque el CIR se limitaba tradicionalmente a carreteras de volumen bajo a medio, el CIR moderno se ha utilizado con éxito en aplicaciones de alto tráfico, incluyendo autopistas interestatales. El proyecto de la Interestatal 81 de VDOT demostró que el CIR con una sobrecapa de HMA soporta más de 10 millones de ESAL (carril derecho) con un rendimiento excelente — profundidades de rodera de 0.1 pulgada e IRI de 44 pulgadas por milla después de 5 años y 10 millones de ESAL. En la Pista de Pruebas NCAT, las secciones de CIR y CCPR han recibido más de 15 millones de ESAL con profundidades de rodera de aproximadamente 0.3 pulgadas y sin agrietamiento estructural. Los requisitos clave para el CIR de alto tráfico son: (1) un diseño estructural adecuado que incorpore la contribución de la capa CIR; (2) un espesor de sobrecapa de HMA suficiente; (3) el uso de aditivos activos (cemento) para la resistencia temprana; y (4) un control de calidad riguroso durante la construcción.
Una capa CIR no es una superficie de rodadura final. Debe cubrirse con una capa de rodadura que proporcione resistencia al desgaste, impermeabilización, resistencia al deslizamiento y una superficie de rodamiento uniforme. La elección de la capa de rodadura depende del nivel de tráfico, los requisitos estructurales, el presupuesto y los objetivos del proyecto. Las tres opciones principales de capa de rodadura son la sobrecapa de HMA, el sello de gravilla y el microaglomerado en frío.
La capa de rodadura más común sobre CIR es una sobrecapa de HMA, generalmente con un espesor de 1.5 a 4.0 pulgadas (38–100 mm). La sobrecapa de HMA proporciona una contribución estructural, una superficie densa e impermeable, alta resistencia al deslizamiento y una excelente calidad de rodadura. Para carreteras de alto tráfico, el espesor mínimo de la sobrecapa de HMA es típicamente de 2.0 a 3.0 pulgadas. Se aplica un riego de adherencia (emulsión CSS-1h a una tasa de aplicación residual de 0.05–0.15 gal/yd²) sobre la superficie CIR curada antes de la colocación de la HMA para garantizar la unión entre capas. La sobrecapa de HMA sobre CIR se puede construir utilizando equipos estándar de producción y pavimentación de HMA. El sistema combinado CIR + HMA proporciona una solución de rehabilitación de pavimentos duradera y de larga duración.
Para carreteras de bajo volumen, un sello de gravilla simple o doble proporciona una capa de rodadura económica sobre CIR. El sello de gravilla consiste en una aplicación de asfalto emulsionado (típicamente RS-2 o CRS-2 a 0.30–0.50 gal/yd²) cubierta inmediatamente con gravilla limpia de tamaño único (tamaño nominal de 3/8 de pulgada o 1/2 pulgada), que se compacta con rodillos de neumáticos para incrustar la gravilla. El sello de gravilla proporciona una superficie impermeable, mejora la resistencia al deslizamiento y sella la capa CIR contra la intrusión de humedad. Los sellos de gravilla dobles (dos capas de emulsión y agregado) proporcionan una mayor durabilidad y son adecuados para niveles de tráfico ligeramente más altos. Los sellos de gravilla sobre CIR requieren un curado adecuado de la capa CIR (mínimo 3–7 días para el CIR a base de emulsión) y una construcción cuidadosa para lograr una incrustación y retención adecuadas de la gravilla.
El microaglomerado en frío es un sistema de lechada sellante modificada con polímeros que se puede aplicar sobre CIR en espesores de 3/8 a 3/4 de pulgada (10–19 mm). El microaglomerado en frío proporciona una superficie de rodadura densa, antideslizante e impermeable que aborda el desprendimiento superficial, restaura la fricción y prolonga la vida del pavimento. Se aplica utilizando pavimentadoras especializadas de microaglomerado en frío de funcionamiento continuo que mezclan asfalto emulsionado, agregado modificado con polímeros, cemento, agua y aditivos, y luego extienden la mezcla en una capa delgada. El microaglomerado en frío sobre CIR es adecuado para carreteras con tráfico de hasta volúmenes medios y requiere que el CIR esté completamente curado antes de la aplicación.
La elección de la capa de rodadura se rige por: (1) el nivel de tráfico — sobrecapa de HMA para tráfico alto, sello de gravilla o microaglomerado en frío para tráfico bajo a medio; (2) el requisito estructural — sobrecapa de HMA cuando se necesita capacidad estructural adicional; (3) el presupuesto del proyecto — el sello de gravilla es el de menor costo, el microaglomerado en frío es moderado, la sobrecapa de HMA es el más alto; (4) los requisitos de calidad de rodadura — la sobrecapa de HMA proporciona la superficie más uniforme; (5) el cronograma de construcción — el sello de gravilla y el microaglomerado en frío se pueden colocar rápidamente, mientras que la sobrecapa de HMA requiere producción de mezcla en caliente; y (6) el clima — los sellos de gravilla funcionan mejor en climas secos con temperaturas moderadas, mientras que las sobrecapas de HMA funcionan bien en todos los climas.
Comprender las diferencias entre CIR, Reciclado en Caliente In Situ (HIR) y Recuperación a Profundidad Total (FDR) es esencial para seleccionar la estrategia de rehabilitación adecuada. Cada método trata diferentes capas del pavimento y es adecuado para diferentes mecanismos de deterioro.
El CIR trata de 2 a 5 pulgadas (50–125 mm) de las capas asfálticas ligadas únicamente. El HIR trata la parte superior de 0.75 a 2 pulgadas (19–50 mm) de la superficie asfáltica. La FDR trata 6 a 12+ pulgadas (150–300+ mm) incluyendo capas asfálticas, base granular y materiales de subbase. La profundidad del tratamiento determina qué deterioros pueden abordarse: el CIR puede eliminar grietas y deterioros dentro de la profundidad de la capa asfáltica, el HIR aborda deterioros a nivel superficial y la FDR puede abordar problemas estructurales en la base y la subrasante.
El CIR opera completamente en frío — no se aplica calor al material del pavimento. El HIR aplica calor para ablandar la superficie asfáltica existente antes de la escarificación y rejuvenecimiento — típicamente utilizando un banco de calentadores radiantes de propano o un calentador de aire caliente que eleva la temperatura de la superficie del pavimento a 120–150°C. La FDR se puede realizar en frío (con emulsión asfáltica o asfalto espumado como agente recuperador) o con estabilizadores químicos (cemento, cal) que no requieren calor. La ausencia de calor en el CIR lo convierte en la opción más eficiente energéticamente y con menores emisiones.
El CIR utiliza asfalto emulsionado o asfalto espumado para rejuvenecer el ligante envejecido y proporcionar cohesión a la mezcla reciclada. La capa CIR funciona como una base estabilizada. El HIR utiliza un agente rejuvenecedor (un aceite ligero o aditivo a base de emulsión) que restaura la consistencia del ligante envejecido para producir una capa de rodadura que puede utilizarse inmediatamente como superficie final. La FDR utiliza cemento, cal, emulsión asfáltica o asfalto espumado — la elección depende de las propiedades objetivo del material — para crear una base estabilizada. La capa FDR siempre se cubre con una capa de rodadura.
El CIR siempre requiere una capa de rodadura (sobrecapa de HMA, sello de gravilla o microaglomerado en frío). El HIR típicamente no requiere una capa de rodadura — el material reciclado es la superficie de rodadura final, aunque puede recibir un sello de niebla o un tratamiento superficial fino. La FDR siempre requiere una capa de rodadura, típicamente una sobrecapa de HMA de 2–4 pulgadas.
| Parámetro | Reciclado en Frío In Situ (CIR) | Reciclado en Caliente In Situ (HIR) | Recuperación a Profundidad Total (FDR) |
|---|---|---|---|
| Profundidad de Tratamiento | 2–5 pulgadas (50–125 mm) | 0.75–2 pulgadas (19–50 mm) | 6–12+ pulgadas (150–300+ mm) |
| Calor Requerido | No (temperatura ambiente) | Sí (calentamiento superficial a 120–150°C) | No |
| Agente Recuperador | Asfalto emulsionado o espumado (+ cemento/cal) | Agente rejuvenecedor (a base de aceite) | Cemento, cal, emulsión asfáltica o asfalto espumado |
| Función de la Capa | Base estabilizada | Capa de rodadura (superficie final) | Base estabilizada |
| Capa de Rodadura Requerida | Sí (HMA, sello de gravilla, microaglomerado) | Generalmente no | Sí (sobrecapa de HMA) |
| Idoneidad para Tráfico Típico | Bajo a alto (hasta 10M+ ESAL) | Bajo a medio | Bajo a medio |
| Ahorro de Costos vs Fresar y Rellenar | 20–50% | 15–30% | 25–50% |
El rendimiento de los pavimentos rehabilitados con CIR está bien documentado a través de estudios a largo plazo realizados por agencias de carreteras e instituciones de investigación. Cuando se diseñan, construyen y combinan adecuadamente con una capa de rodadura apropiada, los pavimentos CIR demuestran vidas útiles de 15 a 25 años antes de requerir una rehabilitación mayor, siendo el factor limitante a menudo la vida de la capa de rodadura más que la propia capa CIR.
El CIR es altamente efectivo para mitigar deterioros no asociados a cargas dentro de la profundidad de tratamiento. El agrietamiento longitudinal, el agrietamiento transversal (térmico), el agrietamiento en bloque, el desprendimiento, la oxidación y las roderas menores (dentro de la capa asfáltica) se eliminan mediante el proceso CIR porque toda la capa agrietada se fresa, rejuvenece y recompa cta como una nueva capa monolítica. El proceso CIR también elimina el agrietamiento reflejado de la superficie del pavimento antiguo — dado que el plano de la grieta se interrumpe y el ligante se rejuvenece, las grietas que penetran desde las capas subyacentes tardan significativamente más en propagarse a través de la capa CIR. Las evaluaciones a largo plazo realizadas por la Universidad de Wyoming y el DOT de Colorado mostraron que el CIR reduce significativamente la frecuencia de agrietamiento transversal en comparación con las secciones de control no tratadas, con recuentos de grietas reducidos en un 60–90% durante un período de monitoreo de 10 años.
El CIR proporciona una mejora estructural medible al pavimento. Los ensayos FWD antes y después de la construcción con CIR típicamente muestran una reducción del 30–50% en la deflexión superficial, lo que indica una mayor capacidad estructural. Esta mejora estructural permite reducir el espesor de la sobrecapa de HMA en comparación con el fresado y relleno, o extiende la vida del pavimento cuando se combina con el mismo espesor de sobrecapa. El rendimiento estructural a largo plazo del CIR depende del curado continuo (las mezclas a base de emulsión ganan resistencia durante 6–12 meses a medida que la humedad residual se disipa), la densificación por el tráfico (mayor compactación bajo el tráfico mejora la densidad) y la integridad de la capa de rodadura para prevenir la intrusión de humedad.
Los factores clave que afectan el rendimiento del CIR incluyen: (1) la condición del pavimento existente — el CIR funciona mejor en pavimentos con bases sólidas y buen drenaje; (2) la calidad del diseño de mezcla — la selección y dosificación adecuadas del agente recuperador son críticas; (3) la compactación — alcanzar la densidad objetivo es el factor de construcción más importante; (4) el curado — un tiempo de curado adecuado antes de la colocación de la capa de rodadura evita la retención de humedad y la desunión; (5) la calidad de la capa de rodadura — la capa de rodadura protege la capa CIR del agua, la abrasión del tráfico y la degradación ambiental; (6) el drenaje — un drenaje inadecuado es la causa más común de falla prematura del CIR; y (7) el tráfico — las capas CIR continúan densificándose bajo el tráfico, con vacíos de aire que típicamente disminuyen del 12–15% después de la construcción al 8–10% después de un año de tránsito.
Con parámetros de rendimiento óptimos — base subyacente sólida, diseño de espesor adecuado, diseño de mezcla correcto, excelente calidad de construcción, curado adecuado y capa de rodadura apropiada — muchas agencias reportan vidas útiles del CIR de 20 a 25 años antes de que la sección estructural requiera una rehabilitación mayor. El rendimiento promedio (buenas condiciones con compromisos menores en algunos factores) típicamente produce 12 a 18 años de vida útil. El rendimiento mínimo (condiciones marginales, espesor de sobrecapa mínimo o deficiencias de construcción) puede proporcionar solo 5 a 10 años antes de que se necesite rehabilitación. El costo del ciclo de vida de la rehabilitación con CIR típicamente proporciona un ahorro en valor presente neto del 30 al 50% en comparación con la reconstrucción convencional durante un período de análisis de 30 años.
La inspección de aseguramiento de calidad de la construcción con CIR requiere conocimientos especializados de los procesos de reciclado en frío. El inspector desempeña un papel crítico para garantizar que la operación CIR cumpla con los documentos contractuales y produzca una capa de pavimento duradera, uniforme y estructuralmente adecuada. La Asociación de Reciclaje y Recuperación de Asfalto (ARRA) ha publicado el Manual Básico de Reciclaje de Asfalto (BARM) y guías de mejores prácticas que sirven como referencias esenciales para la inspección de CIR.
Antes de que comience la producción de CIR, el inspector debe verificar: (1) el cumplimiento del diseño de mezcla — el diseño de mezcla aprobado está disponible y el tipo, grado y tasa de aplicación del agente recuperador prescritos son correctos; (2) la calibración del equipo — los sistemas de dosificación del agente recuperador, las básculas de banda y los alimentadores de aditivos han sido calibrados dentro de las 72 horas anteriores a la producción; (3) la sección de prueba (control strip) — se ha construido y evaluado una sección de prueba (típicamente de 500 a 1000 pies) para compactación, regularidad y apariencia; (4) la preparación de la superficie — el pavimento existente se ha limpiado de escombros, vegetación y materiales objetables; (5) la evaluación de la subrasante — las áreas débiles identificadas mediante ensayos FWD o DCP han sido tratadas mediante mejora de la subrasante o tratamiento más profundo; y (6) el control de tráfico — los planes de control de tráfico temporal se implementan según los requisitos de seguridad.
Durante la producción de CIR, el inspector monitorea: (1) la profundidad de fresado — verificada comprobando el control de profundidad del tambor de corte y midiendo la profundidad fresada a intervalos de 500 pies utilizando un calibre de profundidad o una sonda; (2) la granulometría del RAP — evaluación visual más análisis granulométrico periódico para confirmar el tamaño máximo de partículas (típicamente 1.5–2.0 pulgadas) y la ausencia de material sobredimensionado; (3) la tasa de aplicación del agente recuperador — verificada mediante mediciones de inmersión en el camión cisterna o lecturas del caudalímetro al menos tres veces por turno; (4) la tasa de aplicación de aditivos — verificada mediante lecturas de la báscula de banda o cálculos de la tasa de esparcimiento para cemento o cal aplicados delante del tren; (5) el contenido de humedad — el contenido de humedad total de la mezcla colocada (incluyendo el agua de la emulsión, el agua de prehumectación y la humedad del RAP) debe estar dentro del rango objetivo establecido en el diseño de mezcla; (6) el recubrimiento — observación visual de que al menos el 50% de las partículas de RAP están recubiertas por el agente recuperador; (7) la apariencia de la capa — color y textura uniformes sin segregación, desgarros ni marcas de rodillos; (8) la compactación — ensayos con densímetro nuclear a intervalos de 500 pies para verificar que la densidad cumple con la especificación (típicamente 96–98% de la densidad seca máxima Proctor modificado); y (9) la regularidad — medida con una regla de 10 pies, requiriendo típicamente desviaciones inferiores a 3/16 de pulgada.
Después de la colocación del CIR y durante el período de curado, el inspector verifica: (1) el curado — la capa CIR está protegida del tráfico hasta que se desarrolle suficiente resistencia (típicamente 1–24 horas dependiendo del tipo de agente recuperador y el clima); (2) el sello de niebla — si está especificado, se aplica uniformemente para prevenir el desprendimiento superficial durante el curado; (3) el recompactado — para el CIR a base de emulsión, recompactación con rodillos de neumáticos cuando la temperatura del pavimento supera los 27°C (80°F) para reducir los vacíos de aire; (4) las muestras de testigo — tomadas después de un curado suficiente para la verificación del espesor y la determinación de la densidad; (5) la condición de la superficie — evaluación visual de desprendimiento, agrietamiento o daño por humedad antes de la colocación de la capa de rodadura; y (6) el riego de adherencia — verificación de la tasa de aplicación uniforme y la cobertura antes de la sobrecapa de HMA.
Los criterios de aceptación típicamente incluyen: (1) compactación — densidad promedio del 96–98% de la densidad seca máxima sin que ningún ensayo individual esté por debajo del 94%; (2) espesor — espesor promedio de CIR dentro de ±0.25 pulgadas del diseño, sin que ningún testigo individual esté más de 0.5 pulgadas por debajo del diseño; (3) regularidad — índice de perfil (PI) promedio dentro de los límites de la especificación (típicamente ≤ 5 pulgadas por milla para carreteras de mayor nivel); (4) contenido de agente recuperador — dentro de ±0.3% del objetivo de la fórmula de mezcla de obra; (5) contenido de humedad — dentro del rango aceptable especificado en el diseño de mezcla; y (6) apariencia visual — sin segregación, desprendimiento ni defectos superficiales.
La aplicación del CIR a pavimentos aeroportuarios es una práctica emergente que ofrece un potencial significativo para el ahorro de costos y la sostenibilidad. Si bien el CIR está bien establecido para pavimentos de carreteras, su adopción para pavimentos aeroportuarios ha sido limitada debido a la ausencia de especificaciones de la FAA y métodos de diseño estructural estandarizados para capas recicladas en pavimentos aeroportuarios.
Los actuales Circulares de Asesoramiento de la FAA proporcionan una orientación mínima sobre el reciclado in situ: AC 150/5320-6F (Diseño y Evaluación de Pavimentos Aeroportuarios) contiene una breve mención de la FDR pero ninguna mención del CIR. AC 150/5370-10H (Construcción de Pavimentos Aeroportuarios) incluye la Partida P-207 para FDR pero no ofrece ninguna especificación para CIR. Se presentó un Enunciado de Problema de ACRP (21-506, “Ampliación del reciclado en frío in situ para pavimentos flexibles aeroportuarios”) para desarrollar una guía integral para el uso de CIR y FDR en la rehabilitación de pavimentos aeroportuarios, cubriendo herramientas de decisión, especificaciones de materiales, métodos de diseño estructural y procesos de aseguramiento de calidad. La FAA actualmente no considera el CIR dentro del procedimiento de diseño estándar FAARFIELD.
A pesar de las brechas regulatorias, varios aeropuertos han utilizado con éxito el CIR para la rehabilitación de pavimentos. La Pista 16/34 del Aeropuerto McKinnon St. Simons Island (Georgia) fue rehabilitada utilizando técnicas de reciclado in situ. El Aeropuerto Spruce Creek (Florida) también utilizó CIR. A nivel internacional, aeropuertos como el Aeropuerto de Frankfurt (Alemania), el Aeropuerto de Treviso (Italia) y el Aeropuerto de Penticton (Canadá) han implementado el reciclado en frío para pavimentos aeroportuarios. Estos proyectos demostraron que el CIR puede proporcionar un soporte estructural aceptable para las cargas de las aeronaves, al tiempo que reduce los costos de rehabilitación entre un 25 y un 40% en comparación con la reconstrucción convencional de fresado y sobrecapa.
La aplicación del CIR a pavimentos aeroportuarios requiere considerar varios factores distintos de las aplicaciones en carreteras: (1) las exigencias estructurales — las cargas de las aeronaves son sustancialmente más altas que las cargas de los camiones en carreteras, lo que requiere capas CIR más gruesas (típicamente 4–5 pulgadas) y/o coeficientes de capa estructural más altos; (2) la durabilidad de la mezcla — los pavimentos aeroportuarios requieren una mayor resistencia a derrames de combustible, fluidos hidráulicos y productos químicos de deshielo, lo que puede requerir agentes recuperadores modificados con polímeros o aditivos especializados; (3) los requisitos de fricción — la capa de rodadura del CIR debe proporcionar una fricción adecuada para el frenado de las aeronaves, requiriendo ranurado o una selección apropiada del agregado; (4) la prevención de FOD — la capa CIR y la capa de rodadura deben ser altamente resistentes al desprendimiento para prevenir Objetos Extraños (FOD) que podrían dañar los motores a reacción; (5) las restricciones operativas — los cierres de aeropuertos para la construcción con CIR son críticos en términos de tiempo, lo que requiere una construcción rápida y agentes recuperadores de curado rápido; y (6) el control de calidad — las tolerancias de densidad y regularidad son más estrictas para los pavimentos aeroportuarios.
La implementación del CIR para pavimentos aeroportuarios requiere: (1) el desarrollo de especificaciones de la FAA para materiales y construcción de CIR; (2) coeficientes de capa estructural y módulos para mezclas CIR bajo carga de aeronaves; (3) la incorporación de capas CIR en el software de diseño FAARFIELD; (4) orientación sobre la selección de la capa de rodadura para aplicaciones aeroportuarias (sobrecapa de HMA, capa de fricción P-401); (5) protocolos de aseguramiento de calidad específicos para CIR en aeropuertos; y (6) proyectos de demostración en aeropuertos de diversos tamaños y niveles de tráfico. La investigación propuesta por el ACRP establecería la base técnica para la adopción del CIR por parte de la FAA en los circulares de asesoramiento, permitiendo a los aeropuertos aprovechar los beneficios económicos y ambientales del reciclado en frío para la rehabilitación de pavimentos aeroportuarios.
El Reciclado en Frío In Situ representa un método de rehabilitación de pavimentos probado, rentable y ambientalmente sostenible que reutiliza los materiales del pavimento existente en obra sin calor. Cuando se diseña adecuadamente mediante procedimientos formales de diseño de mezcla (ARRA CR201/CR202 o AASHTO PP 86-17/PP 94), se construye utilizando trenes de equipos y protocolos de compactación apropiados, y se protege con capas de rodadura adecuadas (sobrecapa de HMA, sello de gravilla o microaglomerado en frío), el CIR ofrece vidas útiles de 15 a 25 años con ahorros de costos del 20 al 50% y una reducción de hasta el 90% en las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con la reconstrucción convencional. La creciente adopción del CIR por parte de las agencias de carreteras para aplicaciones de alto tráfico y el creciente interés del sector aeroportuario subrayan la relevancia del método como una estrategia principal de rehabilitación de pavimentos para el siglo XXI.
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