Por numerosas causas, durante los últimos años se ha desarrollado de forma exponencial a través de todo el mundo la técnica del reciclado en caliente de mezclas bituminosas recicladas. Entre otras, la aplicación del protocolo de Kyoto, destacan un ahorro energético importante, la posibilidad de reutilización de material destinado en principio a un vertedero y, también, otra ventaja es el ahorro económico, que puede ser muy importante según la época del precio del betún.
Julien Buisson y Julio del Pozo. Sorigué, S. A. / Antonio Pérez Lepe. Repsol /
Jesús Felipo. Pavasal / Jacinto Garcia Santiago. Sacyr / Juan José Potti. Proyecto Fenix AIE
Una de las posibilidades para trabajar con tasas muy altas de material fresado (descrito en ingles como RAP por Reclaimed Asphalt Pavement) es la utilización de agentes rejuvenecedores para reconstituir un ligante con características similares a las que ofrece un betún nuevo en una mezcla en caliente convencional.
El Proyecto Fénix incluye, dentro de sus actividades, una dedicada en exclusiva a esta temática. Nuestra comunicación tiene por intención presentar un estudio que se ha hecho en 2008 a través de la tarea 11 del proyecto Fénix, llamada “Reciclado en caliente de pavimentos”. El objetivo de ese estudio es analizar la evolución, tanto física como química, de cuatro betunes distintos durante diferentes procesos de envejecimiento, con el fin de tener una mejor comprensión de los fenómenos de envejecimiento de los ligantes, obteniendo así un mejor diseño de mezcla, un mejor control de los procesos de fabricación, obteniendo de esa forma mezclas recicladas con muy altas tasas, de mismas características que una mezcla convencional.
Para describir de forma completa las características de los betunes estudiados, se ha decidido hacer ensayos empíricos como el punto de reblandecimiento Anillo y Bola (A&B), Penetración (Pen) y fragilidad Fraass. También ensayos más complejos como la viscosidad Brookfield, el Reómetro de Corte Dinámico (DSR) para tener informacíon sobre la reología de los ligantes, y finalmente un ensayo para determinar la composición química por cromatografía sobre columna de sílice (Iatroscan).
Considerando que el envejecimiento de los ligantes bituminosos es principalmente debido a un fenómeno de oxidación, se ha decidido envejecer en laboratorio de forma acelerada los ligantes en película fina (RTFOT), simulando el envejecimiento que afectan a los ligantes durante el proceso de fabricación de mezclas en planta y su extendido en obra. Una vez ensayados los betunes, se han sometido a otro ensayo a largo plazo, poniendo el material a presión y temperatura (PAV), lo que representa la vida útil de los ligantes.
Introducción
La fabricación de mezclas recicladas en caliente tuvo un gran éxito a partir de los años 70, debido a las crisis del petróleo y la fuerte subida del precio del crudo. Desde esta época y hasta hoy, considerando mucho más el aspecto energético, debido a importantes orientaciones políticas (protocolo de Kyoto, “Grenelle de l’environnement” en Francia, no se han interrumpido los trabajos necesarios para explorar las distintas posibilidades de utilización de esa técnica, empleando cada vez tasas de material reciclado más importantes. De hecho, el reciclado en caliente no tiene que ser considerado como una técnica especial de fabricación de mezclas bituminosas sino más bien como una técnica convencional más.
En 2008, viviendo una época de fuertes variaciones del precio del petróleo y apostando cada vez más por la reutilización de mezclas procedentes de firmes viejos, se esta favoreciendo técnicas más sostenibles como las del reciclado, y en particular el empleo de mezclas recicladas en caliente con muy altas tasas. Sin embargo, España a pesar de ser un país líder, en Europa, a nivel de producción de toneladas de mezclas bituminosas en caliente (MBC), se sitúa a un rango muy lejano cuando se considera la producción de mezclas recicladas en caliente, fabricando solamente el 3,5% de mezclas recicladas sobre su producción total.
Con las numerosas pruebas conocidas a través distintos países lideres al nivel de fabricación de mezclas en caliente, se sabe que se puede trabajar con altas tasas de RAP. La única condición es la de estudiar un buen diseño de la mezcla, para tener las mismas o mejores propiedades que una mezcla convencional. Es un hecho asumido al día de hoy que hay una correlación entre las propiedades de un ligante y el comportamiento mecánico de las capas del firme.
Una de las claves en esa técnica, es la de rejuvenecer correctamente el betún viejo. De hecho se ha demostrado en múltiples ocasiones que el envejecimiento de los ligantes bituminosos es uno de los factores determinantes para la vida útil de un pavimento. Durante este periodo (desde la fabricación en planta y durante toda su vida util) ocurren en el betún cambios físicos y químicos, dejando el material bituminoso más duro, más frágil, menos resistente a la fatiga, aumentando así los riesgos de deterioro. Por esa razón, es fundamental estimar la evolución de las propiedades físicas e químicas de los ligantes bituminosos con el objeto de obtener una buena durabilidad y utilidad de las mezclas bituminosas.
Así, este estudio que forma parte de la tarea 11 del Proyecto Fénix, denominada “Reciclado en Caliente de Pavimentos”, ha tenido por objeto evaluar los cambios de las propiedades físicas e químicas de cuatro betunes distintos, empleados en un reciclado al 50%, haciendo los ensayos siguientes: Anillo y Bola; Penetración; Composición química por cromatografía (Iatroscan); Fraass; Viscosidad Brookfield; y Reómetro de Corte Dinámico (DSR).
Considerando las etapas de envejecimiento, para simular los fenómenos de oxidación que afectan a los ligantes bituminosos, se ha estudiado los cambios después una primera etapa, denominada envejecimiento RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test), Foto 1. Esa etapa representa la fase de mezclado del betún con los áridos en planta de fabricación y el envejecimiento que afecta al ligante durante el transporte y la puesta en obra, lo que se describe como el envejecimiento a corto plazo (descrito en ingles como “short-term ageing”.
Por otra parte, se sabe que el envejecimiento a largo plazo, simulado por el ensayo a presión (2 bares) y temperatura (100ºC) PAV (Presión Vessel Ageing), representa el efecto de oxidación y de la acción de los rayos UV que afectan a la capa de superficie de los ligantes durante toda la vida útil del pavimento. Por esta razón se han realizado los mismos ensayos descritos, sobre los betunes después un envejecimiento PAV. A continuación se describe de forma completa el estudio experimental realizado.
Conclusiones
De esta primera fase del estudio se pueden extraer las siguientes conclusiones:
- En los cuatro betunes el envejecimiento más importante se ha obtenido con el RTFOT, consiguiendo con el PAV, un incremento de envejecimiento menor, y correspondiente a un periodo menor de 10 años. Este efecto ha sido patente tanto en los ensayos físicos como en los químicos. Con lo cual se podría plantear, para reducir el envejecimiento de los ligantes, una reducción de la temperatura de fabricación de la mezcla asfáltica en planta, considerando su grande influencia sobre el envejecimiento [15].
- El betún B (viejo + rejuvenecedor) ha sido en todos los ensayos el menos sensible al envejecimiento.
- En las dos fases de envejecimiento, RTFOT y PAV, tanto el índice que relaciona las moléculas polares con las no polares, como la variación de aromáticos, han representado mejor el estado de los betunes que el Índice de Inestabilidad Coloidal (IC).
-En los diagramas triangulares se manifiesta, de una forma cualitativa, que en la fase RTFOT hay poca variación de resinas, aumento de asfaltenos y fuerte disminución de aromáticos, y que en la segunda fase, PAV, aumentan las resinas de forma importante con disminución adicional de aromáticos y menor variación de asfaltenos.
- En el estudio de reología se deduce que los distintos betunes pueden ser más o menos adecuados. El diseño de un betún rejuvenecedor se ha de realizar teniendo en cuenta no sólo la penetración y el punto de reblandecimiento sino las propiedades reológicas más adecuadas en función de la solicitación mecánica a la que a de estar sometida cada capa de firme. En pocas palabras, se sabe que no hay que rejuvenecer igual en una capa de rodadura que en una intermedia o base, teniendo también en cuenta la climatología.
- Para capas de rodadura y a falta de la segunda fase del estudio el betún B puede ser una buena alternativa, pero por su baja viscosidad debe ir acompañado de ensayos mecánicos sobre la mezcla. Si estos ensayos fueran positivos sería la mejor alternativa. En términos de viscosidades el betún A también sería una buena elección.
- Para capas de base o intermedias se manifiesta que los betunes A y B son los más adecuados, mejor el primero para climas fríos y el B para el resto. El betún C quedaría en tercer lugar.
- Independientemente de los ensayos mecánicos adicionales para calificar el betún B, es interesante ensayar el mástic, en cuanto que el filler concreto con el que se deba mezclar, dependiendo de su naturaleza mineralógica y de su finura, puede contribuir a rigidizar más o menos el conjunto, corrigiendo en la práctica su comportamiento.
- Otra posibilidad de reducción del envejecimiento de los ligantes bituminosos podría ser la utilización de polvo de neumático (en algunas condiciones) por su efecto anti-oxidante[16] o bien el empleo de cal como filler de aportación [15]
Agradecimientos
La realización del Proyecto Fénix ha sido posible gracias a la contribución financiera del Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial (CDTI) dentro del marco del programa Ingenio 2010 y, más concretamente, a través del Programa CENIT. Las empresas y centros de investigación que participan en el Proyecto desean mostrar su gratitud por dicha contribución.
Los autores quieren agradecer a todas las organizaciones y empresas participantes del Proyecto Fénix: Centro de Investigación Elpidio Sánchez Marcos (Ciesm), Centro Zaragoza, Construcciones y Obras Llorente (Collosa), Ditecpesa, Asfaltos y Construcciones Elsan, Intrame, Serviá Cantó, Cartif, Cedex, Cidaut, Csic (Iiqab), Giasa, Intromac, Labein, Universidad de Alcalá de Henares, Universidad Carlos III de Madrid, Universidad de Castilla La Mancha, Universidad de Huelva, Universidad de Cantabria, y en especial aquellas que están participando en la actividad del Reciclado en Caliente permitiendo el desarrollo de esta: José Ramon Lopez y Vicente Lis (Pavasal); Francisco Guisado, Patricia Díaz y Miguel Martín (Sacyr); Pedro Vergel (Sorigué); Félix Pérez, Rodrigo Miro, Ramon Botella y José Amorós (UPC); Miguel Ángel del Val y Ángel Sanpedro (UPM); y José Luis Peña (Fénix AIE).
Fuente: Asefma
