1 RECICLADO EN PLANTA EN CALIENTE DE MEZCLAS BITUMINOSAS Doctor Félix Pérez Jiménez Catedrático de Caminos Universitat Politècnica de Catalunya 1. INTRODUCCIÓN El reciclado de pavimentos asfálticos en planta en caliente es el proceso mediante el cual, los materiales de capas bituminosas de firmes deteriorados son retirados mediante el fresado o demolición, y son transportados a una central de fabricación donde son procesados hasta cumplir con ciertas condiciones de tamaño, humedad etc. y, en caliente, son mezclados con árido virgen, betún nuevo y/o agentes rejuvenecedores en las proporciones adecuadas, para producir mezclas bituminosas que cumplan con los requerimientos de calidad, resistencia y durabilidad para el tipo de capa en que serán utilizados. La reutilización de estos materiales, permite reducir la cantidad de betún y áridos empleados en su fabricación, así como disminuir los vertidos de materiales de desecho, lo que representa grandes ventajas ecológicas y económicas, que hacen que la técnica del reciclado se haya convertido en una alternativa de gran interés, cada vez más utilizada, no sólo en la conservación y rehabilitación de los firmes de carreteras, sino también en su construcción. El material recuperado de pavimentos asfálticos envejecidos, o material bituminoso a reciclar (MBR), es uno de los elementos más importantes a tener en cuenta durante el proceso de reciclado de pavimentos ya que tiene una gran influencia sobre las características del producto final. Las propiedades del MBR dependen en gran medida de las características de los materiales que lo componen y del tipo de mezcla asfáltica del que proviene. Los acopios de este material no siempre provienen de una misma obra y podemos encontrar variaciones significativas en cuanto a calidad de áridos y contenido y tipo de ligante. Si se presentan
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Reciclado en Planta en Caliente de Mezclas Bituminosas
El reciclado de pavimentos asfálticos en planta en caliente es el proceso mediante el cual, los materiales de capas bituminosas de firmes deteriorados son retirados mediante el fresado o demolición, y son transportados a una central de fabricación donde son procesados hasta cumplir con ciertas condiciones de tamaño, humedad etc. y, en caliente, son mezclados con árido virgen, betún nuevo y/o agentes rejuvenecedores en las proporciones adecuadas, para producir mezclas bituminosas que cumplan con los requerimientos de calidad, resistencia y durabilidad para el tipo de capa en que serán utilizados.
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RECICLADO EN PLANTA EN CALIENTE DE MEZCLAS BITUMINOSAS
Doctor Félix Pérez Jiménez Catedrático de Caminos
Universitat Politècnica de Catalunya
1. INTRODUCCIÓN
El reciclado de pavimentos asfálticos en planta en caliente es el proceso mediante el
cual, los materiales de capas bituminosas de firmes deteriorados son retirados mediante el
fresado o demolición, y son transportados a una central de fabricación donde son
procesados hasta cumplir con ciertas condiciones de tamaño, humedad etc. y, en caliente,
son mezclados con árido virgen, betún nuevo y/o agentes rejuvenecedores en las
proporciones adecuadas, para producir mezclas bituminosas que cumplan con los
requerimientos de calidad, resistencia y durabilidad para el tipo de capa en que serán
utilizados.
La reutilización de estos materiales, permite reducir la cantidad de betún y áridos
empleados en su fabricación, así como disminuir los vertidos de materiales de desecho, lo
que representa grandes ventajas ecológicas y económicas, que hacen que la técnica del
reciclado se haya convertido en una alternativa de gran interés, cada vez más utilizada, no
sólo en la conservación y rehabilitación de los firmes de carreteras, sino también en su
construcción.
El material recuperado de pavimentos asfálticos envejecidos, o material bituminoso a
reciclar (MBR), es uno de los elementos más importantes a tener en cuenta durante el
proceso de reciclado de pavimentos ya que tiene una gran influencia sobre las
características del producto final.
Las propiedades del MBR dependen en gran medida de las características de los
materiales que lo componen y del tipo de mezcla asfáltica del que proviene. Los acopios de
este material no siempre provienen de una misma obra y podemos encontrar variaciones
significativas en cuanto a calidad de áridos y contenido y tipo de ligante. Si se presentan
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problemas de heterogeneidad del material, será necesario hacer mezclados sucesivos hasta
lograr contar con acopios homogéneos.
En la mayoría de los países donde se practica el reciclado en planta con regularidad,
se procura que el tamaño máximo de las partículas de MBR sea de 20 mm para lograr
mezclas más homogéneas, aunque en algunos casos se pueden aceptar tamaños de hasta
38 mm. Si no se cumple con los tamaños de partículas especificados, se deberá hacer un
machaqueo en planta hasta lograr los tamaños requeridos.
Para obtener una granulometría uniforme y representativa del árido extraído, es
necesario que el muestreo se realice con sumo cuidado y que el número de ensayos sea
adecuado. Es muy importante que cada acopio sea caracterizado individualmente y si es
necesario que se realicen fórmulas de trabajo diferentes para cada uno.
La variabilidad en la granulometría del MBR puede significar un problema para el
diseño de las mezclas, principalmente la cantidad de finos (partículas menores a 0.075 mm)
y su efecto en la dispersión del nuevo ligante, por ello es conveniente poner especial
cuidado en esta fracción.
El material fresado absorbe gran cantidad de agua si se expone a la lluvia, llegando en
algunos casos, a valores de 7 u 8% de humedad, por lo que se recomienda reducir al
mínimo los periodos de almacenamiento si no se cuenta con instalaciones cubiertas para
colocarlo.
El contenido de ligante en el MBR es un dato fundamental, ya que será uno de los
factores que definirá la proporción de ligante de aportación y/o rejuvenecedores necesarios
para que la mezcla reciclada se comporte adecuadamente.
El contenido de betún en el MBR suele oscilar entre el 3 y el 7% sobre mezcla y, en
general, es más duro que los ligantes nuevos. El grado de endurecimiento del ligante
depende de varios factores, entre los que se encuentran las propiedades intrínsecas del
betún, la temperatura y tiempo de mezclado, el grado de compactación de la mezcla, el
contenido de huecos en mezcla y el tiempo en servicio del pavimento.
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Las penetraciones obtenidas para el ligante recuperado del MBR suelen ser bajas, del
orden de 10 a 80 mm/10 a 25 ºC, los puntos de reblandecimiento altos, mayores de 65 –
70ºC, e índices de penetración cercanos a cero o ligeramente positivos. En la Tabla 1 se
resumen algunas de las características físicas más importantes que el MBR suele presentar.
Propiedades del MBR Rango de valores típico
Densidad 1.940 - 2.300 g/cm3
Contenido de humedad Normal: hasta un 5% Máximo: 7 - 8 %
Figura 6. Efecto del MBR en la cohesión del mástico. Curvas de estado (método UCL)
2.2 Estudio de las características mecánicas de diferentes mezclas recicladas en caliente frente a mezclas convencionales equivalentes
En esta segunda etapa del estudio, se han considerado distintos tipos de mezclas
habitualmente utilizadas en capas intermedias y de base, S-20, G-20 y G-25, fabricadas a
partir de un mismo porcentaje de MBR, el 30% en peso. Este valor es el habitualmente
utilizado en las plantas adaptadas para el reciclado para no generar emisiones de humos
contaminantes.
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Se ha determinado la composición granulométrica de cada una de estas mezclas,
ajustándolas a los husos correspondientes para mezclas convencionales establecidos en la
OC 299/89 T, y se ha analizado el efecto del contenido de betún añadido sobre las
características de la mezcla reciclada a partir de dos ensayos, Marshall y Tracción Indirecta,
en seco y tras inmersión, utilizando tres betunes de diferente penetración, B-80/100 y B-
150/200 y B-180/220.
Con objeto de comparar las características de estas mezclas recicladas con las de las
mezclas convencionales, se han considerado también tres mezclas, de los mismos tipos y
con la misma granulometría que las anteriores, pero fabricadas exclusivamente con áridos
nuevos de la misma procedencia y con un betún de penetración B-60/70. Estas mezclas de
referencia fueron caracterizadas a partir de los mismos ensayos, analizando también el
efecto de la utilización de distintos contenidos de betún añadido.
Los resultados medios obtenidos en el ensayo Marshall, para los tres tipos de mezclas
ensayadas, se representan en las Figuras 7 y 8.
Las mezclas de referencia presentan un menor contenido de huecos, que puede ser
debido a pequeñas diferencias en las granulometrías y en la naturaleza de los áridos. Las
mezclas G-20 recicladas, presentan un contenido de huecos del orden del 6% para el 4.0%
de betún, contenido habitual en estas mezclas, y en las mezclas S-20 recicladas está entre
el 4 y 5% para el 4.5% de betún.
Aunque la estabilidad tiende a disminuir al aumentar el contenido de ligante, los
valores obtenidos, para los contenidos de betún normalmente utilizados para cada una de
las mezclas, son superiores a 2200 kg para el B-80/100 y B-150/200, y superiores a 1600 kg
para el B-180/220. Además, las mezclas recicladas cumplen las especificaciones
establecidas en la OC 299/89 T para mezclas convencionales sobre deformación y
porcentaje de huecos en mezcla. Un parámetro de mayor significado en cuanto a las características Marshall de la
mezcla, es el obtenido a partir del cociente entre la estabilidad y la deformación Marshall,
denominado Rigidez Marshall, Figura 9. La formulación de las mezclas recicladas debería
llevar hacia mezclas con la misma rigidez que las mezclas convencionales, habiéndose
establecido el valor de 8 kN/mm como valor máximo recomendado.
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Estabilidad Marshall
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
Betún total (%)
Esta
bilid
ad (k
g)
Mezcla G-25 de Referencia B60/70Mezcla G-25 30% MBR B80/100Mezcla G-25 30% MBR B150/200Mezcla G-25 30% MBR B180/220Mezcla G-20 de Referencia B60/70Mezcla G-20 30% MBR B150/200Mezcla G-20 30% MBR B180/220Mezcla S-20 de Referencia B60/70Mezcla S-20 30% MBR B80/100Mezcla S-20 30% MBR B150/200Mezcla S-20 30% MBR B180/220
G-25
G-20
S-20
Figura 7. Estabilidad Marshall. Mezclas S-20, G-20 y G-25
Deformación Marshall
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
Betún total (%)
Def
orm
ació
n (m
m)
Mezcla G-25 de Referencia B60/70Mezcla G-25 30% MBR B80/100Mezcla G-25 30% MBR B150/200Mezcla G-25 30% MBR B180/220Mezcla G-20 de Referencia B60/70Mezcla G-20 30% MBR B150/200Mezcla G-20 30% MBR B180/220Mezcla S-20 de Referencia B60/70Mezcla S-20 30% MBR B80/100Mezcla S-20 30% MBR B150/200Mezcla S-20 30% MBR B180/220
G-25 S-20G-20
Figura 8. Deformación Marshall. Mezclas S-20, G-20 y G-25
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Rigidez Marshall
4
6
8
10
12
14
16
18
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
Betún añadido (%)
Rig
idez
Mar
shal
l (K
N/m
m)
Mezcla S-20 y Betún 80/100Mezcla S-20 y Betún 150/200Mezcla S-20 y Betún 180/220Mezcla S-20 de ReferenciaMezcla G-20 y Betún 150/200Mezcla G-20 y Betún 180/220Mezcla G-20 de ReferenciaMezcla G-25 y Betún 80/100Mezcla G-25 y Betún 150/200Mezcla G-25 y Betún 180/220Mezcla G-25 de Referencia
Figura 9. Rigidez Marshall. Mezclas S-20, G-20 y G-25
Los resultados medios obtenidos en el ensayo a tracción indirecta, en seco y tras
inmersión, para los tres tipos de mezclas ensayadas, se representan en las Figuras 10, 11 y
12.
En general, la resistencia a tracción indirecta presentada por todas las mezclas
estudiadas es más elevada cuanto más cerrada es la mezcla y mayor es el contenido de
betún. Sin embargo, el comportamiento presentado por las diferentes mezclas recicladas,
frente a las mezclas convencionales, no mantiene siempre la misma tendencia; así pues,
para la mezcla G-25 la resistencia a tracción indirecta de las mezclas recicladas es
ligeramente inferior a la de la mezcla convencional, mientras que para la G-20 y la S-20 la
resistencia a tracción indirecta es mayor o menor en función del tipo de betún añadido. En
cualquier caso, las diferencias observadas entre mezclas recicladas y convencionales son
pequeñas, ya que la máxima diferencia es de sólo 0.4 MPa.
A la vista de estos resultados, resulta evidente que la exigencia de un valor mínimo
tanto para la resistencia a tracción indirecta, en seco y tras inmersión, como para la
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resistencia conservada, podría constituir un criterio de diseño, complementario a las
especificaciones Marshall, que pudiera diferenciar más que estas últimas los
comportamientos de las mezclas recicladas.
Por otra parte, el hecho de que los ensayos realizados hasta el momento -Marshall y
tracción indirecta- no hayan puesto de manifiesto grandes diferencias entre las
características mecánicas de las mezclas recicladas y las mezclas convencionales, no
significa que a lo largo del tiempo se conserve este comportamiento. Por tanto, y para poder
asegurar que el diseño de las mezclas recicladas es adecuado y equivalente a una mezcla
convencional, es necesario determinar su respuesta frente la fatiga.
Resistencia a Tracción Indirecta vía seca, a 5ºC
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
Betún total (%)
Res
iste
ncia
a T
racc
ión
Indi
rect
a (M
Pa)
Mezcla G-25 de Referencia B60/70Mezcla G-25 30% MBR B80/100Mezcla G-25 30% MBR B150/200Mezcla G-25 30% MBR B180/220Mezcla G-20 de Referencia B60/70Mezcla G-20 30% MBR B-150/200Mezcla G-20 30% MBR B180/220Mezcla S-20 de Referencia B60/70Mezcla S-20 30% MBR B80/100Mezcla S-20 30% MBR B150/200Mezcla S-20 30% MBR B180/220
G-25
G-20
S-20
Figura 10. Resistencia a tracción indirecta vía seca, a 5 ºC. Mezclas S-20, G-20 y G-25
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Resistencia a Tracción Indirecta vía húmeda, a 5ºC
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
Betún total (%)
Res
iste
ncia
a T
racc
ión
Indi
rect
a (M
Pa)
Mezcla G-25 de Referencia B60/70Mezcla G-25 30% MBR B80/100Mezcla G-25 30% MBR B150/200Mezcla G-25 30% MBR B180/220Mezcla G-20 de Referencia B60/70Mezcla G-20 30% MBR B-150/200Mezcla G-20 30% MBR B180/220Mezcla S-20 de Referencia B60/70Mezcla S-20 30% MBR B80/100Mezcla S-20 30% MBR B150/200Mezcla S-20 30% MBR B180/220
G-25
S-20
G-20
Figura 11. Resistencia a tracción indirecta vía húmeda a 5 ºC. Mezclas S-20, G-20 y G-25
Ensayo a Tracción Indirecta. Resistencia Conservada
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
Betún total (%)
Res
iste
ncia
con
serv
ada
(%)
Mezcla G-25 de Referencia B60/70Mezcla G-25 30% MBR B80/100Mezcla G-25 30% MBR B150/200Mezcla G-25 30% MBR B180/220Mezcla G-20 de Referencia B60/70Mezcla G-20 30% MBR B-150/200Mezcla G-20 30% MBR B180/220Mezcla S-20 de Referencia B60/70Mezcla S-20 30% MBR B80/100Mezcla S-20 30% MBR B150/200Mezcla S-20 30% MBR B180/220
G-25
G-20
S-20
Figura 12. Resistencia conservada a tracción indirecta a 5 ºC. Mezclas S-20, G-20 y G-25
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Para ello, y para concluir esta etapa del estudio, se ha analizado el comportamiento a
fatiga de dos de las anteriores mezclas recicladas, tipos G-20 y S-20, con un 30% de MBR,
añadiendo el porcentaje correspondiente de betún B-150/200 para obtener un contenido de
betún total del 4.0 y 4.5% respectivamente, comparándolo con el comportamiento de las
mismas mezclas fabricadas a partir de áridos nuevos y un betún B-60/70. Se ha utilizado el
ensayo de fatiga a flexotracción dinámica de mezclas bituminosas, norma NLT-350/90, que
permite obtener además de la resistencia a la fisuración por fatiga de la mezcla, mediante
una ley deformación-número de aplicaciones de carga, su módulo dinámico. El ensayo se ha
realizado aplicando una deformación senoidal una probeta prismática, a una frecuencia de
10 Hz y una temperatura de 20 ºC.
En la Tabla 4 y las Figura 13 y 14 se recogen los resultados obtenidos, donde ε6 es la
deformación unitaria en millonésimas para 106 aplicaciones de carga. En ellas puede
observarse que las mezclas recicladas tienen prácticamente la misma ley de fatiga y un
módulo ligeramente superior que las correspondientes mezclas convencionales. Ambos
factores -módulo y ley de fatiga- harán que la mezcla reciclada, dentro de la estructura de un
firme, tenga un comportamiento a fatiga prácticamente igual al de una mezcla convencional,
por lo que la vida de servicio del firme no se verá disminuida por el hecho de utilizar este tipo