Reciclaje de materiales para su empleo en pavimentos

1 - Introducción

El uso de elementos reciclados o reutilizados para nuestros pavimentos es una necesidad para la sostenibilidad, al dar un nuevo ciclo de vida útil a elementos que ya la han cumplido. Esto implica diversas ventajas:

·        Económicas: Estos materiales aún presentan características que lo hacen susceptibles de ser aprovechados, por lo tanto, tienen un valor económico. Si no se los emplea se está perdiendo ese dinero. Aprovecharlos implica un ahorro económico, evitando el gasto derivado del escombro y el que a su vez implica el obtener nuevos materiales.

·     Ambientales: El hecho de tratar a los materiales existentes como residuos (en caso de no reciclarlos o reutilizarlos) y llevarlos a sitios de disposición final (buzones, escombreras, botaderos… según el país) implica un importante consumo de energía en el transporte del residuo y en el acomodo de este sitio, que se puede ahorrar si se aprovechan.

·        De Ingeniería: Al aprovechar los materiales de obras civiles, estos pueden llegar a tener características similares a los materiales elaborados a partir de insumos nuevos. 

        ¿Qué materiales podemos reciclar? ¿Cuál será el resultado? Hay que tener en cuenta que el GCR (Grano de Caucho Reciclado) sólo proviene de llantas usadas. El reciclaje en caliente de los pavimentos asfálticos produce nuevas mezclas, no nuevos asfaltos.

2 - Reciclaje de pavimentos

Podemos distinguir dos enfoques:

1)     Reciclar materiales que no han conformado capas en estructuras de pavimento (ej: llantas, escorias de alto horno, microsílice, cenizas volantes, polímeros derivados del petróleo como residuos de envases, plásticos).

2)     Reciclaje de materiales que sí han estado conformando estas capas.

Con respecto al primer enfoque hay que entender que la sociedad de consumo en la que vivimos produce muchos desechos, pudiendo muchos de ellos volver a ser útiles en capas de pavimentos mediante su reutilización o reciclaje. Si utilizamos llantas como material de sostenimiento o contención de taludes nos encontramos ante una reutilización, porque la llanta sigue siendo la misma. Si en lugar de lo anterior, a las llantas la trozamos en pequeños granos (granos de caucho reciclado o GCR) para crear un nuevo asfalto, estamos ante un proceso de reciclaje. El GCR puede emplearse en mezclas asfálticas usándolo como modificador de asfalto en un proceso conocido como vía húmeda. También, puede emplearse el proceso de vía seca para que el GCR pase a formar parte de los agregados de la mezcla.

Con respecto al segundo enfoque, debemos considerar que lo que normalmente se deterioran son los ligantes, pero a los pétreos siempre los podemos volver a reutilizar pues conservan muchas de sus propiedades. Una buena técnica es reciclar los materiales mediante técnicas en frío “in situ”. Estas son muy convenientes si las capas inferiores no muestran señales de daño. El reciclaje implica un significante ahorro energético y disminuye un muy negativo impacto ambiental. La calidad mecánica de los materiales reciclados puede ser por lo menos igual al que se tiene con los materiales nuevos.

2.1 - Reciclaje de materiales no provenientes del pavimento

2.1.1 - Polímeros derivados del petróleo

Una de las fuentes de materiales para el reciclaje de materiales en vías pavimentadas es la de aquellos que no proceden de mezclas asfálticas. Generalmente, serán residuos procedentes de polímeros derivados del petróleo que, una vez completada su vida útil, pueden iniciar un nuevo ciclo de vida. Una botella de plástico que se desecha después de consumir el líquido que contiene, puede tener una nueva utilidad.

Para que exista el nuevo ciclo, el primer paso es la recolección y acopio, para después realizar el tratamiento de limpieza y troceado. A continuación, presentamos dos formas en las que utilizar estos materiales en las mezclas asfálticas:

·        La vía seca, cuando el polímero se incorpora a la mezcla en el conjunto de los pétreos con antelación a la colocación del asfalto, de manera tal, que no se alcanza a producir la modificación de éste, pero la mezcla sí sufre mejoramiento de una o más de sus propiedades.

·        La vía húmeda, cuando añadimos el polímero directamente al cemento asfáltico para actuar en él como un mejorador o un modificador, produciendo un nuevo material denominado asfalto modificado o asfalto aditivado.

Se pueden identificar los desechos plásticos utilizables observando los símbolos que aparecen en ellos. En función del material, obtendremos unos productos u otros que podremos reciclar en nuestros pavimentos:

2.1.2 - Escorias de alto horno

Además, podemos utilizar también un residuo no plástico, como las escorias de alto horno, como subproducto de la siderurgia integral. Su composición química depende de los minerales de hierro, de las cenizas de coque utilizado como combustible y de los óxidos de los fundentes empleados. Este residuo utiliza la vía seca, colocándose como una fracción de las gravas. Con un 4 a 6% del porcentaje del peso de asfalto. Entre sus ventajas, aporta mayor rigidez Marshall, por lo que contribuye a resistir el ahuellamiento y propicia buena adhesividad. 

2.1.3 - Grano de caucho reciclado (GCR)

El Grano de Caucho Reciclado o GCR es el producto de la separación y trituración del caucho de las llantas usadas.

El reciclaje de las llantas como GCR para su empleo en mezclas asfálticas, es una de las alternativas para reducir su cantidad, ya que se trata de un residuo de difícil eliminación con un efecto ambiental muy negativo que provoca varios problemas originados por su forma y por su carácter indestructibles tanto química como bacteriológicamente. Algunos de los problemas derivados de la acumulación de estos residuos, son:

·        Ocupan gran espacio en las escombreras.

·        Sirven de hábitat a muchos bichos.

·        Son fácilmente inflamables.

·        Acumulan lixiviados. 

Desde hace un tiempo, la tecnología permite reciclar las llantas mediante la producción de GCR que puede colocarse en las mezclas asfálticas ya sea por vía húmeda o por vía seca.

Acopio de llantas usadas y resultado de su trituración (www.asphaltrubber.org)

El GCR es bueno en las mezclas asfálticas porque es compatible con la mayoría de los asfaltos, pues entre sus principales componentes se halla algunos hidrocarbonados los cuales producen los siguientes efectos:

·       Contribuye a la mejora de la susceptibilidad térmica.

·       Ayuda a mejorar el comportamiento elástico.

·       Antioxidante.

La acción combinada de estos elementos implica tener mezclas más durables y de mejor desempeño.

La obtención de GCR a partir de las llantas se inicia con su corte y triturado. Las bandas de acero y de fibra de refuerzo se separan y eliminan para este proceso. Según la técnica podrán obtenerse diferentes tamaños (desde pasante de 3/8” a pasante del No.100) y formas. Cuanto más pequeño, mayor superficie específica o de reacción con el medio bituminoso se tendrá.

De cada llanta se obtiene aproximadamente la mitad de su peso como GCR. Cada m3 de mezcla asfáltica consume 1.5 llantas de camión si se procesa por la vía húmeda, y una llanta si se procesa por la vía sea.

Procesamiento por vía húmeda

El procesamiento por vía húmeda nos permite utilizar el GCR como modificador del asfalto: el llamado asfalto-caucho. Es un material de alta viscosidad que puede emplearse para fabricar, tanto mezclas en caliente de diverso tipo, como material para sello de fisuras.

El asfalto-caucho se obtiene con una mezcla en condiciones controladas del cemento asfáltico y el GCR. Esta mezcla debe ser objeto de un diseño en el laboratorio para establecer la cantidad y las condiciones de aporte del GCR. La cantidad generalmente empleada de GCR está entre 10% y 25% del peso del asfalto. En cuanto al tamaño máximo del GCR, cuanto mayor sea el tamaño del grano, será menos reactivo y en consecuencia el asfalto-caucho irá disminuyendo de calidad.

Recomendaciones para la puesta en obra de mezclas con GCR en el procesamiento por vía húmeda:

·        La compactación debe comenzar una vez extendida la mezcla, a la temperatura más alta posible con que ella pueda soportar la carga, sin producir agrietamientos o desplazamientos ni acolchonamientos. La temperatura mínima de compactación debe ser de 135 grados Celsius.

·        No se debe emplear compactadores neumáticos.

Procesamiento por vía seca

Si se procesa por la vía seca el GCR será parte de los áridos o pétreos sustituyendo o no parte de la fracción fina de la mezcla. En la planta de mezclas se coloca un poco antes del suministro de asfalto en el mezclador obteniendo una mezcla asfáltica mejorada o modificada con GCR.

Al ser el GCR mucho más liviano que el agregado, se debe aumentar el tiempo de mezclado entre el caucho y el agregado, con el objeto de obtener una mezcla homogénea antes de realizar la incorporación del cemento asfáltico a la mezcla.

Cuanto más grande sea el grano existe mayor riesgo de daños por ravelling (desprendimiento del pétreo de la mezcla) por la diferencia de módulo entre el grano de caucho con el resto del agregado mineral.

Recomendaciones para la puesta en obra de mezclas con GCR en el procesamiento por vía seca:

·       La compactación debe comenzar una vez extendida la mezcla, a la temperatura más alta posible con que ella pueda soportar la carga, sin producir agrietamientos o desplazamientos ni acolchonamientos. Se deberá compactar constantemente hasta que la temperatura de la mezcla llegue a los 60 grados Celsius.

·        No se podrá utilizar compactador neumático, con el fin de evitar que el GCR se adhiera a los neumáticos.

2.2 - Reciclaje de materiales provenientes del pavimento

Nuestros pavimentos deteriorados pueden ser objeto de su reciclaje para constituir nuevas estructuras de pavimentos flexibles.

El reciclaje de materiales puede ir acompañado de procesos de estabilización según las características del material dispuesto en la vía y del material al que se quiere llegar. Cuando se hace reciclaje y se estabilizan los materiales, normalmente es para generar nuevas capas de base estabilizadas, en tanto que cuando no se somete a estabilización será para formar una capa subbase granular.

La decisión sobre el reciclaje debe ser el resultado de un análisis técnico-económico de alternativas de conservación vial.

Se llama reciclaje en frío al aprovechamiento de los materiales provenientes de pavimentos flexibles que han cumplido su vida útil, para conformar nuevas estructuras de pavimento utilizando una cantidad mínima de calor.

Sin embargo, hay otros procesos que necesitan de calor en lo que se denomina reciclaje en caliente, que se usa para producir una nueva mezcla asfáltica.

El reciclaje en frío se puede realizar en una planta colocando algún ligante ya sea cemento portland, cal, emulsión asfáltica o asfalto espumado. También se puede realizar in situ en condiciones más controladas y obteniendo un material más homogéneo. Esta es muy buena opción cuando las capas de la mezcla están muy dañadas, mientras que la base granular y subrasante se encuentran en condiciones aceptables.

Es recomendable en el reciclaje en frío que se utilicen agentes estabilizantes, para unir las partículas de agregado y aumentar la rigidez y la impermeabilidad. Como agentes estabilizantes se pueden emplear: agentes hidráulicos, emulsiones asfálticas y asfaltos espumados. 

El asfalto espumado se fabrica en el mismo momento del proceso, mezclando agua a temperatura ambiente y de forma atomizada, con asfalto caliente y un chorro de aire. Todo esto ocurre en una cámara de expansión, montada en un laboratorio o dentro de la máquina estabilizadora o recicladora. El uso del asfalto espumado implica dos fases de diseño. La primera es el diseño de la espuma, lo cual se hace recurriendo a los conceptos de vida media y de relación de expansión. Lo normal es que la espuma dure unos pocos segundos. La segunda fase es la que corresponde al diseño de la mezcla con el material a estabilizar, para lo que se usa las pruebas de tracción indirecta. Durante la ejecución de la obra, la espuma se produce en el tanque de expansión de la recicladora, al tiempo que esta va tendiendo la mezcla producida, que luego es perfilada y compactada por la maquinaria vial tradicional. El tiempo que se tiene para hacer la mezcla son unos pocos segundos lo cual corresponde a la vida media de ésta.

En cuanto a los agentes hidráulicos utilizados, se puede emplear cemento portland o cal hidratada. En la estabilización con cemento portland, es normal que aparezcan fisuras de retracción, por lo que los suelos estabilizados deben ser sometidos a procesos de prefisuración.