Avaluació del comportament de diferents trams de carretera rehabilitats utilitzant mescles reciclades en calent

Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 4 Capítol 2 2 L’ÚS DE MATERIAL RECICLAT EN MESCLES BITUMINOSES EN CALENT 2.1 GENERALITATS L’aprofitament del material procedent del fressat o de la demolició de ferms amb capes asfàltiques, aporta els següents avantatges: - Es pot comptar amb els àrids i el betum que contenen com a substitutius de materials nous, reduint el cost del material de la mescla reciclada. Amb una taxa de reciclat de l’ordre del 25-30%, en cada tona de mescla hi ha un estalvi d’aquest percentatge en àrids nous i en torn a un 1% de nou lligant. - Es redueix la generació de residus i la problemàtica de gestió. - S’estalvien recursos naturals. Les capes superiors dels ferms bituminosos estan constituïdes per materials d’alta qualitat, en especials els àrids, de manera que per aprofitar al màxim les seves qualitats seria idoni reciclar els mateixos en capes similars. Les tècniques que responen a aquest principi són les de reciclat en calent, ja sigui en planta o in situ. 2.2 TIPUS DE RECICLAT EN CALENT En els tractaments de reciclat en calent hi ha dues grans divisions, segons siguin tractaments en planta o in situ. D’aquesta manera tenim: a) Tractament en calent in situ, amb les següents tecnologies: - Termoreperfilat. - Termoregeneració. - Termoreciclat, amb o sense reforç. - Termoreciclat amb Tambor Secador Mesclador. b) Tractament en calent en planta, mescles amb addició de RAP. 2.2.1 Reciclat en calent in situ Els processos de reciclat en calent in situ són d’aplicació quan no es tracta de corregir problemes d’insuficiència estructural sinó problemes en capes superficials com són els deguts a un envelliment del lligant, poliments dels àrids, pèrdua de textura, lleugera degradació de l’IRI, etc. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 5 Encara que algunes tècniques permetin donar al ferm una certa capacitat de reforç, l’espessor del tractament està clarament limitat a uns 8 cm, per la qual cosa aquest procediment s’orienta més cap a la renovació de les característiques superficials del paviment. S’ha de considerar d’igual forma la problemàtica i inconvenients deguts a les emissions de fums i riscos de sobreescalfament i treballs amb temperatures elevades. Es pot fer una classificació segons si el tractament sigui monocapa o bicapa, en una sola passada i segons que els components correctors de la mescla a afegir als materials de la capa vella siguin tan sols lligants o rejovenidors o bé s’addicionin àrids o mescles correctores. D’aquesta forma tenim: a) Estructures monocapa. - Termoreperfilat. Addició possible de lligant o de rejovenidor. - Termoreciclat (remixing). Addició de lligant o rejovenidor (opcional) i d’àrids o mescla correctora. b) Estructures bicapa, en les que als tractaments anteriors monocapa s’incorpora l’extensió de una nova cap de rodadura amb compactació simultània d’ambdues capes. - Termoregeneració. Amb termoreperfilat en la capa vella. - Termoregeneració amb reforç. Amb termoreciclat en la capa vella. La majoria dels tractaments tenen uns processos comuns i intercanviables, per exemple, els equips de termoregeneració poden realitzar els processos de termoreperfilat tan sols suprimint l’addició de mescla o àrids correctors. En els tres casos (termoreperfilat, termoreciclat i termoregeneració) s’utilitzen grans màquines integrals que en una sola passada realitzen de manera seqüencial diferents operacions: escalfament del paviment, aixecament d’un cert espessor, formació d’un cordó de material aixecat, separació en el seu cas del material que no es vulgui reutilitzar, eventual aportació d’àrids nous, mescla homogènia dels materials nous amb els antics, extensió i precompactació. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 6 Fotografia 2-1: Tractament de termoregeneració. Font: SACYR, 2001 Aquests processos són complexos en si mateixos i la maquinària molt costosa i, degut a la seva mida, només utilitzable en autopistes. A més, l’escalfament previ del paviment produeix una oxidació addicional del lligant, per la qual cosa es dificulta encara més l’efectivitat del reciclat. 2.2.2 Reciclat en calent en planta És el procediment en el que ens centrarem en aquest capítol ja que és el simulat en l’estudi experimental. El procediment consisteix en l’aixecament de la capa que es vol reciclar, per fressat o demolició, i el seu trasllat a una central de fabricació de mescles bituminoses, a on després d’un eventual procés de matxuca i d’una classificació granulomètrica es mescla amb àrids i lligants nous, així com agents rejovenidors. Normalment les centrals usades són les de tambor secador-mesclador. El producte es destina normalment per a capes inferiors i vorals, encara que en ocasions també per capa de rodadura. Els principis generals aplicables al reciclat en calent en planta són els següents: a) Les mescles obtingudes per reciclat han de complir els mateixos requisits exigits a les mescles convencionals equivalents. Aquest fet limita el contingut de RAP a addicionar degut a la manca de regularitat d’aquest últim. b) Les característiques del lligant final de la mescla han d’estar en el rang, o properes, als del lligant aplicable en mescles equivalents amb àrids nous. Això fa necessària, en casos amb percentatges significatius de RAP, la utilització de betums d’aportació amb una penetració superior o amb característiques regenerants, a més de la disminució del seu contingut per a assolir les característiques desitjades en la mescla final. c) Per un mesclat eficaç i la reconstitució de la mescla, el RAP ha d’arribar a una temperatura suficientment elevada, que permeti la fluïdificació del lligant vell i la seva mescla amb el nou. Aquesta temperatura està, a Espanya, al voltant de 110 ºC. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 7 d) Si s’escalfa el RAP per transferència de calor dels àrids verges, cal que la temperatura d’aquests no sigui tan alta que provoqui un envelliment addicional del lligant degut a un xoc tèrmic. 2.2.3 Selecció del mètode de reciclat El reciclat in situ presenta els següents avantatges: - Economia superior al reciclat en central. - Es pot aprofitar el 100% del material antic en una sola aplicació. - Absència absoluta d’emissions contaminants en el cas de reciclatges en fred. - Millor adaptació a obres disperses i de petita mida. Sobre el reciclat in situ, el reciclat en calent en planta presenta els següents avantatges: - Una homogeneïtat més gran degut a que la dosificació de les mescles reciclades pot controlar-se de manera precisa mitjançant bàscules i dosificadors i la dosificació de materials nous pot controlar-se també de manera exacta. - Es pot realitzar sobre qualsevol espessor de mescla bituminosa, sense limitacions. - El transport, l’extensió i la compactació es poden realitzar amb equips convencionals (avantatge sobre el reciclat in situ en fred). - S’aprofita millor la capacitat aglomerant residual del betum antic (avantatge sobre el reciclat in situ en fred). - Utilització immediata ja que no requereix procés de presa (avantatge sobre el reciclat in situ en fred). - Es pot utilitzar en capes de rodadura, ús difícil especialment en reciclat en fred in situ. - Pot regular-se l’escalfament de la mescla de manera que no es produeixi un enduriment inadmissible del betum (avantatge sobre el reciclat in situ en calent). - El reciclat en calent en planta té un comportament mecànic i una capacitat de reforç anàlegs als de les mescles noves i superiors als dels reciclats in situ. Els principals inconvenients del reciclat en calent en planta són: - Menors estalvis que en el reciclat in situ. - Calen grans obres per a que resulti econòmicament rentable muntar una central d’aquest tipus. - En petites actuacions, necessitat de disposar en les proximitats de centrals equipades per a realitzar el reciclat. - Necessitat de grans superfícies d’emmagatzemament en les centrals. - Necessitat d’una bona organització en les operacions de fressat per facilitar una operació continua. Moltes d’aquestes consideracions es sintetitzen en la següent taula en la que es donen unes recomanacions per a l’estimació del mètode òptim de reciclat segons el tipus de tràfic de pesats i la distància entre la central de fabricació de mescles bituminoses i l’obra. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 8 Distància Tipus de tràfic de pesats Menys de 50 Km Més de 50 Km T0 Reciclat en planta en calent Estabilització T1 Reciclat en planta en calent Estabilització T2 Reciclat en planta en calent Estabilització T3 Estabilització Reciclat en fred T4 Reciclat en fred Reciclat en fred Taula 2-1 : Estimació del mètode òptim de reciclat. Font: PABASA, 2001 2.2.4 Economia del reciclat La utilització de mescles reciclades en calent pot portar a estalvis econòmics per la menor utilització del betum i d’àrids nous, així com l’estalvi en l’abocament. Cal fer un balanç econòmic d’aquests estalvis amb les despeses degudes al procés de fressat , el trasllat, el tractament i emmagatzemament del RAP, el del sobreescalfament dels àrids i el del lligant especial (si s’utilitza), a més, evidentment, de l’amortització dels equips necessaris. Els resultats dependran essencialment del preu del betum i dels àrids en la zona a on actuar. Generalment, l’estalvi per tona per a percentatges de reciclat baixos o mitjos és petit però és apreciable a llarg termini i per a percentatges superiors. A més, si en l’anàlisi cost-benefici s’introdueixen externalitats com les derivades de l’estalvi energètic, la disminució d’abocaments i l’estalvi en recursos els resultats són cada vegada més positius. En quant a la comparativa amb altres mètodes de reciclatge, les mescles reciclades en planta en calent són les que presenten uns estalvis globals menors com es pot observar en la taula 2.2, encara que com s’ha comentat anteriorment presenten altres avantatges com una superior qualitat en termes de comportament mecànic i homogeneïtat que permet un ús més ampli. Reciclatge en calent Reciclatge en fred Factor d’estalvi En planta In situ En planta In situ Àrids Transport Danys a les carreteres i impacte ambiental causat pel tràfic de pesats durant la construcció Lligant (estalvis apreciables només quan el lligant es rejoveneix) Energia i recursos naturals Molèsties en el tràfic Contaminació Taula 2-2: Factors d'estalvi en el reciclatge de mescles bituminoses. Font: Austroads, 1997 Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 9 2.3 EXPERIÈNCIES EN LA UTILITZACIÓ DE MATERIAL RECICLAT L’ús del reciclatge en carreteres es remunta als inicis dels anys setanta, quan degut a la crisis del petroli hi ha un augment del preu del betum. Aquest fet, juntament amb un interès creixent per la conservació de l’energia fan que cap al 1974 es donés un fort impuls a aquestes tècniques als Estats Units, sobretot als estats de Texas i Nevada. Així, en aquest país es va passar de les 50.000 tones de mescla bituminosa reciclada de l’any 1975 a les 25.000.000 de tones de l’any 1980 [2]. Actualment, el reciclat en general i el reciclat en calent en particular són considerades tècniques convencionals a Estats Units a on un 73% dels 100 milions de tones de RAP produïdes anualment són reutilitzades en els diversos processos de reciclat [2]. Les tècniques desenvolupades a Estats Units en la dècada dels 70 van arribar a Europa al seu final. Actualment els països europeus amb més tradició en aquest camp són Alemanya, Països Baixos, Dinamarca i Suïssa, que tenen un índex de reciclat per sobre de un 15 % sobre el total de mescles bituminoses i uns alts percentatges de reutilització del RAP produït com es pot observar en la taula 2.3 i a la figura 2.1 ja només amb els països europeus. PAÍS Reutilització del RAP produït (%) RAP produït (milions de tones) RAP reutilitzat (milions de tones) Estats Units 80 41 33 Alemanya 55 13,2 7,3 Suècia 95 0,88 0,84 Dinamarca 100 0,53 0,53 Holanda 100 0,12 0,12 Taula 2-3: Dades de reutilització de RAP en diferents països. Font: US Federal Highway Administration, 2000 Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 10 Alemanya Dinamarca Holanda 0 3 6 9 12 15 RAP reutilitzat (milions de tones) RAP produït (milions de tones) Gràfic 2-1: Comparació del volum de reutilització de RAP en diferents països europeus. Font: Elaboració pròpia a partir de US Federal Highway Administration, 2000 A nivell europeu actualment s’està portant a terme el projecte PARAMIX, acrònim de Road Pavement Rehabilitation Techniques Using Enhanced Asphalt Mixtures, en el si del programa Growth del V pla marc de la Unió Europea. El consorci format per 11 socis de cinc països diferents (Espanya, Suècia, Bèlgica, Itàlia i Alemanya) es planteja una sistematització del procés, així com millores en el procediment constructiu i el desenvolupament de nous mètodes de càlcul i avaluació amb una voluntat d’intercanviar coneixements i diferents maneres d’enfocar el problema. [3] A principis dels anys 80 hi va haver a Espanya un cert interès per el reciclatge en central. De fet, l’impuls de les centrals de tambor secador-mesclador fou degut a que eren les més adequades per al reciclatge de mescles. Però, al cap de poc temps que es comencessin a realitzar els primers trams, la baixada del preus dels betums va provocar una pèrdua d’interès per a aquestes tècniques. Posteriorment, encara que hi ha hagut un nou impuls en el reciclat en els anys 90, ha estat principalment en el reciclatge en fred in situ pels avantatges econòmics que ofereix. A Espanya hi ha experiències recents a Catalunya i a Andalusia, així com en un tram a la província de Zamora. La concessionària ACESA ha utilitzat el reciclat de mescles asfàltiques en general des de 1983 en les seves obres de rehabilitació de ferms en les autopistes A2 i A7. El 1986 va engegar un projecte de investigació juntament amb Repsol per a desenvolupar un nou producte rejovenidor. L’actuació en un tram d’aproximadament un quilòmetre i mig en la calçada direcció Saragossa de l’autopista A2 va permetre estudiar el procés d’envelliment del lligant, així com començar a desenvolupar la metodologia adequada per a l’ús d’aquesta tècnica. [3] Al 1999 es va iniciar a Andalusia la rehabilitació estructural de l’autovia A-92 per part de GIASA (Gestió de Infrastructures d’Andalusia, S.A.). En la província de Granada s’ha Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 11 rehabilitat un tram de 15 km de ferm rígid composat per una capa base de 25 cm. de sòlciment, una intermèdia de 22 cm. de formigó sec compactat i 12 cm de mescla bituminosa en el que, després del procés per a reciclar-lo en un ferm flexible, s’ha aconseguit aprofitar tots els materials amb uns paràmetres de qualitat acceptables. La nova secció de ferm està composada per una capa amb el tot-ú reciclat i una amb tot-ú d’aportació, una capa base de 19 cm de mescles bituminosa de tipus G-25 reciclada en calent en una planta discontínua, una capa intermèdia de tipus D-20 i finalment una capa de rodadura de tipus PA-12. S’han utilitzat gairebé 160.000 tn de mescla bituminosa reciclada. [4] A nivell català, la constructora Rubau S.A. ha portat a terme les següents actuacions des de que a principis de 1998 va muntar la primera planta existent a Espanya que permetia l’ús del material fressat en les mescles bituminoses: [3] - Variant de Cassà de la Selva: 10.000 Tn - Reforç de ferm de la carretera GI-522 tram Bàscara – Vilaür – St. Mori: 4.500 Tn - Reforç de ferm de la carretera GI-512 tram Tordera-Maçanet: 4.000 Tn - Reforç de ferm en el vial extern del Polígon Industrial de CelràReforç de ferm del tram Gurb-Riudellots de la Selva de l’Eix Transversal (C-25): 38.000 Tn L’empresa PABASA també va adaptar les seves instal·lacions a principis de 1999 per a començar a produir mescles bituminoses reciclades. Ha desenvolupat juntament amb el laboratori de camins de la UPC nombrosos estudis i ha aplicat aquesta tècnica en diferents trams de prova, obtenint resultats molt favorables.[3] Recentment l’Ajuntament de Barcelona ha usat material procedent del fressat d’altres carrers de la ciutat en l’actuació al lateral de la Ronda General Mitre entre el carrer José Agulló i la Via Augusta. Es va aprofitar 61,5 tones del material fressat en unes mescles bituminoses reciclades en calent i fabricades en planta. El percentatge de material reciclat empleat en aquesta petita obra va ser del 30 % sobre el total d’àrids de la mescla, tant a la capa base com a la capa intermèdia.[3] Aquest fet demostra la voluntat de l’Ajuntament de Barcelona per a aplicar les tècniques de reciclat en les actuacions portades a terme als carrers de la ciutat, una de les aplicacions amb més justificació dels tractaments de reciclat en calent en planta. [3] Aquests exemples demostren la bona acollida d’aquesta tècnica per part de les diferents administracions i organismes públics. El fet que es comencin a redactar projectes que incloguin aquest tipus de mescles i l’aprovació de la normativa que en reguli el seu ús donaran una empenta a aquestes mescles, apropant-nos a altres països europeus. 2.4 MATERIALS 2.4.1 RAP Normalment el material a reciclar consisteix en capes bituminoses que han estat fressades en una espessor predeterminada i transportades a abassegaments de la planta asfàltica. El RAP és mòlt o garbellat fins a una mida màxima de 14-20 mm. En aquest procés, la mescla es disgrega en els seus components originals, produint-se el trencament d’algunes partícules de les fraccions més gruixudes. Generalment, els processos de mòlta a planta presenten una millor consistència i separació del RAP que les operacions in situ. El RAP que ha estat ben separat i gradat presenta la Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 12 màxima superfície específica que permetrà una dispersió uniforme de l’agent rejovenidor. També facilita l’estesa i la consecució de la densitat de compactació requerida. La qualitat del RAP és un factor molt important en el reciclatge de mescles bituminoses i depèn de: - L’oxidació de la mescla que provoca enduriment i pèrdua de ductilitat. - El desgast i l’erosió dels àrids. - Les deficiències de la mescla inicial en variables com el contingut de betum o la distribució granulomètrica dels àrids. No tot el RAP és adequat per a reciclar o per totes les aplicacions. A tall d’exemple, les mescles amb contingut de goma no són adequades per reciclatge a altes temperatures. La qualitat original dels àrids (per exemple partícules arrodonides) o el seu estat (per exemple partícules amb un elevat poliment) poden no fer-lo adequat en el tractament de la capa originària, però pot utilitzar-se en mescles per a capes inferiors. Com s’ha indicat anteriorment, el procés de mòlta trenca algunes partícules de les fraccions més gruixudes. Això provoca una mancança en la mida màxima d’àrid i un increment de mides inferiors. No hi ha normalment un augment significatiu de fins. La variabilitat en la granulometria del RAP pot arribar a fer-lo no adequat per a reciclar o al menys dificultar el disseny de la mescla reciclada. El principal factor és la quantitat de filler (<0.08 mm) i el seu efecte en la dispersió de la nova mescla. D’aquesta manera i com a part del procés de disseny, s’hauran d’afegir nous àrids per a corregir aquestes deficiències, especialment els corresponents a les fraccions més gruixudes. S’haurà d’intentar assegurar que la contaminació del RAP és inexistent o és molt petita. Per exemple, la presència de partícules d’argila provocarà defectes superficials com ara “berrugues” o protuberàncies en el paviment. S’han de dur a terme un control dels abassegaments de RAP per a aconseguir: - Identificar i separar diferents qualitats de RAP. - Evitar la consolidació de grans abassegaments. - Evitar la retenció d’humitat. La gestió dels abassegaments de RAP és vital per la producció de mescles reciclades de gran qualitat. Seria desitjable tenir abassegaments separats per a cada un dels treballs. És desitjable preescalfar el RAP per a reduir la humitat a menys d’un 2%. Aquest fet és essencial en mescles amb més d’un 20% de RAP ja que evita la necessitat d’un sobreescalfament dels àrids i permet obtenir una mescla final amb una humitat de menys del 0.5%. [5] Per a poder determinar exactament les característiques de la mescla bituminosa resultant, a més de controlar les propietats dels àrids i dels lligants de nova aportació, cal caracteritzar el percentatge de material a reciclar. Aquest percentatge, que condicionarà la resta de valors a determinar de la mescla, depèn d’una sèrie de factors entre els que cal destacar els que s’han recollit a la taula 2.4. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 19 apilar el material per separat, mesures difícilment viables. En obres específiques de rehabilitació, amb una procedència de RAP única i controlada, tampoc es pot assegurar que no existeixin grans dispersions degut a la presència de reforços i reparacions locals. La solució seria realitzar un fressat selectiu, però és poc factible. c) Postprocés i preparació prèvia en planta. Es recomana que la mida màxima del RAP sigui de 20 mm o, en general, menor al de la mescla que es fabriqui [3] ja que mides superiors exigirien l’increment en els temps de mescla o provocarien una mescla deficient amb els corresponents problemes de compactació i/o segregació. Això pot fer necessària una homogeneïtzació amb un lleuger matxucat dels àrids o al menys un garbellat previ a la seva utilització. Existeixen trituradores especials per a l’operació, que es limiten a desfer les grans aglomeracions de partícules sense triturar excessivament l’àrid ni formar massa fins. Figura 2-2: Esquema de planta d’homogeneïtzació del fressat Font: PABASA, 2001 Una vegada classificat, el RAP es pot acumular i emmagatzemar de la mateixa manera que els àrids convencionals. Tot i així, per evitar problemes d’aglomeració i segregació, es recomana que els abassegaments tinguin una alçada màxima de tres metres i que s’emmagatzemin preferentment en piles còniques i no horitzontals [3]. L’altre problema és que el RAP tendeix a retenir aigua i no drenar amb el temps com succeeix amb els àrids convencionals. Per a aquest motiu seria recomanable no cobrir les piles amb lones ja que aquestes tendeixen a causar condensació i afegir humitat. Es pot emmagatzemar el RAP sense cobrir o sota sostre, però en un cobert sense parets. Finalment, cal comentar que la crosta superficial (de 200 a 250 mm de gruix) que es forma en les piles degut a un efecte tèrmic del sol pot afavorir a repel·lir l’aigua i pot evitar l’aglomeració de la resta de la pila. A més, es pot trencar fàcilment amb una pala. [3] Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 20 Fotografia 2-3: Emmagatzemament del RAP Font: RUBAU, 2001 d) Alimentació del RAP. En l’alimentació del RAP a la planta es precisa un control de la mida màxima, per la qual cosa es disposa d’un pregarbellat amb una graella per a refusar les mides superiors a les admissibles (en la futura normativa espanyola, el material ha de passar pel garbell de 25 mm de la UNE-EN 933-2) [3]. Llevat dels processos fets en plantes discontinues, en les que el RAP s’incorpora separadament a la bàscula en calent, fa falta també un control ponderal continu de la quantitat dosificada. 2.5.2 Tecnologies per tractament en central En les primeres actuacions, el RAP s’introduïa a la central de fabricació com si es tractés d’una fracció més d’àrid. Això produïa que quan el RAP entrava en contacte amb la flama del cremador, a partir de 450ºC entrava en combustió formant-se un fum de color blau (blue smoke) molt contaminant, amb els vapors condensats del betum cremat. Aquests fums tenen una mida molt petita per ser retinguts pels filtres. Aquest mètode presentava altres problemes com l’adherència a les cintes transportadores i a altres elements de la mescla calenta abans d’arribar al mesclador i la colmatació dels tamisos. Aquests fets feren esperonar la recerca d’altres metodologies. Inicialment es van utilitzar instal·lacions convencionals amb lleugeres modificacions, però ràpidament es van desenvolupar equips i tècniques específiques. Existeixen actualment varis procediments que permeten reciclar materials envellits sense que es produeixi la degradació del lligant, però el més utilitzat és el que es basa en la transferència de calor per conducció. Quan dues masses a diferent temperatura es posen en contacte, la massa calenta transfereix calor a la que es troba a menor temperatura. Escalfant llavors els àrids nous a una temperatura superior a la que s’utilitza convencionalment s’aconsegueix l’escalfament del RAP per transferència de calor en posar-lo en contacte amb aquesta massa d’àrids sobreescalfats. Les temperatures són més elevades que les usuals, però molt més reduïdes que les que es produirien en el contacte amb la flama del cremador i inferiors a les que pot produir la incineració del lligant. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 21 En l’actualitat, hi ha vàries tecnologies aplicables que poden classificar-se en els següents grups: a) Centrals continues. b) Centrals discontinues. c) Plantes especials, microones. 2.5.3 Centrals continues En aquestes centrals de tambor secador-mesclador es treballa amb equips convencionals als que s’afegeixen dispositius de reciclat que suposen canvis mínims en el tambor. El més usual és l’anell intermedi que conté una boca d’entrada per al material a reciclar. En la part frontal del tambor s’introdueixen els àrids que s’assequen i s’escalfen; al mig del tambor s’introdueix el RAP (en una posició allunyat de la flama) i al final s’afegeix el betum. Els àrids actuen com pantalla per evitar l’acció directa de la flama sobre el material reciclat. El RAP s’escalfa per transferència de calor amb els àrids verges. Els materials es van movent al llarg del tambor degut al de gir d’aquest, produint-se un flux continu de material durant tot el procés. Aquesta necessitat d’utilitzar els àrids verges com a escut protector de la mescla reciclada és el factor limitant en la proporció de RAP en la mescla final. Encara que teòricament es pugui arribar a reciclats del 70%, a la pràctica el percentatge és inferior al 50%. [3] Figura 2-3: Esquema d’una central de tambor secador-mesclador amb anell intermedi Font: SACYR, 2001 S’han desenvolupat altres equips especialitzats entre els que es troben: tambor secador amb moviment en la direcció de la flama, tambor secador en contracorrent amb mesclador exterior que utilitza un procediment de transferència de calor, tambor secador amb el cremador avançat dins del tambor, en el que el material reciclat entra per darrera del cremador i plantes amb doble tambor en els que la mescla es realitza en el tambor exterior. Generalment el rendiment és inferior al del procés explicat en primer lloc. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 22 2.5.4 Centrals discontinues El problema que es planteja en aquestes centrals és el d’escalfar el RAP sense que passi pel tambor mesclador convencional i aconseguint una mescla eficaç amb els nous materials. Tots els sistemes desenvolupats per a solucionar el problema estan basats en la transferència de calor, en els que els àrids nous es sobreescalfen a temperatures superiors a les usuals. Segons la National Asphalt Pavement Association (NAPA) dels EUA, es pot calcular la temperatura a la que s’han de sobreescalfar els àrids establint un balanç energètic i suposant que no hi ha pèrdua de calor. L’expressió resultant és la següent: () 637 4 (1 ) 1 fmr mr TT ThTRR R −  =+×−××−      −  (eq. 2.2) A on: T, temperatura a escalfar els àrids nous T mr, temperatura en la que es troba el RAP h, humitat del RAP R, proporció en tant per ú de RAP en la mescla T f, temperatura final de la mescla Cal tenir en compte que existeix un límit superior de T establert al voltant dels 275ºC a partir del qual el procés no és factible econòmicament ni tècnicament (degut al deteriorament del betum del RAP i d’alguns elements de la central). Aquest condicionant limitarà el percentatge de RAP en la mescla final. Es diferencien dos procediments en funció de la temperatura del material a reciclar: a) RAP a temperatura ambient. En aquest sistema els àrids es sobreescalfen en el tambor secador de la central de fabricació i el material a reciclar s’incorpora a temperatura ambient. Hi ha dos procediments principals, un que necessita equips especials i l’altre que no. - Mantenint el circuit convencional d’àrids nous fins al mesclador. Aquí s’afegeix el material a reciclar, procedent d’una tremuja específica connectada a una bàscula. La realització d’aquesta pesada independent redueix els temps de l’operació i augmenta la producció de la central, encara que la limitació de proporció de reciclat és al voltant del 30%. Així, el material a reciclar requereix un nou circuit integrat per la tremuja, un elevador, una bàscula i una cinta per introduir el material en el mesclador. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 23 Figura 2-4: Esquema de central discontinua amb RAP a temperatura ambient, afegit directament al mesclador Font: SACYR, 2001 - Traslladar el material a reciclar des de la seva tremuja en fred a algun punt del circuit dels àrids. Pot portar-se per exemple a l’inici del circuit dels àrids a la sortida del tambor secador, però eliminant el garbellat en calent per a tots els àrids. També es pot portar a una tremuja en calent situada entre les de l’àrid després del cribat en calent dels àrids nous i d’aquí pel circuit convencional de pesada al mesclador. En aquest cas, el material a reciclar no ha de restar un temps excessiu en la tremuja en calent per què no s’escalfi en excés ja que dificultaria la seva manipulació. El límit és, a l’igual que en el cas anterior, al voltant d’un 30% de RAP, per condicions usuals d’humitat i temperatura del fressat. Encara que la productivitat sigui menor al primer cas, al no requerir modificacions de la planta, és el sistema més adequat per a centrals que realitzen reciclatges esporàdics. En els dos casos, el RAP s’asseca i s’escalfa en el mesclador pel procediment de transferència de calor anteriorment comentat. És essencial evitar la injecció de betum nou sobre els àrids sobreescalfats. S’ha de realitzar, doncs, una mescla en sec durant uns 10 o 15 segons abans d’introduir el betum. Aquest temps és en general suficient per assegurar un repartiment homogeni del reciclat, eliminar-ne l’aigua i disminuir la temperatura dels àrids nous. La duració total de l’operació de mescla és d’uns 20 a 40 segons. En augmentar aquest temps, es disminueix lleugerament el rendiment, encara que a partir d’aquest moment el procediment sigui el convencional. b) RAP a temperatura alta. Consisteix en preescalfar el material a reciclar en un tambor secador addicional. S’utilitzen tambors convencionals funcionant a temperatures inferiors a les usuals o tambors de doble paret de manera que el reciclat circula entre les dues parets i la flama es trobi a l’interior, evitant-ne el contacte directe. El material s’asseca i s’escalfa a 120/140ºC. Aquest fet possibilita la reducció de la temperatura d’escalfament dels àrids nous o un augment en el percentatge de RAP a utilitzar i, fins i tot, alguns sistemes aprofiten els aires calents procedents del tambor secador per a aquest procés. Amb aquest sistema pot arribar-se a un 50% de reciclat i el rendiment de la central és superior que amb el sistema que utilitza el RAP a temperatura ambient. Altres avantatges del sistema són que la central té una gran flexibilitat per passar de reciclats a fabricació convencional de mescles i que es disminueix els desgasts en la planta i filtres per la menor temperatura. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 24 Figura 2-5:Esquema de central discontínua amb doble tambor Font: SACYR, 2001 2.5.5 Plantes especials, microones El 1983 es va desenvolupar als EUA un nou sistema de reciclat basat en la tècnica de microones. En aquesta, el RAP es matxuca i processa en dos o tres fraccions per millorar la granulometria de la mescla. S’escalfa en un primer graó a 120ºC mitjançant una corrent de gasos calents i després es trasllada a un mesclador a on s’incorpora el betum. El conjunt s’introdueix en una unitat gegant de microones (10 generadors de 50 kW) a on s’escalfa fins a 140ºC-145ºC, o sigui la temperatura final de la mescla [3]. Els principals avantatges són que el betum no es sobreescalfa en cap cas i que s’eliminen totalment els problemes mediambientals deguts a les emissions. A més, permet taxes de reutilització de reciclat entre un 85 i un 100%. Tot i aquests avantatges i que les produccions són de l’ordre de 100 tn/h, el cost d’escalfament és molt superior al dels sistemes convencionals. De tota manera, a Estats Units n’hi ha vàries en funcionament i a Europa n’hi ha una a Rotterdam. [3] 2.5.6 Transport, estesa i compactació Per al transport, estesa i compactació es poden utilitzar els procediments i equips convencionals. L’única diferència és que la mescla pot tenir una textura més oliosa degut a l’addició d’agents rejovenidors [7] o que les mescles amb un alt percentatge de reciclat poden resultar menys treballables que les convencionals [3]. Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 25 Fotografia 2-4: Procés d’estesa de la mescla bituminosa reciclada Font: RUBAU, 2001 Encara que, degut a l’heterogeneïtat dels materials que componen la mescla, sigui convenient extremar el control de qualitat durant tot el procés per a tornar a ajustar la dosificació si és necessari, les operacions de control són anàlogues a les de les mescles convencionals. Fotografia 2-5: Procés de compactació de la mescla bituminosa reciclada Font: RUBAU, 2001 Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 26 2.6 CONTROL DE QUALITAT 2.6.1 RAP El RAP haurà de complir les següents prescripcions sobre homogeneïtat, contaminants i caracterització segons les recomanacions establertes a [3]: Homogeneïtat Les màximes diferències permeses en el contingut de lligant, segons la NLT-164, en la granulometria, segons la NLT-165, i en la penetració del lligant bituminós, segons la NLT124, entre els resultats de dos mostres del mateix abassegament o lot seran les següents: - Contingut de lligant en el RAP: 0,8% - Garbells superiors al 2 mm de la UNE-EN 933-2: 10% - Garbells compresos entre el 2 mm i el 0,063 mm de la UNE-EN 933-2: 6% - Garbell 0,063 mm de la UNE-EN 933-2: 3% - Penetració del RAP: 0,8% Contaminants El RAP haurà d’estar exempt de materials contaminants com formigons, morters, totxos, ciment, metalls, fustes, materials sintètics, etc. Caracterització Una vegada el material ha estat homogeneïtzat i lliure de contaminants, cal caracteritzar-lo amb els següents assaigs: Assaigs per a caracteritzar el material fressat Assaigs per a caracteritzar els àrids del material fressat Assaigs per a caracteritzar el lligant del material fressat Anàlisis granulomètrica aparent del material disgregat Índex de lages Recuperació del lligant de les mescles bituminoses per a la seva caracterització Contingut d’humitat Cares de fractura Penetració del material bituminós recuperat Contingut de lligant en les mescles bituminoses Resistència al desgast de Los Ángeles Punt de reblaniment del material bituminós Anàlisis granulomètrica dels àrids recuperats de les mescles bituminoses Equivalent de sorra Índex de penetració Taula 2-5:Assaigs per a la caracterització del material fressat i els seus components Font: Miró et al, 2001 Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 27 Emmagatzemament El RAP es podrà utilitzar en l’obra de la que procedeix o podrà emmagatzemar-se per la seva posterior utilització. No es permetrà, però incorporar nous materials a abassegaments ja homogeneïtzats i caracteritzats. El RAP s’emmagatzemarà cobert i durant un temps mínim per evitar un augment de la humitat del material en temperatures superiors a 30ºC, les piles seran inferiors a 3 metres per evitar aglomeracions del RAP. 2.6.2 Àrids d’aportació Com en qualsevol obra, es controlarà la qualitat i les característiques dels àrids d’aportació, per a possibles modificacions en les dosificacions. S’haurà de tenir especial cura amb la sorra i el contingut de filler d’aquesta, ja que pot alterar amb facilitat el contingut final de filler de la mescla, i per tant els continguts de betum a utilitzar. 2.6.3 Lligant Es realitzarà de la mateixa manera que per a un betum per a mescles en calent convencionals. 2.6.4 Mescla D’una banda s’establiran els controls rutinaris normals per a mescles en calent. D’altra banda s’establiran les toleràncies admissibles (que degut a la variabilitat del RAP seran superiors a les convencionals) per a poder establir en quins marges es pot moure la mescla i els seus components. En l’estudi [6] es proposa que el criteri a seguir per a fixar les toleràncies sigui el valor de la penetració del lligant final en la mescla. 2.6.5 Assaigs a) Marshall El mètode descrit anteriorment per al disseny de la mescla suposa que s'hagi fixat des del principi la composició que es vol obtenir. És important, per una banda, verificar que aquesta composició confereix efectivament a la barreja característiques Marshall responent a les recomanacions o imposicions i, per altra banda, buscar a optimitzar aquesta composició. A tals efectes, es pot per exemple fixar una relació constant entre els àrids que provenen dels reciclats i els àrids nous, i fer variar la relació entre el lligant nou i el recuperat, o a la inversa. Alguns complements s'han d'afegir al procés de fabricació de les provetes Marshall ja que a més dels components habituals (àrids, sorres, filler i betum) s’afegeix una fracció de RAP. Els punts a considerar són: Capítol 2 L’ús de material reciclat en mescles bituminoses en calent 28 - El mètode a seguir per escalfar el RAP sense fer malbé el lligant. La manera de fixar la temperatura de barreja i de compactació en funció de la viscositat de la barreja del lligant nou i antic. - El procediment de barreja (ordre d’introducció dels materials dins el mesclador i temps de mescla a respectar). - La interpretació dels assaigs Marshall es realitza de la manera convencional sobre la base de cinc criteris habituals: estabilitat, densitat, deformació, buits en mescla i buits en àrids. [16] b) Assaigs complementaris de laboratori Utilitzant únicament l'assaig Marshall per caracteritzar mescles bituminoses reciclades és possible cometre errors en la interpretació dels resultats. Intuïtivament, es pot pensar que la mescla bituminosa reciclada serà més rígida que la mescla bituminosa convencional ja que la primera conté RAP que aporta betum envellit. A més, el RAP no és un àrid net; cosa que comporta una menor adherència entre l'àrid procedent del RAP i el nou betum; l’adherència és un fenomen complex en el qual intervenen factors físics (neteja de l'àrid, textura i porositat del mateix, viscositat i tensió superficial del lligant, espessor de la pel·lícula de lligant, etc.) i factors químics (relatius a la naturalesa del lligant i de l'àrid). En cap cas es pot assimilar l'àrid procedent del RAP amb l'àrid de nova aportació, i per tant en cap cas es pot assimilar l'adherència produïda entre l'àrid procedent del RAP i el betum i, l'àrid de nova aportació i el betum. En un estudi realitzat a Texas l'any 1972 pel Texas State Department of Highways and Public Transportation s'obtenen estabilitats semblants per mescles bituminoses convencionals i reciclades. A més, en aquest estudi es conclou que els mètodes de disseny per mescles convencionals són indicats també pel disseny de mescles bituminoses reciclades. [11] En un altre estudi realitzat al laboratori de camins de la UPC, s'obté que els millors resultats d'estabilitat Marshall es donen per provetes amb 100% de RAP sense addició de betum nou. [10] Amb aquests dos exemples queda palès que la rigidesa augmenta a mesura que s’incrementa el percentatge de RAP a la mescla, i per tant la propietat d’estabilitat és un paràmetre que millora, deixant de ser la propietat crítica a considerar en el disseny. A Bèlgica, l'any 1991, s'obté que la comparació dels resultats dels assaigs complementaris realitzats sobre mescles bituminoses convencionals i reciclades fa aparèixer determinats defectes de les mescles reciclades, com per exemple, defectes d’adherència del lligant als àrids, corroborant les suposicions. Es pot establir, doncs, la cohesió com un dels paràmetres crítics a considerar en el disseny de les mescles bituminoses reciclades. [11] Per aquests motius es posa en qüestió que els procediments emprats per la caracterització de mescles bituminoses convencionals siguin suficients per la caracterització de mescles bituminoses reciclades. Aquí sorgeix la necessitat de realitzar assaigs paral·lels. Altres assaigs que es podrien dur a terme serien [11]: