Pavimento Asfáltico Recuperado (RAP)

Muchos fabricantes de plantas de asfalto incorporan el RAP directamente en el pugmill, sin ningún proceso de secado previo. Este método es el más simple, pero no permite añadir más del 5% de RAP. Esta limitación existe porque el RAP se calienta únicamente por contacto con el agregado virgen caliente que sale del tambor secador. En un intento por “secar” el RAP, los agregados deben sobrecalentarse, pero este enfoque simplemente no funciona. El sobrecalentamiento del agregado implica un consumo excesivo de energía del quemador y, en consecuencia, un mayor consumo de combustible.

Cuando el agregado virgen sobrecalentado, a temperaturas superiores a 180 °C, entra en contacto con RAP frío, típicamente a 20–25 °C, se produce un gradiente térmico severo que acelera la oxidación del ligante asfáltico y afecta negativamente la activación y el mezclado del ligante del RAP (Bonaquist, 2011; Shah, 2007). Como resultado, el ligante final mezclado se vuelve más duro y frágil, reduciendo la durabilidad del pavimento y aumentando su susceptibilidad al agrietamiento (Jamshidi et al., 2013; Zhao et al., 2015).

Algunas marcas afirman que sus sistemas pueden incorporar hasta un 30 % de RAP mezclándolo directamente en la mezcladora, pero esto no es realista. Los sistemas con alto contenido de RAP son complejos desde el punto de vista térmico y mecánico, y no pueden depender únicamente de áridos vírgenes sobrecalentados. A medida que aumenta el porcentaje de RAP, el riesgo de sobrecalentar el material se incrementa considerablemente, lo que provoca un envejecimiento excesivo del ligante y emisiones visibles de humo azul si no se utiliza un sistema adecuado de filtración de gases o de incineración.

Los estudios de laboratorio realizados con mezcladoras de tipo pugmill han demostrado que, incluso cuando los agregados vírgenes se precalientan a las temperaturas habituales de la planta y se añade RAP a temperatura ambiente y se mezcla durante aproximadamente un minuto, solo se transfiere una cantidad limitada de ligante del RAP al agregado virgen. Shah (2007) demostró que, cuando el tiempo o la temperatura de mezcla son insuficientes, las partículas de RAP se comportan esencialmente como «roca negra» pre-recubierta, lo que significa que el ligante envejecido permanece en el RAP y no se mezcla adecuadamente con el ligante virgen.

Mezclar RAP directamente en el pugmill también requiere mayores tiempos de mezclado para transferir suficiente calor al RAP. Sin embargo, el tiempo de residencia en el pugmill es muy corto, generalmente de solo unos cuantos segundos. Extender el tiempo de mezclado para calentar adecuadamente el RAP reduce de manera significativa la tasa de producción de la planta.

De acuerdo con las guías de la FHWA y con diversos estudios de laboratorio y de campo, simplemente introducir RAP frío y húmedo en el pugmill y depender de agregados vírgenes sobrecalentados da como resultado un calentamiento insuficiente y no uniforme, una activación limitada del ligante del RAP, mayor consumo de combustible y un incremento en el riesgo de emisiones de humo azul.

En la operación real, las plantas que afirman incorporar porcentajes muy altos de RAP mediante su incorporación directa en el pugmill con frecuencia se ven obligadas a reducir la tasa real de producción para poder integrar el RAP y los agregados. Sin embargo, aun con esta reducción, no se cumplen las normativas de emisiones, se presenta quema del ligante, oxidación excesiva y, en consecuencia, la calidad final de la mezcla no es adecuada.

La reducción de la temperatura de producción preocupa, ya que hay varios factores que influyen tanto en la construcción como en el desempeño a largo plazo del pavimento. Las temperaturas más bajas pueden afectar negativamente la facilidad de manejo y la compactabilidad de la mezcla, y también limitan la eficiencia del mezclado del ligante. En mezclas WMA con altos contenidos de RAP, estos efectos contribuyen a una mayor susceptibilidad a la humedad y a una menor resistencia al ahuellamiento (Bonaquist, 2011; Bennert et al., 2011; Jamshidi et al., 2013; Zhao et al., 2015).

Un manejo adecuado y eficiente es esencial para cualquier mezcla asfáltica, ya que garantiza un pavimento de calidad, responsable de la seguridad de miles de personas que transitan a diario. El factor que más define el desempeño del RAP en la mezcla es la temperatura, ya que el ligante asfáltico solo se ablanda y se mezcla correctamente dentro de un rango térmico adecuado. La facilidad de manejo depende directamente de la temperatura de producción y colocación: a temperaturas bajas, la mezcla presenta una compactación deficiente; a temperaturas excesivas, aumenta el riesgo de envejecimiento del ligante y de formación de humo azul. En la mezcla asfáltica en caliente convencional (HMA), las temperaturas de mezclado y compactación se ajustan para alcanzar una viscosidad del ligante que permita un recubrimiento adecuado de las partículas de agregado y una lubricación suficiente durante la compactación.

Sin embargo, cuando se incorpora RAP, el grado efectivo del ligante aumenta debido a la presencia del ligante envejecido y rígido del RAP que se mezcla con el ligante virgen. Como resultado, pueden requerirse temperaturas más altas para alcanzar el mismo comportamiento durante el manejo y la compactación que se obtiene en mezclas fabricadas únicamente con materiales vírgenes.

Cuando se incorpora RAP, el ligante envejecido y más rígido que contiene se mezcla con el ligante virgen, lo que incrementa el grado efectivo del ligante. Como resultado, pueden requerirse temperaturas más altas para lograr el mismo buen manejo y compactación que se obtienen en mezclas fabricadas únicamente con materiales vírgenes. Si la temperatura no es suficiente, el ligante del RAP no se activa correctamente y el material reciclado se comporta como “black rock”, es decir, como agregado ya recubierto, aportando poco al ligante efectivo de la mezcla.

Black rock: Describe partículas de RAP cuyo ligante envejecido permanece rígido e inactivo durante el mezclado, haciendo que el RAP se comporte como un agregado inerte, en lugar de aportar ligante asfáltico utilizable.

Cuando las temperaturas son demasiado bajas, el ligante del RAP no se moviliza ni se mezcla con el ligante virgen. En estos casos, el RAP se comporta como “Black rock” inerte, lo que reduce el ligante efectivo, incrementa los vacíos de aire y debilita la durabilidad de la mezcla (Bonaquist, 2011).

El aumento de la temperatura de producción afecta directamente el contenido de vacíos de aire en la mezcla asfáltica. Un estudio de Oliveira et al. (2012):

Figure 3 - Contenido de vacíos de aire a diferentes temperaturas de mezclado para (a) mezclas WMA y HMA vírgenes y (b) mezclas con 50% WMA y 50% HMA; (adaptado de Oliveira et al., 2012).

El estudio muestra que reducir la temperatura de mezclado tiene poco efecto en las mezclas vírgenes, pero afecta de manera significativa a las mezclas con RAP. Con 50% de RAP, las temperaturas más bajas provocan un aumento en el contenido de vacíos de aire, lo que indica una peor compactación. Esto ocurre porque el ligante envejecido presente en el RAP requiere mayor energía térmica para movilizarse y mezclarse adecuadamente. Sin suficiente calor, el RAP se comporta como un “black rock” rígido, reduciendo el ligante efectivo y dificultando la compactación de la mezcla (Oliveira et al., 2012).