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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 %

Contenido de Betún Normal: 4.5 - 6 % Máximo: 3 - 7 %

Penetración del betún 10.10-1 - 80.10-1 mm a 25 ºC

Índice de penetración Cercano a cero

Punto de reblandecimiento > 65 - 70 ºC

Viscosidad absoluta del betún 4000 - 25000 poises a 60 ºC

Tabla 1. Propiedades más usuales del MBR

En la Tabla 2 se presentan los diferentes ensayos que se deben aplicar para la

caracterización del material fresado de pavimentos asfálticos.

Ensayos para caracterizar el material fresado

Ensayos para caracterizar los áridos del material fresado

Ensayos para caracterizar el ligante del material fresado

Análisis granulométrico aparente del material

disgregado (UNE-EN 933-1)

Índice de lajas (UNE-EN 933-3)

Recuperación del ligante de las mezclas bituminosas para su

caracterización (NLT-353)

Contenido de humedad (NLT-359)

Partículas trituradas (UNE-EN 933-5)

Penetración del material bituminoso recuperado

(NLT-124) Contenido de ligante en las

mezclas bituminosas (NLT-164)

Resistencia a la fragmentación (coeficiente de desgaste

Los Ángeles) (UNE-EN 1097-2)

Punto de reblandecimiento del material bituminoso

(NLT-125)

Análisis granulométrico de los áridos recuperados de las

mezclas bituminosas (UNE-EN 933-2)

Equivalente de arena (UNE-EN 933-8)

Índice de penetración (NLT-181)

Tabla 2. Ensayos para la caracterización del material fresado y sus componentes

No todo el MBR es adecuado para el reciclaje o para todas sus aplicaciones. Los

pavimentos que contienen caucho no son adecuados para el reciclado a altas temperaturas.

La calidad original de los áridos (por ejemplo partículas redondeadas), o su calidad después

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de estar en servicio (partículas pulimentadas), pueden limitar su uso en capas de rodadura,

pero podrían ser empleadas para capas inferiores.

En la gran mayoría de los casos, el reciclado se realiza con una parte de material

reciclado y el resto para llegar al 100% se compone de árido virgen de aportación.

Los áridos de aportación en las mezclas recicladas deben, en primer lugar, corregir la

granulometría del MBR hasta lograr encajar en el huso especificado para mezclas

convencionales del mismo tipo, y en segundo lugar incrementar la estabilidad de la mezcla

final. Los nuevos áridos usados en la mezcla reciclada deberán cumplir con los mismos

requerimientos que para las mezclas nuevas.

En la fabricación de la gran mayoría de las mezclas recicladas es necesario agregar

un porcentaje de ligante nuevo que nos ayude a recuperar las características perdidas por el

betún contenido en el material fresado y a cumplir con los contenidos de ligante total en

mezcla requeridos.

La cantidad y tipo de ligante nuevo a utilizar se determinará a partir del análisis del

contenido y características del betún aportado por el MBR. Los betunes de penetración

convencionales son los más usados en la fabricación de mezclas recicladas en planta en

caliente y deberán cumplir con los mismos requerimientos de calidad que para las mezclas

convencionales.

El ligante final será la suma del ligante envejecido y el ligante de aportación y deberá

tener unas características lo más próximas a un betún nuevo en cuanto a su composición, y

con una penetración que se ajuste a los valores especificados para el tipo de mezcla,

climatología y tráfico del proyecto del que se trate.

Para definir la cantidad y calidad de ligante de aportación necesario, algunos países

usan la siguiente fórmula con la que calculan la penetración de la mezcla de betún

envejecido con betún nuevo dependiendo de las proporciones y características de cada uno,

hasta lograr la penetración especificada:

5

100)lg()lg(10 PvVPlLPs ×+×

=

donde:

Ps = Penetración de la mezcla de ligantes (mm/10)

L = Proporción de ligante nuevo en la mezcla (% en peso)

Pl = Penetración del ligante nuevo (mm/10)

V = Proporción de ligante envejecido en mezcla (% en peso)

Pv = Penetración del ligante envejecido (mm/10)

Otros países definen la cantidad y calidad del betún de aportación basados en la

viscosidad final utilizando la siguiente expresión, hasta lograr la viscosidad requerida:

)3log()3log()3log()3log(

+−++−+

=RVTVr

donde:

r = La fracción del ligante total en la mezcla rejuvenecida por peso

R = Viscosidad del agente rejuvenecedor

T = Viscosidad requerida en el producto final

V = Viscosidad del betún extraído del MBR

Todas las viscosidades deberán ser a la misma temperatura (45 ó 60 ºC)

Si el contenido de MBR en la nueva mezcla es muy elevado (generalmente por encima

del 20%), o el ligante contenido en el MBR tiene una penetración muy baja, se suele aplicar

un agente rejuvenecedor que nos ayude a lograr la penetración y viscosidad adecuadas y

restaure las características químicas óptimas de durabilidad del betún del MBR.

Los agentes rejuvenecedores se pueden dividir en tres grupos principales: cementos

asfálticos muy blandos, aceites aromáticos y aceites parafinados, todos ellos derivados del

proceso de destilación del petróleo. En la norma ASTM D4552 se clasifican los diferentes

tipos de agentes rejuvenecedores.

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La mayoría de las administraciones utilizan una metodología de diseño y unos

requerimientos de calidad similares, tanto para las mezclas recicladas, como para las

mezclas convencionales.

En general, el diseño de las mezclas recicladas debe incluir, la determinación de las

propiedades del MBR y de los nuevos materiales que formarán parte de la mezcla, la

selección de una apropiada proporción de MBR y árido virgen para cumplir con la

granulometría especificada, la selección del tipo y contenido de ligante de aportación para

satisfacer los requerimientos de viscosidad y/o penetración, estudiar la posible necesidad de

agregar un agente rejuvenecedor para mejorar el betún contenido en el material fresado y

verificar que se cumpla con los requerimientos especificados para el tipo de capa en donde

se colocará la mezcla.

2. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE LAS MEZCLAS RECICLADAS EN CALIENTE

Como paso previo para poder llegar a establecer unos criterios de diseño y control de

fabricación de mezclas recicladas en caliente, el Laboratorio de Caminos del Departamento

de Infraestructura del Transporte y del Territorio de la Universidad Politécnica de Cataluña

ha llevado a cabo en estos últimos años un amplio estudio de caracterización de estas

mezclas, estudiando la influencia de su composición, y comparando su comportamiento con

el de las mezclas convencionales.

En este estudio se ha analizado, en primer lugar, el efecto del empleo del MBR en la

fabricación de una mezcla bituminosa en caliente, tipo S-12, al incorporar diferentes

porcentajes de MBR y distintos tipos y contenidos de ligante de aportación. Esta

caracterización se ha realizado tanto a partir de ensayos convencionales, normalmente

utilizados para el diseño y control de las mezclas, como el ensayo Marshall, como a partir de

ensayos más específicos como el de tracción indirecta o el de tracción directa para evaluar

la resistencia a la fisuración, o el método UCL para evaluar la calidad del mástico de la

mezcla reciclada.

En segundo lugar, se han comparado las características mecánicas de diferentes

mezclas recicladas en caliente frente a mezclas convencionales equivalentes. Se han

estudiado distintos tipos de mezclas habitualmente utilizadas en capas intermedias y de

base, tipos S-20, G-20 y G-25, incorporando en todos los casos el mismo porcentaje de

MBR, el 30%, por ser un valor comúnmente utilizado por las plantas adaptadas para el

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reciclado, y utilizando betunes de aportación de distinta penetración. Los resultados

obtenidos se han comparado con los valores conseguidos por las mismas mezclas

fabricadas a partir del 100% de árido nuevo y un betún B-60/70 comúnmente empleado para

estas mezclas.

2.1 Análisis del efecto del empleo de MBR en la fabricación de mezclas bituminosas en caliente

En esta primera fase del estudio se ha seleccionado una mezcla S-12, centrada en el

huso definido en la antigua OC 299/89 T del MOPU “Recomendaciones sobre mezclas

bituminosas en caliente”, fabricada a partir de un árido de aportación y diferentes contenidos

de MBR: 0, 50 y 100% (en éste último caso, fue necesaria la aportación de un 20% de árido

nuevo para ajustar la granulometría, es decir, las mezclas con un 100% de MBR en realidad

contienen sólo un 80%). Para conseguir una mayor homogeneidad en la dosificación del

MBR, se separó en fracciones finas y gruesas, agregándolo a la mezcla en las proporciones

correspondientes para llegar a la granulometría fijada. El porcentaje de betún contenido en

el MBR fue del 4.27%, con las características que se recogen en la Tabla 3.

Betún recuperado del MBR Penetración

a 25ºC (dmm)

Temperatura Anillo y Bola

(ºC)

Índice de penetración

Punto de fragilidad Fraass

(ºC)

Contenido de asfaltenos

(%) 7 79 0.35 7 44

Tabla 3. Características del betún existente en el MBR

Se ha utilizado un betún blando, B-150/200, variando el porcentaje incorporado en

base al contenido de MBR: 1, 2 y 3% al utilizar del 100% de MBR, 2, 3 y 4% al utilizar el

50% y 3, 4 y 5% para el 0% de MBR (mezcla convencional de referencia).

En este caso, la caracterización inicial se ha realizado a partir de dos ensayos

normalizados: el ensayo Marshall, NLT-159/86, habitualmente utilizado para la dosificación

de mezclas convencionales, y el ensayo a tracción indirecta, NLT-346/90.

En la Figura 1 se muestran los valores de las estabilidades medias Marshall a medida

que varía el contenido de betún y el porcentaje de MBR agregado. Puede observarse que la

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estabilidad aumenta al aumentar el contenido de MBR, debido a la rigidez aportada por el

ligante envejecido, y disminuye sensiblemente a medida que aumenta el contenido de

ligante. Por su parte, la deformación Marshall aumenta con el contenido de MBR y con el

contenido de betún añadido, Figura 2.

Estabilidad Marshall

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Betún añadido (%)

Esta

bilid

ad (k

g)

100% MBR

50% MBR

0% MBR

Figura 1. Estabilidad Marshall

Deformación Marshall

0

1

2

3

4

5

6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Betún añadido (%)

Def

orm

ació

n (m

m)

100% MBR

50% MBR

0% MBR

Figura 2. Deformación Marshall

9

A partir de estos resultados, puede observarse que, en general, incluso las mezclas

con contenidos de MBR más elevados, presentan unos valores de estabilidad y deformación

Marshall que cumplen las especificaciones establecidas para las mezclas convencionales, y

que, además, cuanto mayor es el contenido de material envejecido y menor es la cantidad

de betún nuevo añadido, mejor es la calidad de las mezclas, lo que parece estar en contra

de la experiencia, ya que para esos contenidos de MBR y ligante añadido tendríamos una

mezcla muy rígida y frágil y con problemas de adhesividad.

Por tanto, estos parámetros, por si solos, no parecen ser suficientes para seleccionar

un contenido óptimo de MBR ni de betún a añadir. Por ello, se ha considerado otro

parámetro como es su resistencia a tracción indirecta, obtenida a partir de un ensayo de

compresión diametral sobre probetas Marshall.

En la Figura 3 se representan los valores medios de resistencia a tracción indirecta, a

5 ºC, obtenidos al ensayar cada una de las diferentes series al variar el contenido de MBR y

el contenido de betún añadido.

Resistencia a Tracción Indirecta

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Betún añadido (%)

Res

iste

ncia

a T

racc

ión

Indi

rect

a (M

Pa)

100% MBR

50% MBR

0% MBR

Figura 3. Resistencia a tracción indirecta, a 5 ºC

10

La resistencia a tracción indirecta aumenta con el contenido de MBR, debido a la

contribución del ligante envejecido. Por su parte, la deformación en rotura aumenta con el

contenido de ligante, pero disminuye con el contenido de MBR, comportamiento que parece

más lógico que el obtenido con el Marshall, ya que las mezclas con altos porcentajes de

MBR son más rígidas pero más frágiles, dada la baja penetración del ligante envejecido.

Aunque las curvas de resistencia a tracción indirecta parecen insinuar un máximo, que

podría representar un contenido óptimo de betún para cada uno de los porcentajes de MBR

ensayados, el escaso número de puntos de cada curva hace necesario comprobar esta

tendencia con nuevos ensayos.

Por otra parte, se ha fabricado una mezcla S-12 a partir de un 0, 40, 60 y 100% de

MBR, incorporando en cada caso la cantidad de betún necesaria para que la mezcla

reciclada tuviera un contenido de betún total del 4.5%, utilizando dos betunes de penetración

B-60/70 y B-150/200.

En la Figura 4 se representa la resistencia media a tracción indirecta, a 5 ºC, obtenida

tanto en seco como tras inmersión en agua a 60 ºC durante 24 horas, para los dos tipos de

betunes utilizados.

Resistencia a Tracción Indirecta, a 5ºCMezcla S-12

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Material Bituminoso a Reciclar (%)

Res

iste

ncia

a tr

acci

ón in

dire

cta

(MPa

)

B-60/70 Seco

B-60/70 Húmedo

B-150/200 Seco

B-150/200 Húmedo

Figura 4. Resistencia a tracción indirecta, a 5 ºC, en seco y tras inmersión

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Esta figura pone de manifiesto dos hechos muy importantes. En primer lugar, el

incremento inicial de la resistencia a tracción de la mezcla con el contenido de MBR, pero

como esta cohesión disminuye cuando el porcentaje de MBR es muy alto y el porcentaje de

betún añadido es muy bajo; es decir, las mezclas con elevados contenidos de MBR tienen

menor cohesión. El segundo hecho a destacar es la fuerte pérdida de resistencia en húmedo

con el contenido de MBR, lo que muestra la baja adhesividad de estas mezclas con

contenidos altos de MBR y bajos contenidos de betún nuevo de aportación.

Con objeto de poner aún más de manifiesto la diferencia de comportamiento entre una

mezcla envejecida y otra nueva, y evaluar el efecto de la incorporación del MBR en el

proceso de reciclado, se ha utilizado un nuevo ensayo a tracción directa, ensayo BTD

(ensayo Barcelona de Tracción Directa), desarrollado en el Laboratorio de Caminos de la

Universidad Politécnica de Cataluña, que permite evaluar la tenacidad y la deformabilidad y

energía de rotura a tracción de las mezclas, propiedades especialmente críticas en las

mezclas envejecidas.

El ensayo consiste en someter una probeta cilíndrica, en cuya base se ha creado una

entalladura, a un esfuerzo de tracción paralelo a su base y perpendicular a la entalladura.

Durante el ensayo, realizado a velocidad de desplazamiento constante, se va produciendo la

apertura de la entalladura, lo que provoca la fisuración de la probeta, registrándose el

esfuerzo de tracción aplicado y la apertura de la entalladura.

En la Figura 5 se han representado las curvas obtenidas con el ensayo BTD, a 20 ºC,

para la mezcla S-12 al incorporar el 40, 60 y 100% de MBR, utilizando un betún B-150/200,

y para la misma mezcla fabricada a partir de áridos nuevos y un betún B-60/70 (mezcla de

referencia), todas ellas con un 4.5% de ligante sobre áridos. Los resultados ponen

claramente de manifiesto que la mezcla reciclada con un 40% de MBR, un 2.8% de betún

B-150/200 y un 57.2% de árido de aportación presenta unas características similares a las

de una mezcla convencional fabricada con un 4.5% de betún B-60/70, tanto en cuanto a

resistencia a fisuración (carga pico) como a tenacidad (comportamiento post-rotura). Este

último parámetro -tenacidad- disminuye sensiblemente al aumentar el porcentaje de MBR

añadido en la mezcla.

12

Resistencia a Tracción Directa. Ensayo BTD Mezcla S-12

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Deformación (mm)

Res

iste

ncia

a T

racc

ión

Dire

cta

(MPa

) 100% de MBR

60% de MBR y 2% de B-150/200

40% de MBR y 2.8% de B-150/200

0% de MBR y 4.5% de B-60/70

Figura 5. Efecto del MBR en la tenacidad de la mezcla. Ensayo BTD

Finalmente, se ha determinado la influencia del contenido de MBR en la calidad del

mástico. Para ello, se ha aplicado el método UCL (método Universal de Caracterización de

Ligantes), desarrollado también en el Laboratorio de Caminos de la Universidad Politécnica

de Cataluña, con objeto de valorar la cohesión que el mástico proporciona a la mezcla y su

variación por efecto de la temperatura: a bajas temperaturas la cohesión proporcionada por

el mástico es frágil y la mezcla pierde su tenacidad siendo fácilmente disgregable, y a altas

temperaturas la cohesión se debilita y la mezcla pierde su estabilidad, deformándose o

deshaciéndose. Esta cohesión se valora a partir de la resistencia a la abrasión de una

mezcla patrón, de granulometría y composición definidas, mediante el ensayo cántabro,

variando la temperatura de ensayo de las probetas, obteniendo así de forma continua la

variación de la cohesión, curva de estado.

Los másticos ensayados presentan siempre una relación fíller/betún constante de 1.5,

compuestos en un caso a partir de un fíller y betún nuevos, B-60/70, y en el resto de los

casos a partir del mástico procedente del MBR y del nuevo betún añadido, B-150/200. El

contenido de betún total en mezcla fue siempre del 3.5%. Se fabricaron probetas Marshall

que fueron ensayadas al cántabro a -20, -5, 10, 25, 40 y 60 ºC.

13

Al representar las curvas de estado obtenidas, Figura 6, se observa que el mástico

con el porcentaje de MBR más elevado presenta, en todo el rango de temperaturas

ensayado, valores de pérdidas más elevados que el mástico de referencia, esto es, su curva

de estado está siempre por encima de la curva de referencia, poniendo de manifiesto una

mayor fragilidad y una menor cohesión cuanto mayor es el contenido de MBR. En cambio,

los másticos con un 30 - 60% de MBR presentan las mismas pérdidas que el de referencia.

Método UCLCurvas de estado

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Temperatura (ºC)

Pérd

idas

al C

ánta

bro

(%)

0% MBR B-60/70

30% MBR B-150/200

60% MBR B-150/200

100% MBR B-150/200

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.

14

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.

15

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

16

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

17

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

18

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

19

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

de materiales.

Mezcla MBR (%) Betún Densidad

(g/cm3) Ley de Fatiga ε6 Módulo

Dinámico (MPa)

30 150/200 2.450 Logε = 3,18 - 0,171 logN 143 6333 G-20

0 60/70 2.453 Logε = 3,43 - 0,209 logN 150 4272

30 150/200 2.464 Logε = 3,67 - 0,258 logN 132 5277 S-20

0 60/70 2.476 Logε = 3,54 - 0,217 logN 173 4415

Tabla 4. Ensayo a fatiga a flexotracción

20

LEY DE FATIGA MEZCLA G-20 (4% BETÚN)

log E = 3,43 - 0,209 . log NR2 = 0,9095

log E = 3,18 - 0,171 . log NR2 = 0.8047

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

100 1000 10000 100000 1000000 10000000

Nº DE CICLOS

DEF

OR

MA

CIÓ

N U

NIT

AR

IA

B-60/70 REFERENCIA

B-150/200 30% MBR

Figura 13. Leyes de fatiga de las mezclas G-20 reciclada y convencional

LEY DE FATIGA MEZCLA S-20 (4.5% BETÚN)

logE = 3,54 - 0,217 logNR2=0,8160

logE = 3,67 - 0,258 logNR2 = 0.9245

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

100 1000 10000 100000 1000000 10000000

Nº DE CICLOS

DEF

OR

MA

CIÓ

N U

NIT

AR

IA

B-60/70 REFERENCIA

B-150/200 30% MBR

Figura 14. Leyes de fatiga de las mezclas S-20 reciclada y convencional

21

3. CRITERIOS DE PROYECTO Y CONTROL DE LAS MEZCLAS RECICLADAS EN CALIENTE

Desde el año 2002, el artículo 22 “Reciclado en central en caliente de capas

bituminosas” del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Conservación

de Carreteras (PG-4), recogido en la OC 8/2001 del Ministerio de Fomento sobre Reciclado

de Firmes, recoge las especificaciones para el proyecto y control de las mezclas recicladas,

entendiendo por mezcla reciclada aquella que contiene una proporción en masa del material

bituminoso a reciclar (MBR) comprendida entre el 10 y el 50% de la masa total de mezcla.

Los puntos más relevantes son los siguientes:

Tipo y composición de la mezcla

No se emplearán mezclas bituminosas recicladas en caliente para la fabricación de

mezclas de alto módulo con características asociadas de mayor capacidad estructural

respecto a mezclas densas, semidensas o gruesas.

La dotación total de ligante (el de aportación más el procedente del MBR) no será

inferior al 4% en capas intermedias y al 3.5% en capas de base, expresado en proporción en

masa sobre el total de los áridos en seco, incluidas las tolerancias. La dotación de ligante de

aportación será como mínimo del 60% de la dotación total del ligante.

La razón entre la estabilidad Marshall y la deformación Marshall será inferior a 8

kN/mm.

Control de calidad

Se cumplirán las especificaciones del artículo 542 del Pliego de Prescripciones

Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3) del Ministerio de Fomento,

y las siguientes prescripciones adicionales.

La resistencia a tracción indirecta de la mezcla ejecutada se determinará según la

NLT-346, a la temperatura de 5 ºC, empleando los dispositivos de carga (barras) recogidos

en el apartado 2.2 de la norma NLT-360 para la determinación del módulo resiliente,

realizando el ensayo tanto en seco, directamente sobre los testigos extraídos, como en

22

húmedo, sobre testigos que han permanecido sumergidos en agua a la temperatura de 60

ºC durante 24 horas.

La resistencia media a tracción indirecta de los testigos, en seco y en húmedo, variará

en función del tipo de mezcla, debiendo cumplir los valores indicados en la Tabla 5.

Tabla 5. Resistencia mínima a tracción indirecta de los testigos (OC 8/2001)

No más del 20% de los valores individuales de la muestra deben ser inferiores a los

valores prescritos en la tabla anterior para los casos de penalización. Además, la resistencia

media de los testigos en húmedo deberá ser siempre superior al 75% de la resistencia en

seco. En caso de no cumplirse los requisitos anteriores el Pliego establece la forma de

proceder y las penalizaciones pertinentes.

4. FABRICACIÓN Y PUESTA EN OBRA DE LAS MEZCLAS RECICLADAS

El artículo 22 sobre el reciclado en central en caliente de capas bituminosas especifica

que las centrales de fabricación deberán ser capaces de adicionar durante el proceso de

mezcla en caliente el MBR sin deterioro de los materiales, atendiendo en todo caso a lo

dispuesto en la legislación vigente en materia ambiental.

En las centrales de fabricación continua, con tambor secador-mezclador, los

dispositivos añadidos para el reciclado suponen unos cambios mínimos. La central deberá

disponer de un dispositivo (anillo intermedio con boca de entrada) que permita la

incorporación del MBR tras la llama, de forma que no exista riesgo de contacto con ella. Los

áridos suelen actuar como pantalla y la mezcla antigua se calienta por transferencia de calor

de éstos.

ACEPTACIÓN PENALIZACIÓN TIPO DE MEZCLA Seco (MPa)

Húmedo (MPa)

Seco (MPa)

Húmedo (MPa)

Densa (D) y Semidensa (S) 2.5 1.9 2.1 1.6

Gruesa (G) 2.0 1.5 1.6 1.2

23

Se emplearán preferentemente aquellas centrales en las que el flujo de áridos vaya en

contra del tiro de humo o las que tengan doble tambor. Si el flujo de áridos coincide con el

tiro de humo, no se emplearán si las cantidades de MBR superan el 25%.

Las centrales discontinuas deberán estar provistas de un tambor secador

independiente para el MBR, así como de silos para almacenar en caliente el MBR y un

sistema de dosificación ponderal del MBR. En cualquier caso, los gases producidos en el

calentamiento del MBR deberán ser quemados durante el proceso, debiendo evitarse en

todo momento su emisión a la atmósfera.

Para la puesta en obra de estas mezclas se utilizarán los procedimientos y equipos

convencionales, debiéndose cumplir las especificaciones del artículo 542 del PG-3 para

mezclas bituminosas en caliente.

Con objeto de evaluar las características realmente obtenidas con las mezclas

recicladas y comprobar si se cumplían las especificaciones establecidas en el Pliego, se han

analizado las propiedades de una mezcla, tipo G-20, fabricada en una planta discontinua de

doble tambor, con un 30% de MBR y un betún B-150/200, que fue utilizada como capa de

base durante la ejecución de un firme de nueva construcción, a partir del ensayo tanto de

probetas fabricadas en la misma planta, como de testigos extraídos tras la ejecución de la

capa,

A partir de la composición y características Marshall determinadas por la empresa

constructora durante el proceso de fabricación de la mezcla, Tabla 6, puede comprobarse

que la rigidez Marshall de esta mezcla es de 5.9 kN/mm, inferior al valor máximo

especificado, 8 kN/mm.

Pasa (%) Betún (%)

25 20 12.5 10 5 2.5 0.63 0.32 0.16 0.08 Teór. Extr.

Dens. (g/cm3)

Estab (kg)

Def (mm)

Hmez (%)

Harid (%)

100 89 66 59 40 27 13 9 7 5.1 4.00 4.09 2.35 1760 3.0 6.4 15.5

Tabla 6. Composición y características Marshall. Mezcla G-20 con un 30% de MBR. Betún B-150/200

24

En segundo lugar, se ha determinado la resistencia a tracción indirecta y el módulo

dinámico de la mezcla, a partir tanto de probetas fabricadas en la propia planta como de

testigos extraídos para su control tras la ejecución de la capa.

El módulo resiliente se ha obtenido a partir de un ensayo dinámico de compresión

diametral, realizado a 5 y 20 ºC y a una frecuencia de carga de 0.5 Hz, de acuerdo con la

norma NLT-360. El ensayo permite obtener dos módulos, el módulo resiliente instantáneo,

correspondiente al instante en que finaliza la aplicación del pulso de carga, y el módulo

resiliente total, correspondiente al final del periodo de reposo que sigue al pulso de carga,

Tabla 7. Posteriormente las probetas y testigos fueron ensayados a tracción indirecta, tanto

en seco como tras inmersión, a 5 ºC, Tabla 8.

Módulo Resiliente Probetas (MPa)

Módulo Resiliente Testigos (MPa) Temperatura

(ºC) Instantáneo Total Instantáneo Total

5 13415 11850 10564 8804

20 9645 6942 6663 4726

Tabla 7. Módulo resiliente sobre probetas y testigos

Resistencia a tracción indirecta Probetas

Resistencia a Tracción Indirecta Testigos

Seco (MPa)

Húmedo (MPa)

Conservada (%)

Seco (MPa)

Húmedo (MPa)

Conservada (%)

2.53 2.03 80 2.72 2.35 87

Tabla 8. Resistencia a tracción indirecta sobre probetas y testigos, a 5 ªC.

Los módulos resilientes totales obtenidos sobre probetas son algo superiores a los

valores teóricos que suelen considerarse para una mezcla convencional, mientras que los

obtenidos sobre testigos, que suelen ser siempre algo menores a los medidos sobre las

probetas fabricadas en laboratorio, tal como ocurre en este caso, son del mismo orden que

los de una mezcla convencional de este mismo tipo, 4726 y 8804 MPa, a 20 y 5 ºC

respectivamente.

En la Figura 15 se ha representado la relación entre la densidad y el módulo resiliente

total, a 5 y 20 ºC, obtenida a partir de los resultados individuales de cada uno de los testigos

25

ensayados. Aún con las dispersiones propias del ensayo, las rectas de regresión ponen de

manifiesto que los módulos son mayores cuanto mayor es la densidad alcanzada.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

2.250 2.275 2.300 2.325 2.350 2.375 2.400

DENSIDAD (g/cm3)

MO

DU

LO R

ESIL

IEN

TE T

OTA

L (M

Pa)

5 ºC

20 ºC

Figura 15. Relación Densidad-Módulo Resiliente Total obtenida sobre testigos

La resistencia a tracción indirecta de la mezcla reciclada, obtenida en seco tanto sobre

probetas como sobre testigos, supera los 2.0 MPa especificados, tabla 4. Por su parte, los

valores de resistencia tras inmersión son también elevados, superando el valor exigido de

1.5 MPa. Las resistencias conservadas son del 80% en probetas y del 87% en testigos.

Las tendencias entre la densidad y resistencia a tracción indirecta, obtenidas a partir

de los resultados individuales de cada una de las probetas y de cada uno de los testigos

ensayados, Figuras 16 y 17, ponen de nuevo de manifiesto la importancia de conseguir una

elevada compacidad en la mezcla para obtener una buena resistencia.

26

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

2.250 2.275 2.300 2.325 2.350 2.375 2.400

DENSIDAD (g/cm3)

RES

ISTE

NC

IA A

TR

AC

CIO

N IN

DIR

ECTA

(MPa

)

VIA SECAVIA HUMEDA

Figura 16. Ensayo de tracción indirecta sobre probetas

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

2.250 2.275 2.300 2.325 2.350 2.375 2.400DENSIDAD (g/cm3)

RES

ISTE

NC

IA A

TR

AC

CIO

N IN

DIR

ECTA

(MPa

)

1ªCAPA BASE-SECA

1ªCAPA BASE-HUM

2ªCAPA BASE-SECA2ªCAPA BASE-HUM

Figura 17. Ensayo de tracción indirecta sobre testigos

27

Así pues, los estudios realizados en laboratorio, así como la construcción de tramos

experimentales con mezclas recicladas en caliente, han puesto de manifiesto que las

características mecánicas de las mezclas recicladas, fabricadas a partir de un 30% de MBR

y betunes blandos (B-80/100 ó B-150/200), son similares a las de las mezclas

convencionales fabricadas a partir de materiales nuevos, cumpliendo tanto las

especificaciones para éstas, como las nuevas especificaciones establecidas en al artículo 22

Reciclado en central en caliente de capas bituminosas del PG-4, recogido en la OC 8/2001

sobre Reciclado de Firmes.

BIBLIOGRAFÍA

American Society for Testing and Materials (1993). ASTM D4887-93 Standard Test Method

for Preparation of Viscosity Blends for Hot-Recycled Bituminous Materials, Annual Book of

ASTM Standards, Vol. 04.03.

Asphalt Institute (1993). Mix Design Methods for Asphalt Concrete and Other Hot-Mix Types.

Asphalt Institute, Manual Series No. 3.

Austroads Incorporated (1997). Asphalt Recycling Guide. Austroads y Australian Asphalt

Pavement Asociation.

CEN (2001). Bituminous mixtures – Material Specification, Part 8: Reclaimed Asphalt.

Comité Européen de Normalisation.

Highway Research Center, User guidelines for waste and byproduct materials in pavement

construccion. Federal Highway Administration.

Kandhal, Prithvi S., Rao, Shridhar, Watson, Donald y Young, Brad (1995). Performance of

recycled Hot-Mix Asphalt Mixtures. National Center for Asphalt Tecnology.

MOPU (1989). Recomendaciones sobre mezclas bituminosas en caliente. Dirección General

de Carreteras, Circular No. 299/89 T.

28

MINISTERIO DE FOMENTO (2002). Reciclado de firmes. Dirección General de Carreteras,

Orden Circular 8/2001.

Miró, R. (2001). Características mecánicas de las mezclas recicladas en caliente. Jornadas

sobre Mezclas Bituminosas Recicladas en Caliente. AEC.

Páez, A., Moreno, E. y Bardesi, A. (2000). Diseño en laboratorio de reciclados en caliente

con rejuvenecedores. Repsol YPF.

Reyes Rodríguez, C. A. y Pérez Jiménez, F. (1999). Análisis del empleo de material fresado

de pavimentos en la fabricación de mezclas bituminosas en caliente. Tesina de postgrado

ETSECCPB-UPC.