ES2289802T3 - Revestimiento bituminoso a base de materiales de carreteras de reciclaje triturados, su uso en la industria viaria. - Google Patents
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Abstract
ESTA ENVOLTURA BITUMINOSA COMPRENDE UNA CANTIDAD DE FRESADOS COMPRENDIDA ENTRE EL 1 Y EL 70% DEL PESO TOTAL DEL MATERIAL MINERAL INCORPORADO, MEZCLADO CON UN AGLUTINANTE BITUMINOSO DE GRADO DURO, Y TIENE TAMBIEN UN MODULO DE RIGIDEZ E*, MEDIDO A 15 GRADOS C Y A 10 HZ, COMPRENDIDO ENTRE 9.10 3 Y 15.10 3 MPA.
Description
Revestimiento bituminoso a base de materiales de
carreteras de reciclaje triturados, su suso en la industria
viaria.
La presente invención se refiere al reciclado de
materiales de calzadas tales como los de los revestimientos de
calzada envejecidos, constituidos por granulados recubiertos de un
ligante bituminoso, que se presentan en forma de productos fresados
bituminosos, y reutilizados como revestimientos bituminosos en la
industria viaria.
Usualmente, las calzadas bituminosas son
estructuras compuestas constituidas por granulados recubiertos de
un ligante bituminoso, en un espesor de algunos centímetros. Sin
embargo, al cabo de un cierto tiempo, estos revestimientos
experimentan un envejecimiento debido a la carga generada por el
tráfico y a las condiciones climáticas, lo cual provoca un
endurecimiento del ligante, la aparición de fisuras y/o el fenómeno
de la formación de rodadas.
Por consiguiente, hay que prever un tratamiento
de la calzada para remediar estas degradaciones.
Para ello, se han puesto en práctica diferentes
procedimientos de reciclaje, mediante el uso principalmente de
técnicas que consisten en fresar el revestimiento existente con una
máquina, para obtener un material denominado "fresado", el
cual es mezclado luego con un ligante bituminoso de regeneración,
según un procedimiento en frío o en caliente.
El reciclado tradicional de los materiales de
calzada, que ha sido objeto de numerosos trabajos desde hace varios
años, recurre a una amplia gama de técnicas adaptadas
particularmente a los revestimientos bituminosos. Dichos diversos
procedimientos, desarrollados por las empresas viarias y hoy en día
muy controlados, utilizan equipos específicos para el reciclado en
una central o directamente in situ y, para los materiales
bituminosos, el principio utilizado reside en la noción de
regeneración del betún presente en la capa que se debe tratar de
nuevo, y en la corrección de la curva granulométrica mediante aporte
de granulados nuevos y eventualmente de finos.
Al nivel del ligante bituminoso, el objetivo
consiste en regenerar el antiguo betún, cuyo endurecimiento proviene
de la volatilización de sus partes más ligeras, corrigiendo su
constitución química mediante un ligante adaptado, para obtener un
ligante final que tenga las características de un betún clásico.
Para ello, las sociedades petroleras han puesto en el mercado
ligantes de reciclado, que tienen un carácter aromático y contenidos
bajos en asfaltenos.
Estos procedimientos recurren a técnicas en
caliente o en frío.
Tal procedimiento de regeneración en frío está
descrito en particular en la patente europea EP 0 286 531, que
enseña la utilización de un ligante de regeneración constituido por
un betún con penetrabilidad elevada y con un fuerte contenido en
compuestos aromáticos, conteniendo dicho ligante aproximadamente un
10% en solvente esencialmente aromático, cuyas características y
tenor de puesta en práctica son determinadas en función de las
características del revestimiento envejecido, en particular de la
naturaleza de los granulados así como de la proporción y de las
características del ligante inicial.
Además, es conocido, a través de la solicitud de
patente europea EP 0 810 276, utilizar un procedimiento de
reciclado de betún que consiste en desintegrar el asfalto envejecido
en partículas inferiores a 5 mm, en separar estas partículas en al
menos dos fracciones y en calentarlas separadamente, antes de
mezclarlas con betún nuevo, por ejemplo en forma de emulsión.
Unos desarrollos más recientes han intentado
resolver parcialmente estos problemas, utilizando tratamientos
in situ en frío de los fresados, bien sea con cemento, o
asociando cemento y emulsión de betún, sin obtener por ello para
algunos, unos módulos de rigidez importantes.
Es el caso, en particular, de la solicitud de
patente alemana DE 3 729 507, relativa a un procedimiento de
reciclado de betún de carretera, mediante una mezcla de granulados
obtenidos por desintegración de la capa de superficie con una
emulsión acuosa de betún en la cual está incorporado entre un 1 y un
5% en peso de un ligante hidráulico tal como cemento, a fin de
mejorar la resistencia mecánica del material.
No obstante, estos procedimientos no permiten
liberarse de la restricción técnica principal, que es la necesidad
de disponer de fresados homogéneos, tanto desde el punto de vista
granulométrico y composición, como en lo que se refiere a las
características de los ligantes envejecidos, cuya regeneración debe
ser obtenida por una mezcla con un ligante nuevo.
Ahora bien, ello constituye una desventaja
importante para la gestión de la recogida, de la selección y del
almacenamiento de los materiales por reciclar, que reduce
sensiblemente el interés económico de estos procedimientos clásicos
de reciclado y ha limitado el desarrollo del reciclado en
Francia.
La solicitud FR 2 589 853 describe la
preparación de revestimientos en caliente a partir de materiales de
reciclado de materiales de calzada, de granulados nuevos y de
betunes de baja dureza, que tienen penetrabilidades superiores a 60
décimas de milímetros. El material de reciclado es puesto en forma
de arena de filler al precio de una trituración forzada, poco
interesante económicamente.
La invención quiere proponer un procedimiento
que permita superar los inconvenientes precitados.
De manera sorprendente, según la presente
invención, se ha propuesto abandonar la noción de regeneración del
betún envejecido contenido en los fresados, y considerar estos
últimos como simples granulados a estabilizar mediante una mezcla
con un ligante bituminoso de grado duro.
Para ello, la presente invención tiene por
primer objetivo un revestimiento bituminoso a base de fresados de
reciclado de materiales de calzada, caracterizado porque comprende
en una mezcla, un material mineral constituido por granulados
nuevos y fresados de reciclado de materiales de calzadas, teniendo
los granulados una granulometría de 0/10 ó 0/14, ó un 98% de las
partículas pasan a través de un tamiz de malla de 10 ó 14 mm,
estando comprendida la cantidad de fresados entre un 1 y un 70% del
peso total de material mineral incorporado, y un ligante bituminoso
de grado duro que tiene una penetrabilidad a 25ºC comprendida entre
10 y 30 décimas de mm, y porque presenta un módulo de rigidez E*,
medido a 15ºC y a 10 Hz, comprendido entre 9.10^{3} y 15.10^{3}
MPa.
Estos valores sitúan el nivel de prestación de
dicho revestimiento por encima del de una
grava-betún (abreviado, GB), tal como está definida
por la norma NF P 98-138 (E* \geq 9.10^{3} MPa)
y sensiblemente a un nivel próximo al de un revestimiento de módulo
elevado (abreviado, EME), tal como está definido según la norma NF P
98-140 (E* \geq 14.10^{3} MPa).
Según un modo de realización ventajoso, el
revestimiento contiene aproximadamente un 70% en peso de fresados,
con respecto al peso total de material mineral.
El ligante bituminoso de grado duro tiene una
penetrabilidad a 25ºC comprendida entre 10 y 30 décimas de mm, y el
contenido en ligante bituminoso de grado duro está comprendido
preferiblemente entre un 2,5 y un 6% en peso, con respecto al peso
total del material mineral incorporado.
Además, este revestimiento presenta una
profundidad de rodada inferior a 5 mm después de 30.000 ciclos y a
60ºC (ensayo según la norma NF P
98-253-1) y una compacidad PCG
después de 100 rotaciones superiores a un 95% (ensayo de
compactación en la prensa de cizallamiento giratorio PCG, según la
norma NF P 98-252), así como un comportamiento a la
fatiga en flexión alterna a 10ºC y 25 Hz, que se traducen por un
valor de deformación relativa \varepsilon_{6} superior o igual
a 110.10^{-6} (ensayo según la norma NF P
98-261-1).
Un segundo objetivo de la invención se refiere a
un procedimiento de reciclado de material de calzada en forma de
fresados bituminosos como revestimientos bituminosos en la industria
viaria, que presentan un módulo de rigidez E*, medido a 15ºC y a 10
Hz, comprendido entre 9.10^{3} y 15.10^{3} MPa, que comprende la
mezcla de un material mineral constituido por granulados nuevos y
fresados de reciclado de materiales de calzadas, teniendo los
fresados una granulometría de 0/10 ó 0/14, en el cual un 98% de las
partículas pasan a través de un tamiz de malla de 10 ó 14 mm,
estando comprendida la cantidad de fresados entre un 1 y un 70% del
peso total de material mineral incorporado, y de
un ligante bituminoso de grado duro que tiene una penetrabilidad a 25ºC comprendida entre 10 y 30 décimas de mm.
un ligante bituminoso de grado duro que tiene una penetrabilidad a 25ºC comprendida entre 10 y 30 décimas de mm.
El procedimiento según la invención permite la
obtención de una matriz de comportamiento
visco-elástico, debido al revestimiento de los
fresados con un betún duro, asegurando así la cohesión del nuevo
material obtenido, sin que haya regeneración del ligante
envejecido.
Una ventaja importante del procedimiento según
la invención es por consiguiente el poder reciclar tipos de
fresados no homogéneos, de procedencias diversas, sin necesidad de
seleccionarlos previamente.
De manera ventajosa, el contenido en ligante
bituminoso de grado duro está comprendido entre un 2,5 y un 6% en
peso, con respecto al peso total de material mineral. Más
particularmente, el contenido en ligante bituminoso de grado duro
puede ser de un 3,5% en peso.
Según una característica ventajosa de la
invención, el contenido global en ligante está comprendido entre un
5 y un 10% en peso con respecto al peso total de material
mineral.
El procedimiento de la invención incluye una
etapa previa de trituración y cribado de los fresados, para obtener
una granulometría de 0/10 ó 0/14 (un 98% de las partículas pasan a
través del tamiz de malla de 10 ó 14 mm), y una etapa de aporte de
granulados nuevos con una tasa mínima de 30% en peso del total de
material mineral, para elaborar una curva granulométrica del tipo
de un revestimiento de módulo elevado (EME), tal como está definido
por la norma NF P 98-140.
Además, la etapa de revestimiento se realiza a
una temperatura de al menos 180ºC, con un tiempo de mezcla superior
de aproximadamente un 30% al de un revestimiento clásico.
Preferiblemente, los fresados bituminosos tienen
un contenido en ligante envejecido de al menos un 3% en peso, con
respecto a los granulados.
Otro objetivo de la invención se refiere al uso
del revestimiento bituminoso descrito arriba, en la industria
viaria, para la producción de capas de asientos de calzadas o de
capas ligantes.
Los ensayos referidos a continuación, que no
tienen carácter limitativo, han sido efectuados en un laboratorio
sobre mezclas de fresados, de granulados nuevos y de betún duro,
según la vía del revestimiento en caliente, y sobre su evaluación
mecánica en comparación con un revestimiento de módulo elevado EME
clásico, así como en una grava-betún, y están
destinadas a ilustrar la puesta en práctica de la invención y las
ventajas de esta última.
Los fresados bituminosos utilizados para los
ensayos efectuados tienen una granulometría de 0/14 (un 98% de
partículas pasan a través de un tamiz de malla de 14 mm) y un
contenido en ligante, teniendo una penetrabilidad a 25ºC de 20 1/10
mm, de un 4,1% en peso.
Para obtener un material bituminoso compatible
con una utilización viaria, es decir, resistente a la deformación
de la calzada, a la fatiga mecánica y a los ciclos térmicos, se
escogió la composición ponderal siguiente:
| - fresados | 70% |
| - granulados: 0/10, tipo Meilleraie | 30% |
| - ligante: betún Viatotal | 10/20 |
(producido por TOTAL; penetrabilidad a 25ºC,
entre 10 y 20 1/10 mm) 3,5 ppc (parte por ciento en peso)
La mezcla se realiza en una amasadora a una
temperatura de 180ºC, después de calentar los fresados a dicha
temperatura.
Un primer ensayo de compactado con una prensa de
cizallamiento giratorio (PGC), efectuada según la norma NF P
98-252, dio una tasa de compacidad de 98,5% después
de 100 rotaciones, mientras que para un revestimiento de módulo
elevado (EME) de clase 2, tal como está definido según la norma NF P
98-140, esta tasa debe ser superior o igual a un
94%, y que, para una grava-betún (GB) de clase 3,
tal como está definida por la norma NF P 98-138 y
de una granulometría de 0/14, la tasa debe ser superior o igual a un
90%. Este resultado ilustra una buena capacidad de resistencia a la
fatiga del revestimiento según la invención.
Un ensayo de formación de rodadas, según la
norma NF P 98-253-1, realizado a
60ºC y después de 30.000 ciclos, da un valor de rodada media de un
0,9% con respecto al grosor de la probeta (10 cm), es decir, 0,9 mm,
mientras que este valor debe ser inferior o igual a un 8% para un
revestimiento de módulo elevado (EME) y se sitúa en general entre
un 4 y un 5%, y ser inferior o igual a un 10% para una
grava-betún (GB). Ello demuestra un buen
comportamiento en caliente del revestimiento según la invención.
Se efectuó una evaluación comparativa de las
prestaciones mecánicas con un revestimiento de módulo elevado
clásico (EME), así como con una grava-betún (GB),
realizando:
- -
- ensayos de resistencia a la compresión y a la tracción indirecta, según la teoría de Mohr-Coulomb,
- -
- ensayos de medición del módulo de rigidez, según el método interno TOTAL 762/95,
- -
- ensayos de determinación de la resistencia a la fatiga, según la norma NF P 98-261-1.
A partir de los círculos de compresión y de
tracción y de la forma de su envoltura, la teoría de
Mohr-Coulomb aplicada a los materiales granulares
permite tener informaciones sobre el tipo de rotura, sobre la
cohesión, la fragilidad, y la resistencia al cizallamiento.
Si R es la resistencia a la compresión, r la
resistencia a la tracción indirecta, según esta teoría y el análisis
geométrico de los círculos, se sabe que:
- -
- la cohesión C = 1/2 (Rr)0,5
- -
- el ángulo de fricción interno \varphi está definido por la relación sen \varphi = R-r/R+r (cuando \varphi = \pi/2, ello traduce un comportamiento puramente elástico del material, y cuando \varphi = 0, un comportamiento puramente viscoso)
- -
- la resistencia al cizallamiento \sigma = R.r/R+r.
\newpage
Unos ensayos comparativos entre el revestimiento
según la invención (E1), cuya composición ya ha sido descrita
anteriormente, y un revestimiento denominado EME, que tiene una
granularidad de 0/14, del tipo definido por la norma NF P
98-140 y que contiene la misma cantidad (3,5 ppc) de
ligante Viatotal 10/20, fueron realizados con probetas Duriez, a
18ºC. Los resultados obtenidos, que están agrupados en la Tabla
siguiente, muestran unas características muy próximas,
particularmente para la cohesión y la resistencia al cizallamiento,
que dejan presagiar, para el revestimiento según la invención, unas
prestaciones de resistencia a las solicitaciones del tráfico
viario, a media y baja temperatura, equivalentes por lo menos a las
de un EME.
Se utiliza un método de ensayo interno TOTAL
762/95 de tracción-compresión con deformación
impuesta sobre una probeta cilíndrica sometida a una carga
sinusoidal (sobre un aparato Inströn), para la determinación del
valor del módulo dinámico E*, procedente del módulo complejo E*.
A una temperatura de 15ºC y una frecuencia de 10
Hz, el módulo de rigidez E* es de 12.500 MPa, valor comprendido
entre el de una GB, cuyo E* es superior o igual a 9.000 MPa, y el de
un EME, cuyo E* es superior o igual a 14.000 MPa.
El valor del módulo dinámico se utiliza en los
cálculos de dimensionamiento de las calzadas y cuanto más elevado
es éste, más se puede reducir el grosor de la calzada.
Se puede evaluar de este modo que el incremento
de espesor, para una capa de asiento de calzada realizada con el
revestimiento de la invención, con respecto a una
grava-betún de clase 3 (GB), se sitúa entre un 10 y
un 40%.
El método utilizado, según la norma NF P
98-261-1, se funda en la
solicitación por flexión sinusoidal con flecha constante de
probetas ménsula trapezoidales. Cada probeta es solicitada por un
tren de ondas sinusoidales continuas, de amplitud dada hasta
ruptura convencional. Varias amplitudes de flecha son necesarias
para determinar la pendiente de la recta de fatiga, que se
establece a partir de los resultados que representan las duraciones
de vida N (o cantidad de ciclos) para los niveles de deformación
escogidos, haciendo una regresión lineal de tipo In N = A_{0}
+_{ }A_{1}.In \varepsilon, donde In designa el logaritmo
neperiano, que permite calcular el valor de la deformación relativa
correspondiente de media a 10^{6} ciclos de solicitaciones,
\varepsilon_{6.} Cuanto más elevado es este valor, más resiste
el producto a la fatiga.
Para pruebas realizadas a una temperatura de
10ºC y a una frecuencia de 25 Hz, \varepsilon_{6} =
142.10^{-6}, mientras que para un EME y una GB, este valor debe
ser respectivamente superior o igual a 130.10^{-6} y superior o
igual a 110.10^{-6}.
Estos valores muestran claramente que el
revestimiento bituminoso según la invención presenta un
comportamiento a la fatiga claramente mejorado, con respecto al de
una GB, e incluso ligeramente superior, con respecto al de un
EME.
Se puso a prueba una segunda formulación de
revestimientos según la invención. Esta formulación tenía la
composición ponderal siguiente:
| - fresados: | 30% |
| - granulados (0/10, tipo Meilleraie): | 70% |
| - ligante (betún Viatotal 10/20): | 4,0 ppc (partes por ciento en peso). |
La medición del módulo dinámico de rigidez
(según el método TOTAL 762/95), a una temperatura de 15ºC y una
frecuencia de 10 Hz, da un valor de 13.940 MPa, valor que queda
comprendido entre el de una grava-betún y el de un
EME (entre 9.10^{3} y 15.10^{3} MPa).
\newpage
Para concluir, a la vista de los resultados de
las pruebas efectuadas sobre el revestimiento según la invención,
al incorporar fresados bituminosos, las prestaciones de este
material permiten utilizarlo satisfactoriamente en las capas de
asiento de calzadas y/o en las capas ligantes, a la vez que se
reducen las restricciones del reciclado clásico y se favorece por
consiguiente el reciclado en cantidades notables de fresados
bituminosos.
Se puede también prever la extensión de este
procedimiento de reciclado a otros desechos viarios, en particular
a los materiales tratados con ligantes hidráulicos, como los
hormigones o las gravas-cemento.
Claims (13)
1. Revestimiento bituminoso a base de fresados
de reciclado de materiales de calzada, caracterizado porque
comprende, en una mezcla,
- \bullet
- un material mineral constituido por granulados nuevos y fresados de reciclado de materiales de calzadas, teniendo los fresados una granulometría de 0/10 ó 0/14, en el cual un 98% de las partículas pasan a través de un tamiz de malla de 10 ó 14 mm, estando comprendida la cantidad de fresados entre un 1 y un 70% del peso total de material mineral incorporado, y
- \bullet
- un ligante bituminoso de grado duro que tiene una penetrabilidad a 25ºC comprendida entre 10 y 30 décimas de mm,
y porque presenta un módulo de rigidez E*,
medido a 15ºC y a 10 Hz, comprendido entre 9.10^{3} y 15.10^{3}
MPa.
2. Revestimiento bituminoso según la
reivindicación 1, caracterizado porque el material mineral
comprende entre un 30 y un 70% en peso de fresados.
3. Revestimiento bituminoso según la
reivindicación 1, caracterizado porque el material mineral
comprende un 70% en peso de fresados.
4. Revestimiento bituminoso según la
reivindicación 1, caracterizado porque el contenido en
ligante bituminoso de grado duro que tiene una penetrabilidad a
25ºC comprendida entre 10 y 30 décimas de mm, está comprendido
entre un 2,5 y un 6% en peso, con respecto al peso total del
material mineral.
5. Revestimiento bituminoso según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque presenta una
profundidad de rodada inferior a 5 mm, medida después de 30.000
ciclos y a 60ºc, según la norma NF P
98-253-1, así como una compacidad
PCG después de 100 rotaciones superior a 95%, según la norma NF P
98-252.
6. Revestimiento bituminoso según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta un
comportamiento a la fatiga de flexión alternada, a 10ºC y a 25 Hz,
que se traduce por un valor de deformación relativa
\varepsilon_{6}, superior o igual a 110.10^{-6}.
7. Procedimiento de reciclado de materiales de
calzadas en forma de fresados bituminosos, tales como revestimientos
bituminosos en la industria viaria, que presentan un módulo de
rigidez E*, medido a 15ºC y a 10 Hz, comprendido entre 9.10^{3} y
15.10^{3} MPa, que comprende la mezcla de
- \bullet
- un material mineral constituido por granulados nuevos y fresados de reciclado de materiales de calzadas, teniendo los fresados una granulometría 0/10 ó 0/14, en el cual un 98% de las partículas pasan a través de un tamiz de malla de 10 ó 14 mm, estando comprendida la cantidad de fresados de reciclado de materiales de calzadas entre un 1 y un 70% del peso total de material incorporado, y
- \bullet
- un ligante bituminoso de grado duro que tiene una penetrabilidad a 25ºC comprendida entre 10 y 30 décimas de mm.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el contenido en ligante bituminoso de
grado duro que tiene una penetrabilidad a 25ºC comprendida entre 10
y 30 décimas de mm, está comprendida entre un 2,5 y un 6% en peso,
con respecto al peso total del material mineral.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque el contenido en ligante bituminoso de
grado duro que tiene una penetrabilidad a 25ºC comprendida entre 10
y 30 décimas de mm, es de un 3,5% en peso con respecto al peso
total del material mineral.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el contenido
global en ligante está comprendido entre un 5 y un 10% en peso con
respecto al peso total del material mineral.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque comprende
además una etapa preliminar de trituración y cribado de los
fresados, para obtener una granulometría de 0/10 ó 0/14, en la cual
un 98% de las partículas pasan respectivamente a través de un tamiz
de malla de 10 ó 14 mm.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la etapa de
revestimiento se realiza a una temperatura de por lo menos 180ºC,
con un tiempo de mezcla superior en aproximadamente un 30% al de un
revestimiento clásico.
13. Uso del revestimiento bituminoso según una
de las reivindicaciones 1 a 6, u obtenido por el procedimiento
según una de las reivindicaciones 7 a 12, en la industria viaria,
para producir capas de asientos de calzadas o de capas ligantes.
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