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1. Introducción Al reciclar el material de las mezclas asfálticas en caliente (HMA, por sus siglas en inglés de “Hot Mix Asphalt”) se obtiene, como resultado, una mezcla reutilizable de agregado y asfalto conocida como pavimento asfáltico recuperado o reciclado (RAP, por sus siglas en inglés de “Reclaimed Asphalt Pavement”). El RAP es el término dado a los pavimentos que contienen materiales tales como asfalto y agregados pétreos que fueron removidos y reprocesados para ser incorporados como materiales en una nueva carpeta asfáltica [1]. Cuando un pavimento asfaltico está por llegar al final de su vida útil de diseño, una parte importante de los materiales, principalmente los agregados pétreos, mantienen sus propiedades mecánicas y físicas en un valor lo suficientemente aceptable para poder ser reutilizado. Por lo tanto, el reciclaje o reutilización de los pavimentos tiene importantes beneficios económicos, técnicos y ambientales. Estos últimos son los que se abordarán en el presente artículo.
2. Antecedentes En la década de los 70’s y 80’s, las principales preocupaciones ambientales en la producción de los pavimentos asfalticos habían sido las emisiones y el impacto que podrían tener en la salud de las personas. Algunos años después, se empezó a considerar el impacto que pudieran tener en el medio ambiente y los recursos naturales. En años recientes, las preocupaciones también se han enfocado en las emisiones de efecto invernadero las cuales son precursoras del cambio climático. En términos generales, el impacto ambiental que genera un pavimento asfaltico está basado en el consumo energético en todo su ciclo de vida. Los consumos aproximados para la producción del asfalto representan entre el 45 al 95%; la transportación al sitio va de 1 al 8%; la colocación y compactación genera del 1 al 12%; los trabajos de mantenimiento en sitio de 0 a 1%; y la disposición al final de su vida útil de 0 a 40%. Del impacto total en la fase de producción, la producción del asfalto representa entre el 56 y el 67%, el transporte de agregados vírgenes a la planta del 13 al 16% y la energía requerida para secar y calentar los agregados de un 11 al 25% [2]. Una preocupación adicional es la lixiviación de componentes potencialmente peligrosos de los pavimentos que se pueden llegar a dar en el sitio y que podrían afectar el agua potable subterránea [3]. Para ayudar a la toma de decisiones y la resolución de los principales problemas es necesario abordar el análisis de un pavimento asfáltico en todo el ciclo de su vida, tomando como base los principios de termodinámica, conservación de la energía y recursos no renovables, balance natural, equilibrio ecológico, entre otros. Asimismo, toda iniciativa que pretenda reducir el impacto actual de los pavimentos asfálticos deberá evaluar todo su ciclo de vida, particularmente los impactos ambientales (consumo de recursos y sus externalidades) y los costos que estos representan. En el presente artículo nos enfocamos a evaluar los beneficios ambientales de una de las acciones de vanguardia, la cual busca recuperar el pavimento actual mediante un reúso/reciclado de los materiales existentes.
3. Pavimento asfáltico reciclado El Pavimento asfáltico reciclado, o RAP, suele ser incorporado a la estructura de la carretera generalmente en el pavimento asfáltico aunque también se puede integrar a la base o sub-base de una nueva estructura de pavimento. El reciclaje de pavimentos, a pesar de ser una técnica desarrollada desde principios del siglo XX, empezó a emplearse con mayor frecuencia en Estados Unidos durante la década de los setentas. Originalmente el proceso de reciclaje se daba cuando recuperaban el material y lo transportaban a una planta en donde se le adicionaban aditivos tales como: agregado virgen, asfalto y agentes suavizantes o rejuvenecedores. Esto con el fin de recuperar las propiedades físicas, químicas y mecánicas del asfalto para obtener un desempeño aceptable del mismo. Sin embargo, debido a que este proceso de reciclaje implicaba la generación de distintos viajes que iban desde el sitio hasta la planta, surgió un nuevo método que permite realizar el proceso de reciclaje in situ (en caliente o en frío), mediante la instalación de plantas en la zona de trabajo. Actualmente, el reciclaje ha ido evolucionado mediante trenes de trabajo que utilizan diferentes maquinarias, comenzando con el fresado y recuperación de material (el cual puede incluir un proceso de ablandamiento con calor), seguido de la mejora de la mezcla, la colocación y la compactación en una sola línea de trabajo, la cual permite la apertura al tránsito en pocas horas. Las principales metodologías/procesos para reciclar pavimentos asfalticos son: · Reciclado en caliente (HMA): Mezcla de asfalto realizada a temperaturas de 165°C. · Reciclado en tibio (WMA): Mezcla de asfalto realizada a temperatura de 100°C por medio de aditivos. · Reciclado en frío (CMA): Mezcla del pavimento flexible retirado y molido con una emisión asfáltica o con asfalto espumado y puesto de nuevo en sitio, compactada y sellada con una última capa de asfalto mezclado en caliente [4].
4. Beneficios ambientales del pavimento asfáltico reciclado Como se ha mencionado anteriormente, los beneficios ambientales están acotados principalmente en el consumo de recursos y energía, así como en las externalidades del proceso al comparar la fabricación de un pavimento asfáltico con uno reciclado. 4.1 Recursos naturales El reciclaje de pavimentos posibilita la reducción del consumo de recursos naturales, tales como los agregados pétreos. La recuperación del agregado de pavimento existente minimiza la extracción de recursos naturales. La utilización de RAP reduce la demanda de agregados vírgenes proveniente de los bancos de materiales. Reutilizar el agregado existente en la carpeta puede sólo requerir entre 1% al 3% de asfalto adicional, comparado contra un 6% necesario por una carpeta asfáltica nueva [10]. En un caso de estudio, realizado en Perú sobre rehabilitación, se logró reducir el 93% de agregados vírgenes requeridos en una mezcla nueva [5]. A su vez, en un estudio realizado en la Universidad de Santander en Colombia, se determinó el índice de consumo de agregados versus el porcentaje de agregado reciclado cuyos resultados se observan en la tabla 1.
Tabla 1. Variación en el consumo de agregados, para algunos porcentajes de adición de material reciclado para mezclas asfálticas en caliente.
Fuente: Castillo & Orduz.
4.2 Consumo de energía En términos de transportación, el RAP logra disminuir el número de viajes ya que requiere un menor suministro de agregados vírgenes de banco debido al reúso de materiales [7]. Por lo tanto, al reducir los viajes de camión, los cuales para un pavimento nuevo son indispensables para transportar todo el material, se tiene como resultado una menor cantidad de combustible consumido. Además, esta metodología reduce la demanda de energía para la elaboración de la mezcla asfáltica ya que al agregar un 15% de RAP a una mezcla en caliente o templado de asfalto, la demanda de energía disminuye de un 13 a 14% (ver tabla 2).
Tabla 2. Reducción del consumo de energía y emisiones mediante el uso del RAP.
Fuente: Chou, C. P., & Lee, N. (2015)
A su vez, la combinación del RAP con asfalto espumado permite que la rehabilitación se haga en sitio, eliminando así la necesidad de transportar el material a una planta que se traduce en un menor consumo de combustible [5]. Cabe mencionar que se puede obtener una mayor reducción en el consumo de energía, al optar por una mezcla templada WMA o por una CMA para la rehabilitación del pavimento.
4.3 Emisiones contaminantes Las emisiones están directamente ligadas al consumo de energía, tanto en el transporte del material como en la producción de la mezcla asfáltica, pero al mismo tiempo se generan polvos en la obtención de los materiales los cuales son partículas suspendidas. Así también la fabricación de las mezclas emite gases contaminantes derivados de los químicos utilizados. Por lo tanto, ambos casos tienen afectaciones a la salud. De acuerdo a estudios realizados, el RAP puede ayudar a reducir las emisiones. Los resultados de uno de los estudios realizados se muestran en la tabla 3.
Tabla 3. Diferencia en emisiones de CO2 agregados RAP y vírgenes a una temperatura de descarga de 300°F por tonelada de HMA [lbs]
Fuente: Frederick, G., & Tario, J. D. (2009)
En la rehabilitación de carreteras, los métodos convencionales generan 55.4% más kilogramos de CO2 que mediante el reciclado de asfalto debido a que el método tradicional requiere de un mayor número de máquinas para su construcción [10].
4.4 Residuos Al no utilizar el material existente en un pavimento, éste se convierte en desperdicio. Estudios muestran que el método tradicional de rehabilitación genera 1.63 veces más residuos que el método de reciclado en sitio [10]. En este aspecto, no se ha realizado suficiente investigación que permita mostrar más resultados sobre la reducción del desperdicio como subproducto de la reconstrucción de carreteras.
5. Cuantificación de los beneficios ambientales del pavimento asfáltico reciclado La cuantificación de los impactos generales permite a los tomadores de decisiones contar con herramientas y datos para evaluar los beneficios del RAP. De acuerdo a Blankendaal et al, se pueden construir indicadores para valorar el impacto durante todo el ciclo de vida de un pavimento asfáltico, acorde a distintos factores que respeten la valorización para una visión a corto y largo plazo, así como en un balance entre ambas visiones. Además, se consideró para este tipo de indicadores las mezclas realizadas en caliente (HMA) y tibias (WMA). La tabla 4, muestra las visiones que permiten construir el indicador. En la figura 1 se incluyen dos gráficos que muestran los resultados al comparar el impacto indicado en la matriz.
Tabla 4. Matriz para la construcción del indicador de impacto del RAP
Fuente: Blankendaal et al.
Figura 1. Comparativa de una HMA y una WMA mediante diferentes visiones de RAP
Como se podrá observar en las figuras, el beneficio ambiental es mayor en el largo plazo, pero se puede incrementar si se utilizan mezclas tibias o templadas. Asimismo, el uso de RAP reduce los impactos en el medio ambiente de manera proporcional ya que, a mayor porcentaje de RAP, menor consumo de energía, combustible y emisión de gases de efecto invernadero en el proceso de construcción. Utilizando los resultados obtenidos de Aurangzeb & Al-Qadi (2014), se obtuvieron gráficos que permiten evaluar los beneficios del consumo de energía y de gases de efecto invernadero con diferentes porcentajes de RAP a largo plazo.
Figura 2. Cuantificación de los beneficios del RAP
Las gráficas muestran que el uso del RAP, incluso con una calidad del 70%, puede tener un mayor impacto ambiental que una mezcla nueva con agregados vírgenes (representado por la línea naranja Control) [22]. Esto debido a que la vida útil sería menor y por tanto demandaría más trabajos de mantenimiento a largo plazo y, la rugosidad de la superficie del pavimento, incrementaría el consumo de combustible de los vehículos en operación. En relación a los costos Aurangzeb & Al-Qadi (2014), se realizaron estimaciones con calidades y porcentajes distintos de RAP que pueden observarse en la figura 3.
Figura 3. Cuantificación del costo del RAP versus una mezcla virgen
En la gráfica se puede observar que a mayor porcentaje de material reutilizado, los beneficios en los costos se obtendrán de manera inmediata siempre que se realice de manera adecuada. En un modelo financiero proyectado a 50 años, se compararon tres posibles métodos de rehabilitación: el método tradicional, el segundo con pavimento reciclado en frío en sitio y el tercero con pavimento reciclado con asfalto espumado en sitio. Para el primero se consideraron ciclos de rehabilitación cada 18 años mientras que, para el resto, fue cada 15 años. Con esto se puede concluir que, a pesar de requerir menos mantenimiento durante los 50 años, el método tradicional mantuvo un mayor costo en general debido a que genera mayores gastos iniciales que los otros dos métodos, los cuales son principalmente por la compra y traslado de los nuevos materiales [4].
6. Conclusiones El uso de RAP tiene importantes beneficios ambientales ya que logra reducir de manera significativa los impactos en el consumo de recursos naturales, de energía y en la generación de emisiones. Sin embargo, es posible que no resulte del todo económico cuando el porcentaje a reutilizar es muy bajo, las acciones de reciclaje no se realizan en sitio y no tenga una calidad adecuada. Además, el uso del reciclaje mediante mezclas en tibio puede tener un impacto mayor en los beneficios ambientales, por eso se sugiere el uso de otras técnicas, tales como el asfalto espumado, el cual permite realizar una mezcla con un menor consumo de energía. Es importante considerar en las evaluaciones que una carpeta reciclada deberá tener la misma vida útil que un producto de materiales vírgenes para que los resultados sean equiparables en todo el ciclo de vida. Asimismo, en los análisis se deben considerar todos los costos si se desea que la toma de decisiones tenga un enfoque holístico de la sustentabilidad, porque el RAP puede tener importantes beneficios ambientales, pero la carga económica es muy alta sino se realiza adecuadamente. El RAP permite que la apertura al tránsito se dé en cuestión de horas, facilitando la operación normal de las carreteras y vialidades urbanas, por lo que se debe considerar los beneficios en términos de congestionamiento que se genera por los trabajos de rehabilitación y reconstrucción de los pavimentos. Finalmente, es necesario que los diferentes procedimientos de reciclaje que se han aplicado en México sean monitoreados y evaluados para identificar los beneficios o retos a superar, logrando así continuar en el camino de promover el RAP como un criterio para una carretera sustentable.
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MENDOZA Juan Fernando ADAME Eduardo MARCOS Omar Alejandro |
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