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Cimbra Histórica. El reciclaje de los aglomerados bituminosos

Viernes, 06 Agosto, 2021

En la nueva entrega de Cimbra Histórica, viajamos a 1987 y recogemos uno de los artículos incluidos en el número 243, de junio. Se trata del reciclaje de los aglomerados bituminosos, tema recurrente en la revista de Ingeniería Civil a lo largo de los años. 

En este caso, se trata de la adaptación del tambor-secador-mezclador para el tratamiento de aglomerados de recuperación y las pruebas llevadas a cabo en Blois, Francia, a lo largo del tiempo. Os dejamos con este reportaje sobre la historia europea de las Obras Públicas.

La idea de investigar la adaptación del tambor-secador-mezclador (TSM en citas posteriores) para el tratamiento de aglomerados de recuperación tuvo su origen en la conjunción de la existencia de stock importante de este material en el parque de equipamiento de Blois y de la presencia en él de un TSM 17 allí instalado años atrás.

Una primera experimentación realizad con un TSM de pequeña capacidad (12 toneladas/hora) puso en evidencia la posibilidad de reciclar los aglomerados según varias fórmulas de trabajo. Una experimentación más prolongada y profunda llevada a cabo a lo largo de 18 meses con la ayuda del TSM 17 (producción nominal: 120 Tm/h.) permitió proceder a la fabricación de aglomerados de reciclaje de diversas procedencias (trituración, fresado), constatar el comportamiento de lTSM y determinar los diferentes parámetros de funcionamiento.

Los Ingenieros del laboratorio regional de Blois y de la estación de ensayos de materiales de carreteras montadas en las proximidades inmediatas al lugar de explotación del TSM, pudieron seguir el material. Asimismo, los responsables del parque, encargados de la fabricación en el TSM y de la puesta en obra aportaban el punto de vista de la explotación.

Uno de los problemas atendidos en estas experimentaciones fue la elección y el contenido de ligante. Gracias a la colaboración del centro de investigación de Grand-Couronne de la Shell francesa, este importante aspecto del reciclaje en TSM pudo ser estudiado y controlado, dando carta de naturaleza a la puesta a punto de un ligante de regeneración especialmente adaptado. 

El conjunto de estas experimentaciones llevadas a cabo a lo largo de tres años dio origen a la técnica TSM-R que, aplicada a los tipos TSM-R 17 (120 Tm/h.) y TSM-R 21 (210 Tm/h.) fue utilizada en las obras de reciclaje realizadas en Francia y de la que nos proponemos hacer seguidamente la oportuna exposición.

Descripción de la maquinaria

  • Objetivo

El objetivo es precisar un conjunto de medidas útiles que emplear en la mezcla de árido vírgenes y betún con aglomerados recuperados mediante el fresado previo de ellos o por rotura de calzada y posterior trituración.

La adición de áridos vírgenes permite rectificar la curva granulométrica y la adición de betún virgen hace posible regenerar el betún envejecido contenido en los aglomerados recuperados y suministrar el ligante necesario a los referidos áridos vírgenes añadidos.

Maquinaria

La máquina básica está constituida por un tambor-secador-mezclador que es modificado esencialmente por la agregación, en la parte central del tambor, de una corona que permite la adición de los aglomerados de recuperación.

El conjunto está concebido para tratar convenientemente, según las necesidades del proyecto, bien sean los aglomerados convencionales, bien sean los aglomerados procedentes de reciclaje y ello sin pérdida de rendimiento y sin modificación alguna cuando la explotación ha de pasar de un tipo a otro de fabricación. 

Composición

Una central TSM-R se compone de los elementos siguientes:

  • Una batería de mezcladores standard situados en la cabecera del ciclo de fabricación, destinados a efectuar la dosificación precisa de los materiales vírgenes.
  • Una cinta pesadora que conduce los materiales desde los mezcladores hasta la cabeza del TSM, parte del mechero o quemador y cuyo dispositivo de pesaje guía los aparatos de alimentación y dosificación del ligante.
  • Un TSM que posee, a un nivel situado después del punto extremo de la zona ocupada por la llama, un dispositivo anular destinado a recibir los aglomerados de recuperación.
  • Un dosificador especialmente adaptado al almacenamiento y alimentación de los aglomerados de recuperación, con un dispositivo de pesaje ponderal religado a la cadena de pesaje de áridos.
  • Una cinta que conduce los materiales reciclados desde este dosificador hasta el dispositivo anular del tambor. 
  • Un dispositivo de alimentación del betún, situado en el tambor, después de la reunión de los materiales vírgenes con los aglomerados recuperados. 
  • Un dispositivo de evacuación de la mezcla final (vagoneta de báscula, cinta evacuadora, tolva de almacenamiento).
  • Un apartado de desempolvamiento hidráulico.
  • Una cabina de control y mando con pupitre. 

Características

El TSM-R utiliza el principio patentado del TSM: constitución de una cortina de materiales que protegen el ligante de recuperación y los aglomerados recuperados de la radicación y de la llamada del quemador. El dispositivo anular de introducción de los aglomerados (dispositivo igualmente patentado) se caracteriza por estar dotado de una doble corona sin ninguna pieza mecánica en movimiento.

El TSM-R permite fabricar aglomerados a base de materiales recuperados que pueden alcanzar el 70% del total de los componentes minerales que intervienen en la mezcla, según sean las condiciones de homogeneidad que presenten los recuperados. 

Se ha podido constatar que, en el caso de aglomerados de superficie recuperadores en carreteras de calidad media, tras 12 años de haber prestado servicio en el firme, se alcanza la calidad máxima utilizando el 50% de dichos materiales recuperados, con un punto eventual de hasta el 65%. 

El TSM-R es igualmente concebido para fabricar aglomerador tradicional con la misma calidad que la asegurada por el TSM (trabajando a baja o a alta temperatura, agua residual nula) y ello sin pérdida de rendimiento.

La concepción del TSM-R tiende a asegurar el mejor traspaso de calor, tratando de evitar los recalentamientos tanto del gas como del betún añadido y de los materiales vírgenes o recuperados.

Detalles del funcionamiento

Los detalles que aquí se dan corresponden a los utilizados en los TSM-R que intervinieron en la campaña al efecto realizada. Posteriormente a esta campaña, se han introducido ciertas modificaciones como consecuencia de las enseñanzas recogidas.

Los áridos vírgenes previamente dosificados, sea volumétricamente, sea ponderalmente, son conducidos al TSM por el trasportador automático de alimentación equipado de un índice de pesaje continuo.

La información “consumo” es tratada por una calculadora electrónica que fija la velocidad d la bomba de betún. Su consumo es verificado por un contador montado en serie, que corrige las desviaciones “betún” entre consumo teórico y consumo real.

Paralelamente, los materiales que reciclar son tratados en un dosificador especial equipado de un extractor de cinta provisto de un índice de pesaje continuo, asegurando así una alimentación controlada. 

Los dosificadores “áridos vírgenes” y “materiales que reciclar” están ligados electrónicamente y son a la vez solidarios de un elemento coordinador que garantiza el mantenimiento correcto de las proporcionalidades.

Los áridos vírgenes, introducidos en cabeza, avanzan rápidamente en el interior del tambor, evitándose el calentamiento de la llama gracias a unas paletas especialmente dispuestas que desempeñan el papel de elemento antirradiación.

En el extremo de esta zona, unos álabes en gancho forman una primera cortina a la entrada del anillo por donde penetran los materiales reciclados, que son introducidos lateralmente en el tambor por una noria solidaria del tubo. 

Unos alvéolos permiten el avance de los materiales reciclados en un cilindro de menor diámetro equipado de hélices. Los áridos nuevos atraviesan el interior de este cilindro formando pantalla al gas de combustión a fin de enfriarlos al máximo y evitar, asimismo, la radiación axial de la llama.

A la salida de este cilindro interior, los dos flujos de materiales se reúnen en el punto de origen de la zona de amasado. La inyección de betún se hace, a partir de este punto, en función de las características de la explotación, según las indicaciones el constructor. 

La zona de amasado está equipada de hileras de álabes de tal modo dispuestos que aseguran una densidad constante en la sección del tambor. 

La extremidad del tambor está provista de una caja de aspiración fija para el gas, conectada un desempolvador hidráulico. La evacuación de los aglomerados está asegurada por medios mecánicos de transporte apropiados. La cinta transportadora de aglomerados conocida en los TSM es conservada en los TSM-R.

Equilibrio de funcionamiento

Como es bien sabido, el problema esencial del correcto funcionamiento de un TSM es el domicilio de la temperatura del gas en el interior del tubo. Esta condición es aún más importante cuando el TSM debe ser adaptado para tratar reciclados, en razón de las interacciones del traspaso de la temperatura.

Unas temperaturas excesivas del gas tienen unas consecuencias nocivas para la preservación de las cualidades de los betunes. Por el contrario, unas temperaturas demasiado bajas dan como resultado:

  • Un secado incompleto de los materiales, obteniéndose así unos aglomerados con contenidos de agua residual superiores a los normales.
  • Unas uniones insuficientes entre el betún contenido en los materiales de recuperación y el betún de adición.
  • Una temperatura en los aglomerados insuficiente para permitir una buena compactación, inferior, por consiguiente, a las temperaturas de aglomerados toleradas a la salida del TSM que, como es sabido, pueden situarse sin inconveniente alguno en unos niveles más bajos que los requeridos en las centrales convencionales. 

Las enseñanzas obtenidas en obra

Las constataciones hechas en los diversos trabajos de reciclaje ejecutados han confirmado globalmente los datos y observaciones que previamente se habían registrado en las experimentaciones llevadas a cabo en Blois. 

No obstante, tomando en consideración la importancia de las obras y los plazos de ejecución más apremiantes, ciertos fenómenos observados han venido a llamar la atención tanto de la dirección de obra como de la empresa, factores que han llevado al constructor a proponer el dotar a los equipos de ciertos dispositivos o a preciar las normas de explotación.

  • Dosificación de los materiales

Los aglomerados de recuperación provenientes de fresado o trituración no se comportan como los áridos vírgenes. Tienen cierta tendencia a segregarse después de un almacenamiento prolongado. El fenómeno se produce igualmente en los dosificadores. Tal constatación ha obligado al constructor a concebir un dosificador especial de paredes más verticales y una más larga banda de extracción. Los dispositivos adaptados han confirmado su aptitud para asegurar un buen comportamiento de estos aglomerados. 

                        Materiales nuevos

Cuando el porcentaje de materiales nuevos llega a ser bastante elevado, del orden del 40 al 50%, el funcionamiento no presenta mayores problemas de que se tratase de la fabricación normal. Sin embargo, puede suceder que la formulación o el consumo de la central conduzcan a regular los dosificadores volumétricos o ponderales al tercio de su velocidad habitual e incluso al décimo de su consumo nominal, de donde resultan velocidades de extracción muy escasas y riesgos de vaciamiento o descargas irregulares del producto, en particular de las arenas. 

El remedio consiste en instalar un “demotteur” en la zona de los extractores de arena y una machacadora de vena en el colector. 

                        Materiales reciclados

El dispositivo utilizado durante la campaña de experimentación, conjugador que garantiza el mantenimiento de las proporcionalidades entre áridos vírgenes y materiales que reciclar, ha respondido, en general, de manera satisfactoria. No obstante, cabe la positividad de que en ciertos casos límites no quede debidamente asegurada una proporcionalidad rigurosa. Para responder a esta inquietud, el constructor propuso para la campaña siguiente un acompasamiento del dosificador de reciclados al consumo del os materiales nuevos. 

El dispositivo integraba un registro horario que permitía determinar los tiempos de transporte recíprocos de cada uno de los tipos de materiales utilizados.

                        Dosificación del betún

En los TSM-R, la sujeción del consumo de betún al consumo de áridos es de igual concepción que en los TS y no son precisas observaciones especiales, salvo en los casos en que, a consecuencia de un alto porcentaje de reciclados, el medidor de consumos ha de emplearse en la parte inferior de la escala. 

En tales casos, se recomienda asegurar que el consumo mínimo exigido se sitúe en el nivel autorizado por el constructor. En caso contrario, es indispensable proceder a una nueva graduación.

                         Contenido del agua

El suministro o producción de la central varía en proporción inversa al contenido de agua inicial de los materiales. Se cumple, pues, la misma regla que en las centrales convencionales. Interesa, por consiguiente, observar las mismas garantías que en éstas parea reducir el contenido de agua de los áridos almacenados (cobertizo, toldos, etc.).

Durante la ejecución de las obras realizadas en la campaña de experimentación, el contenido de agua de los materiales que reciclar raramente sobrepasó el 3%. A esta proporción, la temperatura de los gases a la salida y el consumo permanecían normales. 

El aumento del contenido de agua disminuye el cambio término y aumenta las pérdidas de vapores y el consumo del quemador.

En contraposición a estos efectos negativos, se puede, no obstante, adelantar que un elevado contenido de agua en los materiales que reciclar contribuya a proteger los betunes. Pero se trata de una simple hipótesis no verificada.

                                                        Contenido del agua residual

Cualquier que sea el contenido inicial, el procedimiento TSM-R deja un contenido residual en el aglomerado final inferior al 0,5%, siendo el consumo de calorías necesario para el secado proporcional al contenido inicial, al igual que en las centrales convencionales.

                            Amasado y homogeneidad

En los TSM que producen aglomerados convencionales, se observa siempre la excelente calidad del amasado. La razón es simple: la posición del tablero de materiales inmediatamente después de la posición extrema de la llama permite introducir el betún muy pronto en la venta de áridos, lo que proporciona en el tambor una duración de la operación del amasado.

En los TSM-R que producen aglomerados con material virgen, que es una fracción de la mezcla final, inversa de la tasa de reciclaje, es más grande que en la fabricación de aglomerados normales y esta permeabilidad crece a medida que se aumenta la tasa de reciclaje.

La protección del betún de regeneración incita, por tanto, a desplazar el punto de inyección en el sentido de la corriente de los materiales. La importancia de este desplazamiento es función de la evolución de la temperatura del gas interior del riesgo de los humos coloreados que se mencionará más adelante, impone la elección del punto en que la temperatura del gas no sobrepase los 450ºC de manera que la longitud restante entre el punto de inyección y la salida del tambor sea suficiente para garantizar un buen amasado y un buen reparto de los finos.

                        Temperatura de salida de los aglomerados

El aumento de la temperatura de salida de los aglomerados acrecienta la temperatura del gas, al igual que sucede en el central convencional.

En los casos de reciclaje, cuanto más se aumenta la temperatura de salida de los aglomerados tanto más necesario se hace reducir la tasa de reciclaje.

El proceso particular de la fabricación de aglomerado en TSM, como es bien sabido, autoriza una fabricación a temperaturas muy inferiores a las exigidas en las centrales convencionales. La misma ventaja se obtiene con el TSM-R.

Como han probado los ensayos en invierno, la gama de temperaturas de 160 a 100º ha discurrido sin problemas en la puesta de aglomerado en obra. Sin embargo, en el estado actual de las constataciones y de nuestro conocimiento de los fenómenos concurrentes, toda parece indicar la conveniencia de no sobrepasar los 140ºC.

Esta temperatura es coherente con la calidad del aglomerado, de sus características de puesta en obra favorables, y todo ello en unas condiciones económicas ventajosas.

                        Desenvolvamiento

Ha quedado demostrado que la cantidad de finos que se originan en el tambor resultan ser inferiores a los originados en la fabricación de aglomerados normales. NO hay duda de que la presencia de betún recuperado en una parte notable de la fórmula final es un elemento favorable.

Por el contrario, en el interior de este menos volumen, se comprueba que una parte de los finos evadidos del tambor en dirección del sistema de desempolvamiento está constituido por finos procedentes de los aglomerados. Esta es la razón por la que, es en estado actual de la técnica de los filtros de mana, es recomendable el uso de lavadores hidráulicos. 

Su buen uso, en particular vigilado el nivel de agua, y su buena conservación garantizan unos desechos compatibles con la reglamentación vigente.

En el curso de las experimentaciones realizadas durante la campaña inicial se ha constatado algunas veces la emisión de humos amarillos: parece que el origen de ello es consecuencia de una excesiva temperatura en el interior del tambor, derivada del mantenimiento del elevado consumo con aumento de la tendencia de agua inicial de los materiales. 

Si todavía es difícil pronunciarse sobre la naturaleza química de estos humos (vaporización del ligante de generación o ataque térmico del ligante de los aglomerados de recuperación) se puede adelantar, de ahora en adelante, que la aparición de estos humos no parece guardar relación alguna con la evolución del betún. En todo caso, desaparecen si se mantiene a los aglomerados en el proceso de elaboración a temperaturas inferiores a los 140ºC y si se reduce la producción de acuerdo con el aumento de la tendencia de agua inicial. 

                         Tasa de reciclaje

Si desde el punto de vista mecánico, la tasa de reciclaje no está limitada, los experimentos realizados hasta ahora demuestran que una tasa del 50% permite un buen dominio en el equilibrio de fenómenos de evolución contraria. Desde el punto de vista de “rendimiento vial”, la reflexión conduce hacia la misma conclusión: si se lleva a reciclar material aglomerado es, generalmente, porque su calidad le hace inadecuado al uso y exige, por tanto, ser corregida. Cuando se consta que los aglomerados recuperados en modo alguno tienen características muy diferentes, parece evidente que un margen del 50% de corrección sea aceptable. 

Sin embargo –y este fue el caso de la campaña de experimentación inicial- en las obras del norte, una mejor calidad del producto recuperado ha incitado a la dirección de obra, laboratorio y empresa a adaptar una tasa del 65%. Este nivel no ha planteado problemas respecto a la central. 

Conclusión

Las obras de reciclaje ejecutadas con centrales TSM-R 17 o TSM-R 21 de mediano calado han mostrado su buena adaptación a la fabricación de aglomerados a base de aglomerados recuperados.

La tasa media de 50% de reciclados con una tasa máxima de 65% da resultados positivos y satisfactorios.

La fiabilidad del material basada en una fabricación de calidad ha sido confirmada. En cuanto a la facilidad de comportamiento, se puede conceder a la TSM-R el mismo crédito que a la TSM, si se tiene en cuenta el objetivo principal: la producción de aglomerados conforme a las normas reglamentarias. Se añadirá, no obstante, que en razón de las consecuencias, en las zonas inmediatas de los deslizamientos hacia temperaturas elevadas, se hace preciso exigir al operador una vigilancia más atenta y estricta, por lo que se refiere a las temperaturas de los aglomerados. 

Finalmente, la presencia de mezcladores adaptados a los aglomerados de recuperación, la existencia en el conjunto de los aglomerados (materiales nuevos y materiales reciclados) de dispositivos de reglaje, incluso para graduar el ligante de regeneración, así como una dependencia entre los diversos componentes, contribuyen a conceder a la joven técnica de reciclaje cartas de naturaleza que garantizan su futuro. 

Autor. Juan Rosales Muñoz. Ingeniero Técnico de Obras Públicas. Artículo recogido en el número 243 de Cimbra (junio de 1987). 

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