Diagnóstico del estado actual del reciclaje de pavimentos en Colombia y recomendaciones para su implementación efectiva

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DIAGNÓSTICO DEL ESTADO ACTUAL DEL RECICLAJE DE

PAVIMENTOS EN COLOMBIA Y RECOMENDACIONES PARA

SU IMPLEMENTACIÓN EFECTIVA

Proyecto de Grado

Juan Sebastián Benítez Bustamante

Presentado como requisito para obtener el título de

Ingeniero Civil

Asesora de Proyecto

Silvia Caro Spinel, PhD.

Universidad de los Andes

Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental

Junio de 2013

Bogotá D.C. (Colombia)

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Tabla de contenido

I. LISTA DE FIGURAS 4

II. LISTA DE TABLAS 4

1. OBJETIVOS 5

2. JUSTIFICACIÓN 6

3. INTRODUCCIÓN 7

4. TECNICAS Y TIPOS DE RECICLAJE 8

4.1

RECICLAJE EN FRÍO IN-‐SITU 8

4.1.1

PARTIAL-‐DEPTH RECLAMATION 8

4.1.2

FULL-‐DEPTH RECLAMATION 9

4.2

RECICLAJE EN CALIENTE IN-‐SITU 9

4.2.1

TERMO-‐REPERFILADO 9

4.2.2

TERMO-‐REGENERACIÓN 9

4.3

RECICLAJE EN CALIENTE EN PLANTA 9

4.4

BREAK AND SEAT 10

4.5

CRACK AND SEAT 11

4.6

RUBBLIZE COMPACT 11

4.7

WHITETOPPING 12

5. MATERIALES RECICLABLES Y SU ESTADO ACTUAL 13

5.1

RECLAIMED ASPHALT PAVEMENT (RAP) – MEZCLA BITUMINOSA RECICLADA (MBR) 16

5.1.1

SITUACIÓN ACTUAL EN ESTADOS UNIDOS 16

5.1.2

SITUACIÓN ACTUAL COLOMBIA 17

5.2

RECLAIMED CONCRETE PAVEMENT/RECLAIMED CONCRETE MATERIAL (RCP/RCM) 18

5.2.1

SITUACIÓN ACTUAL ESTADOS UNIDOS 19

5.2.2

5.3

RECLAIMED ASPHALT SHINGLE (RAS) 20

5.4

SCRAP TIRES – RUBBERIZED ASPHALT – ASFALTO CAUCHO 21

5.4.1

SITUACIÓN ACTUAL INTERNACIONAL 21

5.4.2

5.5

ESCOMBROS EN COLOMBIA 24

6. PERCEPCIÓN DEL SECTOR DE CONSTRUCCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA VIAL 26

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 28

8. BIBLIOGRAFÍA 31

ANEXOS 33

ANEXO 1 -‐ PROCEDIMIENTO ESQUEMÁTICO DEL RECICLAJE EN FRIO IN-‐SITU 33

ANEXO 2 – ESCENARIOS DE FALLAS PARA APLICACIÓN DE RECICLADO EN PLANTA EN CALIENTE Y

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ANEXO 3 – NUMERO DE LLANTAS ACUMULADAS EN ESTADOS UNIDOS POR AÑO. 35

ANEXO 4 – DISTRIBUCION Y CRECIEMIENTO POR MERCADOS DE LA REUTILIZACION DE LLANTAS

EN ESTADOS UNIDOS 36

ANEXO 5 – PRODUCCION ANUAL DE DESECHOS DE LLANTA POR PAIS EN EUROPA 37

ANEXO 6 – PORCENTAJE DE RECUPERACION DE RESIDUOS DE LLANTA (COMPARACION 1999/

(ETRMA, 2010)2009) EN EUROPA 38

ANEXO 7 – FORMULARIO DE ENTREVISTA SEMI-‐ESTRUCTURADA 39

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I. LISTA DE FIGURAS

-‐ FIGURA 1. MARTILLO VIBRATORIO, LLEVANDO A CABO PROCEDIMIENTOS DE BREAK AND SEAT.

-‐ FIGURA 2. TIPO DE MAQUINARIA USUALMENTE UTILIZADA PARA PROCEDIMIENTOS DE BREAK AND SEAT

-‐ FIGURA 3. ESQUEMA DE EFECTOS DE MARTILLO DE IMPACTO SOBRE SOPORTE DE PAVIMENTO. -‐ FIGURA 4. VIGA VIBRATORIA, LLEVANDO A CABO PROCEDIMIENTOS DE RUBBLIZING.

-‐ FIGURA 5. SUPERFICIE LUEGO DE SER INTERVENIDA POR PROCESO VIBRATORIO.

-‐ FIGURA 6. TONELADAS DE RAP UTILIZADAS POR AÑO EN USA (MILLONES DE TON).

-‐ FIGURA 7. DISTRIBUCIÓN POR USOS DEL CONCRETO RECICLADO EN ESTADOS UNIDOS.

-‐ FIGURA 8. TONELADAS DE RAS UTILIZADAS POR AÑO EN USA (MILES DE TONELADAS)

-‐ FIGURA 9. COMPORTAMIENTO DE LA GENERACIÓN Y REUTILIZACIÓN DE LLANTAS EN LOS ESTADOS

UNIDOS

-‐ FIGURA 10. DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL POR USO, DE LLANTAS DESECHADAS EN COLOMBIA

-‐ FIGURA 11. CANTIDADES DE MATERIAL LLEVADO A CTA Y MATERIAL SUMINISTRADO POR CTA. AÑO

2012

II. LISTA DE TABLAS

-‐ TABLA 1. SÍNTESIS DE EXPLICACIÓN DE 19 MATERIALES REGLAMENTADOS POR LA FHWA COMO RECICLABLES Y APLICABLES PARA UTILIZACIÓN EN PAVIMENTOS.

-‐ TABLA 2. VOLÚMENES DE MATERIAL ASFÁLTICO RECICLADO POR LOCALIDAD.

-‐ TABLA 3. ÁREA DE MATERIAL ASFÁLTICO RECICLADO POR ZONA DE BRIGADA IDU-‐SOP.

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1. OBJETIVOS

Los principales objetivos de este proyectos de grado son:

-‐ Realizar un diagnóstico completo sobre el estado del reciclaje relacionado con

pavimentos en el país. Esto incluye:

§ Tipos de materiales que se reciclan.

§ Métodos constructivos utilizados.

§ Porcentaje de proyectos en los cuales se utiliza material reciclado.

§ Técnicas actualmente utilizadas.

§ Empresas especialistas en reciclaje de pavimentos.

§ Costos monetarios y de tiempo.

-‐ Recopilar información acerca de técnicas y tendencias actualmente utilizadas en otros

países que puedan ser aplicadas en Colombia.

-‐ Realizar proyecciones futuras sobre el empleo de materiales reciclados en pavimentos.

-‐ Formular recomendaciones sobre aspectos que permitan la implementación efectiva

de técnicas, materiales, maquinaria, entre otros, en proyectos de infraestructura vial a grande y baja escala para el país.

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2. JUSTIFICACIÓN

Actualmente en Colombia existen en el mercado algunas pocas empresas públicas y privadas que se encargan de promover la reutilización de materiales para usos como la estabilización de bases o subbases o la rehabilitación de pavimentos a través de técnicas de reciclaje. A la fecha no se ha logrado un posicionamiento importante de estos productos y técnicas de manera considerable. Esto se puede deber a factores externos que no han sido estudiados o dados a conocer ampliamente, más que a una hipotética deficiente calidad de los productos o técnicas.

Es innegable además, que el precio del petróleo en el mercado es cada día más costoso y difícilmente este comportamiento tiende a cambiar. Por ser el asfalto uno de los principales materiales de construcción en el desarrollo de proyectos de infraestructura vial, sus costos son muy elevados. En el agotamiento de recursos naturales, los elevados costos de transporte de material y la difícil consecución de materiales con altos niveles de calidad, radica la importancia de un buen posicionamiento de técnicas de reciclaje en el ámbito Nacional e Internacional

En la actualidad, Colombia se encuentra ad portas de la firma del TLC con la Unión

Europea y está en curso el TLC con los Estados Unidos, considerado el más importante de la historia de la economía del país. Como requisito indispensable, se hace necesaria la construcción de muchas y mejores vías de comunicación terrestre, así como la rehabilitación de muchas otras. Todas estas obras se deben realizar en tiempos y costos reducidos, con el fin de alcanzar una competitividad aceptable en el mediano plazo.

Es por esto que la implementación de nuevas técnicas cuyo fin sean el economizar costos, tiempos y mejorar la eficiencia de los procesos, se hace completamente necesaria. El problema principal radica en la poca inversión en estas técnicas y que, tanto en el sector privado como en el público, se muestran muy incrédulos con respecto a su implementación o simplemente existen conflictos de interés que ponen trabas al desarrollo general de la nación. Su principal causa puede deberse a que, actualmente, son muy escasos los trabajos e investigaciones que recopilen información conjunta acerca de procedimientos, materiales, aditivos, ventajas o desventajas en el desarrollo de técnicas de reciclaje de pavimentos, las cuales sean capaces de lograr, de alguna u otra forma, darlas a conocer y posicionarlas dentro del mercado nacional como una alternativa eficaz, eficiente, económica y amigable con el medio ambiente.

Este trabajo pretende contribuir a la distribución del conocimiento adquirido en esta materia en distintos lugares del mundo, con el fin de aportar nacionalmente al desarrollo e implementación efectiva de técnicas que han sido motor de desarrollo, economía y sostenibilidad en los lugares donde han sido implementadas. Adicionalmente, se pretende evaluar el estado actual del país concerniente al reciclaje de pavimentos y comparar lo ya realizado, con la información encontrada para otros países.

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3. INTRODUCCIÓN

El reciclado de pavimentos consiste principalmente en la reutilización parcial de los materiales que lo componen, con el fin de construir una nueva estructura homogénea de una cierta profundidad especificada por los respectivos diseños, la cual sea capaz de soportar las solicitaciones de tráfico que por allí pasan. A estos materiales suelen agregarse aditivos, rejuvenecedores, estabilizantes o conglomerantes con una dosificación obtenida mediante ensayos de laboratorio o in-‐situ, los cuales cumplen con distintas funciones dependiendo de las solicitaciones de la vía.

Países industrializados y desarrollados como Estados Unidos, Holanda, Alemania, Brasil, entre otros, han desarrollado e implementado nuevas y eficientes técnicas de reciclaje en la realización de nuevas vías o en la rehabilitación de existentes, obteniendo excelentes resultados durante los últimos 40 años. Un ejemplo claro de avance en la región, es la realización de proyectos de adecuación de tramos completos de vías como la RJ-‐116 en Brasil, en la cual se restauraron casi 60Km de pavimento con costos y tiempos mucho menores a los de una adecuación llevada a cabo por medios tradicionales (CIBER, 2010)

El nacimiento del termino reciclaje en el área de la infraestructura vial, ha dado lugar a un

sinnúmero de variaciones en su práctica, que van desde la reutilización de nuevos materiales, anteriormente considerados como desecho, hasta el tratamiento de las nuevas mezclas asfálticas a temperaturas mucho más bajas que las tradicionalmente utilizadas, generando ahorros significativos en energía, emisiones contaminantes, transporte de materiales y explotación de recursos naturales no renovables.

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4. TECNICAS Y TIPOS DE RECICLAJE

Como parte del presente estudio, se han identificado las técnicas de rehabilitación y construcción basadas en el reciclaje de pavimentos con más auge en la actualidad y por cuya importancia y resultados a través del tiempo, se han posicionado dentro del mercado del desarrollo de infraestructura vial internacionalmente como motor de sostenibilidad y ahorro. La presente sección describe brevemente cada uno de ellos, haciendo claridad que no son los únicos ni tampoco los mejores. Es importante tener en cuenta que, como en todo proyecto de Ingeniería, no hay una única solución y su desarrollo depende en gran parte, de las condiciones previas a su implantación, por lo que cada técnica debe ser evaluada con anterioridad y su eficiencia debe ser confirmada.

4.1 Reciclaje en Frío In-‐Situ

En esta técnica, una o más capas superficiales de pavimento con ciertas deficiencias estructurales son removidas, tamizadas y remezcladas para formar una nueva capa cuyas características se asemejan a las de una base estabilizada (Invias, 2008). El proceso de mezclado, colocación y compactación son llevados a cabo sin la utilización de calor como parte del proceso. El tipo de agente, así como la decisión de adicionar nuevo agregado pétreo, depende en gran parte del estado y calidad de la o las capas removidas y de las nuevas solicitaciones de la vía.

En su proceso, se pueden utilizar dos tipos de agentes de reciclado o una mezcla de los mismos. Estos pueden ser, ligantes hidrocarbonados (emulsiones asfálticas, asfalto espumado), conglomerantes hidráulicos (cemento o cal) o un proceso mixto (combina los dos tipos de materiales) (Invias, 2008).

El proceso puede ser llevado a cabo por un equipo de máquinas de tres piezas, las cuales,

en un proceso secuencial muelen, mezclan y aplican la nueva mezcla en un paso. El “tren” de

equipos ocupa un solo carril por lo que la afectación al tráfico es reducida. Adicionalmente, y por la no utilización de calor en su proceso, los ahorros energéticos son significativamente altos. El Anexo 1 muestra una síntesis del proceso que es llevado a cabo durante el reciclado en frio teniendo en cuenta que este puede llegar a tener algunas variaciones dependiendo de la profundidad del fresado y del tipo de maquinaria utilizada.

El reciclaje en frío puede clasificarse dependiendo de la profundidad de reciclado a la que

se quiera llegar en la o las capas de pavimento existentes:

4.1.1 Partial-‐Depth Reclamation

La ARRA (Asphalt Recycling and Reclaiming Association) define esta metodología como el reciclaje en frío,de únicamente la capa asfáltica hasta profundidades que pueden variar entre los 75 y los 100mm, para generar capas de base en vías con volumen de tráfico bajo a mediano. A pesar de que este procedimiento genera una superficie estable, es indispensable la aplicación de una nueva carpeta de rodadura ya que la superficie creada no es resistente a la abrasión por el tráfico ni a la humedad (Federal Highway Administration, 1997).

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4.1.2 Full-‐Depth Reclamation

En esta técnica, toda la capa asfáltica se remueve junto con una porción de su capa inferior para que, posteriormente, el conjunto de materiales sean procesados y nuevamente utilizados como una base granular estabilizada. El material es triturado y sus aditivos son adicionados para luego ser amasado y compactado. Una superficie de rodadura es entonces aplicada para completar el proceso de rehabilitación de la vía intervenida. Suele ser recomendado en aquellos pavimentos con ahuellamientos profundos, así como con presencia de fisuras asociadas a cargas o expansiones térmicas. De igual modo, su utilización es óptima en pavimentos con problemas estructurales en sus capas de base o subbase (Federal Highway Administration, 1997).

4.2 Reciclaje en Caliente In-‐Situ

Básicamente, este procedimiento consiste en el reprocesamiento de material asfaltico proveniente de carpetas de rodadura, que no suelen superar los 40mm de espesor (Invias, 2008) y en las cuales, sus daños no están asociados a fallas profundas o estructurales. A excepción de algunos casos en la década de los 80’s, el reciclado en caliente in-‐situ no ha sido de amplia aplicación en el país ya que la industria no cuenta con los equipos necesarios para su ejecución (Invias, 2008). Su aplicación puede llevarse a cabo, por medio de dos tipos de procesos:

4.2.1 Termo-‐reperfilado

• Es realizado por una misma máquina de forma secuencial.

• Se realiza un precalentamiento de la carpeta de rodadura asfáltica existente, seguido de

un fresado de la misma hasta una profundidad que no suele superar los 25mm y su posterior reacondicionamiento y compactación.

• Puede o no considerar el uso de un rejuvenecedor.

• No contempla el uso de nueva mezcla asfáltica.

Lo anterior significa que su uso se reduce a una eventual aplicación de rejuvenecedor, la corrección de irregularidades superficiales o el mejoramiento de la densidad de la mezcla mediante su nueva compactación.

4.2.2 Termo-‐regeneración

Difiere del anterior en cuanto a que este puede contemplar la utilización de nueva mezcla asfáltica y el tipo de maquinaria utilizada puede realizar el proceso de fresado en frío y su mezcla por medio de tambor en caliente. Como características principales se tienen:

• Realizado por una misma máquina de forma secuencial.

• Fresado hasta profundidad deseada y transporte a maquina mezcladora

• Se puede o no considerar el uso de un rejuvenecedor, nuevos agregados pétreos y

material asfáltico.

• Compactación de la nueva mezcla por medio de un tren de compactación convencional.

4.3 Reciclaje en Caliente en Planta

En esta técnica, el material obtenido mediante fresado se transporta a una planta procesadora donde es triturado y clasificado según su granulometría. A la nueva mezcla se le pueden añadir agregados pétreos vírgenes, cemento asfaltico o agentes rejuvenecedores y debe

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cumplir con los mismos estándares de calidad exigidos a una mezcla hecha por medios tradicionales (Invias, 2008). Adicionalmente, para Colombia, el Artículo 462 [ref. 4.1.1] del Instituto Nacional de Vías, define especificaciones de construcción para la utilización de este método.

A pesar de que la implementación de esta técnica permite la corrección de deficiencias de las mezclas existentes y que el material reciclado puede ser utilizado como fuente de mejora de la capacidad estructural de un pavimento, presenta ciertas limitaciones necesarias de ser tenidas en cuenta frente a una posible utilización de esta:

• Existencia de materiales inadecuados, ya sea por lechadas asfálticas, mezclas abiertas,

capas elaboradas por asfaltos líquidos (Invias, 2008).

• Diferentes procedencias de materiales reciclados, es decir, diferentes calidades. Esto exige

una alta calidad de las plantas de tratamiento.

• Por estas mismas limitaciones, requiere de gran cantidad de ensayos de laboratorio que

garanticen la calidad de la nueva mezcla

• En ningún caso es permitido que el material reciclado constituya más del cuarenta por

ciento (40%) de la masa total de la mezcla (Invias, 2007).

El Anexo 2 describe los posibles escenarios para los cuales pueden llegar a ser aplicables las Técnicas de Reciclaje In-‐Situ (Sección 4.1 y 4.2) y Reciclaje en Planta en Caliente según el Invias.

4.4 Break and Seat

El Break & Seat es una técnica de rehabilitación de pavimentos rígidos que tiene como fin

último, el de aplicar carpetas asfálticas de rodadura sobre losas de Concreto Hidráulico demolido mas no removido y cuyo estado actual evidencia fallas estructurales o fin del ciclo de vida. El uso de esta técnica exige que cualquier unión entre concreto y acero sea anulada y cualquier elemento metálico removido, exigencia que en muchos casos hace de su utilización de baja aplicabilidad.

La demolición suele llevarse a cabo por medio de un martillo vibratorio que forma bloques de aproximadamente 30 cm de ancho (Gonzales, 2013), los cuales son asentados a través de varias pasadas de un compactador de neumáticos. Una capa de material granular es aplicada luego como sellante y mecanismo anti fisuras y, sobre ésta, una carpeta asfáltica de rodadura es instalada. Las características de este procedimiento generan un muy alto aporte mecánico del material demolido, convirtiéndolo en un muy buen soporte para la nueva capa asfáltica que funcionará en su lugar. La Figura 1 muestra el proceso de demolición de las losas de concreto y la Figura 2, uno de los tipos de maquinaria que suelen llevar a cabo dicho procedimiento:

Figura 1. Martillo Vibratorio, llevando a cabo procedimientos de Break and Seat. (University of Washington, 2006).

Figura 2. Tipo de Maquinaria usualmente utilizada para procedimientos de Break and Seat. (University of Washington, 2006)

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4.5 Crack and Seat

La esencia de este procedimiento es similar a la del Break and Seat, pero se diferencia en

cuanto a que el proceso de demolición es llevado a cabo por medio de un martillo de impacto, el cual genera trozos de concreto más grandes que el Break and Seat. A pesar de que su técnica es similar, la del Crack and Seat puede llegar a generar daños significativos en el apoyo de las losas de concreto o en la subrasante (Gonzales, 2013). De utilizarse, debe ser con precaución ya que como muestra la Figura 3, estos daños pueden generar puntos con diferenciales de carga y zonas con bajos niveles de drenaje, además de reflexión de fallas acelerada y niveles de servicio muy pobres en un corto plazo luego de la rehabilitación.

4.6 Rubblize Compact

Este procedimiento también se aplica en la rehabilitación de pavimentos rígidos. Por el tipo de maquinaria utilizada (viga vibratoria), en esta metodología se fractura por completo la parte superficial de las losas de concreto, generando una superficie casi granular que evita la aplicación de una nueva capa granular anti-‐fisuras. Tal como muestra la Figura 4 y a diferencia del Crack and Seat, este método no representa ningún riesgo para el apoyo de las losas, ya que el tamaño de las partículas fracturadas aumenta proporcional a la profundidad de losa y las vibraciones no se transmiten de manera representativa hacia el apoyo (Gonzales, 2013).

Como los dos anteriores métodos, es necesario que la losa fracturada sea compactada

para luego ser provista de una nueva capa asfáltica de rodadura. La Figura 5, expone el estado final de la superficie luego de ser triturada.

Figura 3. Esquema de efectos de martillo de impacto sobre soporte de pavimento. (Resonant Machines, 2005)

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4.7 Whitetopping

El Whitetopping es una alternativa de rehabilitación de pavimentos flexibles y constituye

una medida efectiva para la optimización de la vida del mismo. Básicamente, consiste en la aplicación de una capa de Concreto Hidráulico sobre una existente capa de mezcla asfáltica deteriorada. Existen tres variaciones de Whitetopping comúnmente usadas en la industria y se definen en términos generales a continuación:

• Whitetopping tradicional: las losas de concreto poseen un espesor mínimo de 200 mm y

no se tiene en cuenta la unión entre la nueva capa de concreto y la de concreto asfáltico (Gonzales, 2013).

• Whitetopping delgado: las losas de concreto tienen un espesor de capa entre los 100 y 200

mm y puede o no, tenerse en cuenta la unión entre la capa asfáltica y de concreto (Gonzales, 2013).

• Whitetopping ultra delgado: espesor de capa menor a 100 mm y necesariamente requiere

una unión entre la capa asfáltica y la capa de concreto (Gonzales, 2013).

A pesar que diversos manuales y bibliografía existente no contemplan estos métodos dentro del rango del reciclaje, se ha decidido tomar en cuenta que éste sí hace parte de estos métodos, ya que su proceso involucra la reutilización de material, en este caso del pavimento existente deteriorado, como Base o Subbase de buena capacidad estructural. Esto sin duda alguna, disminuye significativamente la cantidad de material utilizado como soporte de la nueva capa de concreto, tal como material granular virgen proveniente de centros de acopio o explotación de canteras.

Figura 4. Viga Vibratoria, llevando a cabo procedimientos de Rubblizing (University of Washington, 2006).

Figura 5. Superficie luego de ser intervenida por proceso vibratorio (University of Washington, 2006).

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5. MATERIALES RECICLABLES Y SU ESTADO ACTUAL

Según la Federal Highway Administration (FHWA), 19 materiales son los reciclables con disposiciones técnicas y de diseño para su implementación en mezclas asfálticas y pavimentos en general. La Tabla 1 muestra una síntesis de los materiales mencionados anteriormente, así como una breve descripción de sus aplicaciones en pavimentos y la situación actual de cada uno en los Estados Unidos.

Tabla 1. Síntesis de explicación de 19 materiales reglamentados por la FHWA como reciclables y aplicables para utilización en pavimentos. (Federal Highway Administration, 1998)

MATERIAL DEFINICIÓN APLICACIONES ESTADO ACTUAL Y

CANTIDADES (USA) BAGHOUSE

FINES (Finos de filtros tipo ‘Baghouse’)

Partículas de polvo capturadas de los gases de escape provenientes de plantas productoras de HMA (Hot Mix Asphalt).

Inmediatamente reutilizado en proceso de producción de HMA o almacenado para uso como llenante mineral.

Entre 40 y 50% de plantas de HMA poseen procesos de recolección de ‘Baghouse fines’. Anualmente se producen entre 6 y 8Mt de este material.

BLAST FURNACE SLAG (Escoria de horno de explosión)

Co-‐producto no-‐metálico obtenido en la producción de hierro. Compuesto por silicatos, aluminosilicatos y calcio-‐alumino-‐silicatos. Comprende un 20% en masa de la producción de hierro.

Se ha utilizado como agregado para concreto con cemento Portland, asfáltico, hidráulico, agregado para bases granulares, agregados livianos para cemento Portland, materia prima para producción de cemento y como material aislante , entre otros.

Se reporta que casi la totalidad de material producido es utilizado, con menos del 10% de material desechado en vertederos, cantidad no despreciable teniendo en cuenta que anualmente se produce un aproximado de 15.5 Millones de Toneladas (Mt) en Estados Unidos.

COAL BOTTOM ASH/BOILER SLAG (Cenizas de carbón de Fondo/Escoria de Caldera)

Material no combustible recolectado del fondo de hornos de combustión a carbón. El producto final del ‘Coal bottom ash’ suele ser similar al agregado fino natural con la diferencia de ser más liviano y frágil. El ‘Boiler Slag’ por el contrario, es un material negro, grueso, angular y vidrioso.

Tipos de material dependen esencialmente del tipo de horno. Su papel en vías se ha centrado en el uso como llenante estructural, material de base y subbase para pavimentos y materia prima en la producción de cemento Portland

Según estadísticas del 2006, la industria genera anualmente aproximadamente 18.6Mt de ‘Bottom ash’ pero únicamente el 45% es utilizado. 2Mt de ‘Boiler Slag’ son generadas anualmente, de estas, cerca del 84% son utilizadas.

COAL FLY ASH (Cenizas Volantes)

Material fino obtenido del gas de combustión de la quema de carbón pulverizado en calderas u hornos. Recolectado por medio de precipitadores o equipos mecánicos de colección

Por sus características minerales y químicas su uso es amplio en pavimentos. Llenante mineral para concreto asfáltico, estabilización de suelos y bases, llenante estructural y materia prima para producción de cemento Portland, son algunas de sus principales aplicaciones

En 2006, 32.4Mt de material fueron utilizadas, siendo esto el 45% del total producido. Situación opuesta en la Union Europea donde más del 90% fue reciclado.

FGD SCRUBBER MATERIAL (Material de

Material obtenido de la desulfuración de los gases emitidos en el proceso de quema y combustión de

Sus usos se han limitado al relleno de taludes, como material para bases y materia prima para producción de

En 2006, se generaron 30Mt aproximadamente. Corresponde al 24.2% de todos los productos obtenidos de la

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MATERIAL DEFINICIÓN APLICACIONES ESTADO ACTUAL Y CANTIDADES (USA)

desulfuración de gases de combustión)

Carbón. cemento Portland combustión de carbón. Únicamente el 30% del material producido fue utilizado beneficiosamente.

FOUNDRY SAND (Arena de Fundición)

Silicio de alta calidad que se utiliza en la creación de moldes para la fundición de metales. Después de su utilización, el material pierde sus propiedades y se destina como residuo.

Entre sus beneficios, se encuentra el uso como reemplazo de agregado en mezclas asfálticas y concreto, taludes, muros de contención, bases y subbases, rellenos fluidos y mezclas de HMA.

Actualmente, 1.5Mt de material son reutilizadas anualmente en aplicaciones de ingeniería. Esto corresponde únicamente al 15% del total producido en el año.

KILN DUSTS (Polvos de horno)

Subproducto fino capturado de los sistemas de control de contaminación de aire y colección de polvos en procesos de producción de cal y Cemento Portland.

Un potencial uso se encuentra en el uso como agente estabilizador y solidificador de suelos blandos y húmedos por su capacidad absorbente y alcalina. Se ha utilizado como agregado liviano y llenante mineral en concretos asfalticos.

Anualmente se producen 18Mt aproximadamente en USA.. La mayoría del producto obtenido (64%) es reutilizado en el proceso de producción y sólo un 6% se utiliza fuera de sitio. Se calcula que en la actualidad la cantidad de material almacenado excede las 100Mt.

MINERAL PROCESSING WASTES (Residuos de procesamiento de minerales)

Residuos generados durante la extracción y beneficio de minerales. Entre otros se pueden encontrar residuos de rocas, carbón, lodos, o ‘gas pizarra’.

Cuando se presentan condiciones adecuadas de finura, contenido de impurezas, acidez o locación adecuada, los residuos pueden ser utilizados como material granular, agregado para concreto con cemento Portland, relleno fluido o relleno para taludes.

Se estima que 1.8 Billones de Toneladas son producidas al año, esto representa el 50% de los residuos sólidos producidos en USA anualmente. Se calcula una acumulación de 55 Billones de toneladas en todo el territorio americano.

MSW COMBUSTOR ASH (Cenizas de combustión de residuos solidos urbanos)

Es el subproducto obtenido durante la combustión de residuos solidos urbanos en instalaciones adecuadas para dicha actividad

Uso muy poco difundido. Potenciales usos como agregado sustituto en concreto asfáltico, concreto con cemento Portland y como agregado en aplicaciones para estabilización de bases.

Casi la totalidad de las 9Mt producidas anualmente, se disponen en vertederos. Situación contrastante se encuentra en Europa donde más del 50% se reutiliza en construcciones.

NONFERROUS SLAGS (Escorias no ferrosas)

Son producidos durante la recuperación y procesamiento de metales no ferrosos obtenidos de minerales naturales. Escoria de cobre, níquel, fosforo, plomo y zinc están incluidos en este grupo de materiales.

Se ha reportado su uso como agregado sustituto en HMA, relleno de taludes, agregado para bases granulares y algunos parecen tener propiedades cementantes, pero no se ha documentado su uso.

Se calcula que al año se producen casi 5Mt. Sin embargo, debido a la ubicación remota de sus lugares de producción, son muy poco utilizados y sus usos han sido muy poco difundidos. Mayoría termina en vertederos.

QUARRY BY-‐ PRODUCTS (Subproductos de cantera)

Materiales finos obtenidos en las fases de trituración y lavado de roca triturada en el proceso de obtención de agregados de canteras.

Se pueden obtener como finos residuales, como ‘baghouse fines’ o por sedimentación. Se ha reportado su uso en terraplenes, como agregado en bases y subbases granulares y dependiendo de su humedad y contenido de arcillas, puede ser utilizado como llenante mineral en HMA

Existen más de 3000 operaciones de cantera en USA y se calcula una producción anual de 175Mt. No se tiene información acerca de la cantidad exacta reciclada y virtualmente, todo se re-‐ almacena en las canteras.

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MATERIAL DEFINICIÓN APLICACIONES ESTADO ACTUAL Y CANTIDADES (USA) RECLAIMED

ASPHALT PAVEMENT

Ver Sección 5.1 Ver Sección 5.1 Ver Sección 5.1

RECLAIMED CONCRETE MATERIAL

RECLAIMED ASPHALT SHINGLE

SCRAP TIRES

(Llantas molidas)

SEWAGE SLUDGE ASH (Cenizas de lodo de aguas residuales)

Es el subproducto obtenido de la incineración de los lodos de aguas residuales deshidratados.

Su tamaño (limoso o arenoso) depende de tipo de deshidratación e incineración. Se ha reportado su uso como materia prima en la producción de concreto hidráulico, llenante mineral en HMA y agregado de relleno fluido.

Existen aproximadamente 170 plantas de tratamiento de lodos que procesan únicamente el 20% del total producido anualmente. Esto corresponde a una cantidad entre las 0.5 y 1 Mt de cenizas producidas anualmente

STEEL SLAG

(Escoria de Acero)

Es producido a partir de la separación del acero fundido de las impurezas en hornos de producción de acero. Está compuesta de silicatos y óxidos solidificados luego del enfriamiento.

Su tamaño y forma granular han hecho que sus principales usos hayan sido como base granular o como agregado en diversos campos de la construcción.

Se calcula que de las 8Mt que anualmente se producen, casi la totalidad es reutilizada en aplicaciones de la industria de la construcción.

SULFATE WASTES

(Residuos de Sulfatos)

Son subproductos ricos en sulfatos, obtenidos a partir del proceso de producción del acido fluorhídrico y fosfórico

Actualmente no cuenta con ningún tipo de aplicación material, aunque se ha estudiado su uso como material de base para pavimentos o estabilización de las mismas, así como de vías en afirmado.

Aproximadamente, se producen 35Mt anualmente en USA, pero se calcula que existen almacenadas casi 1 Billón de Toneladas sin utilizar alrededor de los Estados Unidos.

WASTE GLASS

(Residuos de Vidrio)

Es el material residual obtenido tanto del proceso de producción de vidrio, como del vidrio desechado de la actividad humana.

Cuando es triturado como partículas del tamaño de la arena, su comportamiento es muy similar al de ésta en el uso como material de agregado de bases, subbases, concreto hidráulico y asfáltico.

A pesar que es un material naturalmente reciclable, se calcula que casi el 77% de este es llevado a vertederos por la dificultad y altos costos de separación de impurezas como plásticos, metales, colorantes, entre otros. Aproximadamente 10Mt son producidas anualmente en USA.

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El desarrollo de estas guías técnicas y de diseño por parte de la FHWA, ha sido un gran punto de partida para ampliar la gama de posibilidades de reutilización de materiales en la industria de la construcción y, más específicamente, en el de la infraestructura vial. Como se puede observar, materiales provenientes de distintos tipos de industrias de producción, pueden llegar a ser utilizados satisfactoriamente como reemplazo de materiales vírgenes tradicionalmente usados, como agregados pétreos o granulares provenientes de canteras de explotación.

Los características de los materiales no descritos en la Tabla 1, se definen con más detalle

a continuación, por ser actualmente a su vez, los de mayor auge y desarrollo en el ámbito nacional e internacional.

5.1 Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) – Mezcla Bituminosa Reciclada (MBR)

Como RAP se conoce al material obtenido como parte del procedimiento de remoción de una capa asfáltica, el cual es utilizado posteriormente en la reconstrucción o repavimentación del mismo tramo, u otro en una distinta ubicación. El RAP tiene una amplia gama de posibilidades de utilización en procesos de construcción ya que por sus propiedades, puede ser empleado en mezclas asfálticas frías (Cold Mix Asphalt-‐CMA), tibias (Warm Mix Asphalt-‐WMA) o calientes (Hot Mix Asphalt-‐HMA), como agregado en capas de base o sub-‐base y puede llegar a tener usos tales como el relleno de terraplenes. Por sus diferentes usos, son también distintas las técnicas de tratamiento en las que el material puede ser utilizado, algunas de las cuales se describieron en la Sección 4 del presente informe.

5.1.1 Situación Actual en Estados Unidos

La National Asphalt Pavement Association, NAPA, a través de las encuestas nacionales llevadas a cabo en 49 de los 50 estados de los Estados Unidos desde el 2009 hasta el 2011, ha llegado a concluir que la industria del asfalto ocupa el primer lugar dentro del escalafón de los mayores recicladores de ese país con una tasa de reciclaje de pavimentos del 99% (NAPA, 2013). Así mismo y como lo muestra la Figura 6, en el 2011 registró una cantidad de 66.7 Millones de Toneladas de RAP utilizadas en mezclas asfálticas. Valor que representa un crecimiento del 19% con respecto al 2009 y del 7% con respecto al 2010, del número de toneladas de material reciclado utilizado por la industria en estos años.

Figura 6. Toneladas de RAP utilizadas por año en USA (Millones de Ton). (NAPA, 2013)

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Tal como se puede observar de la Figura 6, en el año 2011 casi un 92% del material asfáltico reciclado es utilizado en mezclas en caliente y tibias (HMA/WMA). A pesar de que el reporte de la NAPA no lo indica, estos valores dejan intuir el orden de importancia y el porcentaje de utilización de las distintas técnicas de reciclaje anteriormente mencionadas. Lo anterior indicaría una posible mayor utilización en dicho país del Reciclaje en Caliente In-‐Situ o en Planta y un auge importante de tener en cuenta, en cuanto a las mezclas en tibio.

Si se supone un contenido de asfalto del 5% en las cantidades anuales de RAP en Estados

Unidos, esto representa un poco más de 3.3 Millones de Toneladas (19 Millones de Barriles) de ligante asfáltico ahorrado. Traducido a dinero y tomando un costo aproximado por tonelada de ligante de $600USD, se estima que los ahorros anuales son de aproximadamente 1.98 Billones de Dólares anualmente (NAPA, 2013).

5.1.2 Situación Actual Colombia

Datos tan disgregados y específicos como los encontrados en el reporte de la NAPA y que

detallen de tal manera las cantidades y porcentajes de material asfaltico reciclado con el paso del tiempo, no se tienen en el país. Como causa principal, se encuentra el hecho de que las prácticas que allí se detallan no tienen tan amplia historia de aplicación y su reglamentación es muy reciente en el país. Esta situación a su vez conlleva a que la industria de la construcción no los haya adoptado en dichas proporciones.

Solo hasta el año 2007, a través del las Especificaciones Generales de Construcción de

Carreteras, el Instituto Nacional de Vías de Colombia (Invias), llevo a cabo ciertas actualizaciones que reglamentaron el Reciclado de Pavimento asfáltico en frío en el lugar o In-‐Situ y el Reciclado de Pavimento asfáltico en Planta y Caliente a través de los Artículos 461 y 462, respectivamente (Invias, 2007). Por su parte, el Instituto de Desarrollo Urbano de la ciudad de Bogotá (IDU), reglamentó en el año 2011 el reciclaje de pavimento asfáltico In-‐Situ y su estabilización con aditivos bituminosos y/o hidráulicos (IDU, 2011).

Si bien las cantidades de material reciclado resultantes de la aplicación de dichas

especificaciones y guías de construcción no se encuentran adecuadamente documentadas, sí se tienen algunos casos en los cuales su aplicación ha sido satisfactoria y muestran signos de avance en el desarrollo y posicionamiento de dichas técnicas de reciclaje principalmente en la ciudad de Bogotá. Algunos de estos ejemplos se citan a continuación y cabe aclarar que fueron utilizados como material estabilizante en bases con aditivos bituminosos y/o hidráulicos (IDU, 2011):

• Troncal NQS Norte Tramo II. Base estabilizada con material reciclado [MBR: 80%.

Granulares de aporte: 20% y Cemento Portland: 4% (del peso de la mezcla de MBR + Granulares)]:

o Área Intervenida: 13.000 m2_{(IDU, 2011)}

o Volumen Instalado: 1.620 m3_{(IDU, 2011)}

• Contratos de Mantenimiento IDU:

Tabla 2. Volúmenes de material asfáltico reciclado por Localidad. (IDU, 2011)

LOCALIDAD

VOLUMEN

(m

3

)

Bosa

1357

Usme

1697

(18)

• Intervenciones de la Brigada IDU-‐SOP:

Tabla 3. Área de material asfáltico reciclado por zona de Brigada IDU-‐SOP. (IDU, 2011)

Es importante recalcar que, preocupada por la problemática generada tanto por el volumen como por la disposición de escombros en la ciudad de Bogotá, la Secretaría Distrital de Ambiente, por medio de la Resolución 1115 de 2012, reglamentó la utilización y el aprovechamiento de los escombros provenientes del Distrito Capital. En esta, se exige la utilización de un porcentaje de RAP mínimo del 5% en metros cuadrados para obras civiles de carácter multifamiliar y del 10% para obras civiles realizadas por el IDU (Secretaria Distrital de Ambiente, 2012). Dicho porcentaje aumentará de forma gradual un 5% anualmente, hasta llegar a un mínimo de 25% del volumen o peso total del material utilizado en obra.

Si bien los porcentajes comentados anteriormente pueden llegar a ser mayores, bajo ningún motivo es permitida la utilización de porcentajes de RAP mayores al 40% (Invias, 2007). Cabe aclarar que, gran mayoría de los DOT (Department of Transportation) en Estados Unidos, reglamentan la utilización de RAP en valores que varían entre el 10 y el 50% (Al Qadi, Elseifi, & Carpenter, 2007). Adicionalmente, el valor promedio de RAP utilizado en los Estados Unidos es de aproximadamente 12% (Federal Highway Administration, 2011)

Si bien esto ya representa un gran avance para incentivar el uso de material reciclado en la

construcción o rehabilitación de pavimentos en la ciudad, se estableció adicionalmente que “Las

entidades públicas podrán considerar como ítem de evaluación los porcentajes de material reciclado proveniente de escombros o su reutilización, dentro de los procesos de contratación pública para el desarrollo de obras” (Secretaria Distrital de Ambiente, 2012). Lo anterior quiere decir que, entidades contratantes estarán en la libertad de otorgar más puntos a los proponentes que dentro de sus propuestas, incluyan porcentajes superiores a los mínimos exigidos.

5.2 Reclaimed Concrete Pavement/Reclaimed Concrete Material (RCP/RCM)

Es producido a partir de la demolición parcial o total de losas de concreto de Cemento

Portland (PCC, Portland Cement Concrete) en el proceso de reconstrucción o rehabilitación de alguna vía existente. El concreto demolido es usualmente trasladado a una planta donde residuos metálicos son removidos y tiene lugar un proceso de trituración y tamizado. Sin embargo, este mismo concreto demolido puede permanecer In-‐Situ y ser preparado para llevar a cabo técnicas de reciclaje como el Crack and Seat, Break and Seat o el Rubblizing Compact, explicadas anteriormente.

Mártires

1.143 Engativá

720 TOTAL

5.779 ZONA

AREA (m

2

)

Sur

92.295 Norte

31.180 Rural

11.475 TOTAL

134.950

(19)

La manera en la que es llevado a cabo el proceso de trituración del RCP transportado a planta, hace que la gradación y forma de sus partículas resultantes sean las óptimas para su principal uso como reemplazo de agregado en bases granulares, estabilizadas, HMA y nuevo PCC.

5.2.1 Situación Actual Estados Unidos

2 billones de toneladas de agregado son producidas anualmente en los Estados Unidos y

se espera que su producción aumente a 2.5 Billones de Toneladas en el 2020, lo cual ha llegado a aumentar significativamente la preocupación acerca de donde provendrán estas grandes cantidades de nuevo material (FHWA, 2004).

De esta preocupación, ha surgido en el mercado gran interés por la reutilización del

concreto en sus distintas formas y su utilización está en aumento debido a los comprobados ahorros, por cuenta de la disminución en cantidades de material transportado y emisiones contaminantes, especialmente cuando el material es reutilizado dentro de la misma área metropolitana en que son producidos.

La Figura 7 muestra la distribución por usos del concreto reciclado en los distintos estados

de los Estados Unidos. En este mapa, se identifican las distintas aplicaciones del concreto reciclado, tales como agregado de rellenos fluidos o concreto asfáltico, agregado de nuevo PCC, agregado para base o subbase, o una combinación de métodos.

Figura 7. Distribución por usos del Concreto Reciclado en Estados Unidos. (Federal Highway

Administration, 1998)

Como se observa, una gran mayoría de estados llevan a cabo procesos de reciclaje del concreto a través de su reutilización como agregado de bases y agregados de relleno fluido o mezcla asfáltica. Sin embargo, todas sus aplicaciones son cubiertas alrededor del país, lo cual garantiza un apropiado desarrollo tanto técnico como en cantidad de material reciclado en los próximos años, así como una difusión efectiva de sus prácticas relacionadas a través de todo el territorio.

5.2.2 Situación Actual Colombia

A través de la Especificación Técnica para el Empleo de Agregados Pétreos a partir de Concreto Hidráulico Reciclado, el IDU reglamenta la utilización de concreto reciclado en la ciudad de Bogotá. En esta, se estipula que el concreto reciclado podrá ser utilizado como parte de materiales de Base, Subbase, Concretos o como material de relleno (IDU, 2010). A la fecha, no se

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encontró reglamentación alguna por parte del Invias para la reutilización de concreto hidráulico con aplicación a pavimentos.

Desafortunadamente, no existen en Colombia datos que disgreguen detalladamente la

cantidad de concreto demolido, ni tampoco el reutilizado en proyectos de rehabilitación o construcción. A través del tiempo, este tipo de material ha sido catalogado como escombro, por lo que su tratamiento y disposición ha sido como tal.

Aspectos como la disposición, tratamiento y reutilización de escombros, serán tratadas

posteriormente en la Sección 5.5.

5.3 Reclaimed Asphalt Shingle (RAS)

Los “asphalt shingles” son un tipo de tablilla para tejados que representa uno de los

materiales más utilizados para este fin en los Estados Unidos por ser económicos y de fácil utilización. Este material tiene un contenido de asfalto que puede variar entre el 19 y el 36% en contenido de peso (CalRecycle, 2006) y como todo material al final de su vida útil, debe ser reemplazado. Después de muchos años de ser dispuesto en rellenos sanitarios y botaderos, se destinó su utilización, entre otras finalidades, como agregado en nuevas Hot Mix Asphalt (HMA) o Warm Mix Asphalt (WMA), bases y subbases granulares, lo cual ha contribuido significativamente a la disminución en la utilización de nuevo material asfáltico virgen, agregado pétreo, así como a la disminución de material de desecho en vertederos y rellenos sanitarios.

A pesar de no ser aplicable a Colombia por la inexistencia de este tipo de material en el país, se considera importante mencionar, ya que por lo menos en los Estados Unidos, genera aproximadamente 11 Millones de Toneladas (MTon) de desperdicios al año, haciéndola una técnica de amplio alcance y gran impacto para el medio ambiente.

Tal como lo muestra la Figura 8, en el 2011 se registró una cantidad de 1.2 Millones de Toneladas de RAS utilizadas en HMA y WMA. El anterior valor, representa un crecimiento del 70% con respecto al 2009 y del 8% con respecto al 2010, del número de toneladas de material reciclado utilizado por la industria en estos años.

Figura 8. Toneladas de RAS utilizadas por año en USA (Miles de Toneladas)

A diferencia de los años 2009 y 2010, en el año 2011 se puede ver como casi la totalidad del material obtenido fue reutilizado en aplicaciones relacionadas con pavimentos, situación que confirma las grandes ventajas mecánicas, económicas y ambientales de utilizar este material. Adicionalmente, si bien no se especifican las cantidades exactas de HMA y WMA utilizadas, se puede intuir que las tecnologías de WMA atraviesan por un gran momento en la industria y sus ventajas ambientales, constructivas y económicas han de ser tenidas en cuenta.

Diagnóstico del estado actual del reciclaje de pavimentos en Colombia y recomendaciones para su implementación efectiva