rap astec plantas

FRESADO Y RECICLAJEpor J. Don Brock, PhD., P.E.

Boletn tcnico T-127S

ASTEC anima a sus ingenieros y ejecutivos a redactar artculos que sean de valorpara los miembros de la industria de mezcla de asfalto caliente (HMA). La compaatambin patrocina actividades de investigacin independiente cuando lo estimaapropiado y ha coordinado la redaccin conjunta con empresas competidorasde la industria. La informacin se divulga a las partes interesadas a travs deboletines tcnicos. El propsito de los boletines tcnicos es poner la informacina disposicin de la industria de HMA a fin de contribuir al proceso de mejoramientocontinuo que beneficia a la industria.

1CONTENIDOINTRODUCCION ................................................................................... 2FRESADO.............................................................................................. 4RECICLAJE ........................................................................................... 9

AHORROS DEL RECICLAJE ....................................................... 9ADQUISICION Y PREPARACION DEL RAP

(PAVIMENTO ASFALTICO RECUPERADO) .................. 11DISEO DE LA MEZCLA ........................................................... 15

EQUIPO PARA RECICLAJE............................................................... 15PLANTAS DOSIFICADORAS ..................................................... 16PLANTAS MEZCLADORAS DE TAMBOR ................................. 20

CONCLUSION ..................................................................................... 23

2INTRODUCCIONLas mquinas fresadoras de pa-vimentos asflticos pequeasse introdujeron por primera vezalrededor de 1970. Su desarro-llo se haba extendido con rapi-dez para mediados de la dca-da de los aos 70. Las mqui-nas originales tenan anchos decorte muy estrechos. Sin embar-go, para 1976 las mquinas po-dan cortar un carril completo de4 metros de ancho. Las prime-ras mquinas necesitaban mu-cho mantenimiento y eran pocofiables. Los dientes de cortecostaban de US$3,00 aUS$5,00 cada uno y durabanpoco. Ahora cuestan mucho me-nos y duran ms.Desde la dcada de 1970, lasfresadoras han crecido en tama-o y potencia. Ahora son muysimples, confiables y de alta ca-pacidad. El desarrollo de losdientes de corte ha tambinavanzado de modo significativo.Hoy da el costo medio de undiente de corte es de US$2,00y su duracin equivale a la detres dientes de los modelos an-teriores ms caros. La vida tilms prolongada de los dientesreduce de modo significativo eltrabajo necesario para reempla-zarlos. Y la potencia ms altaaumenta la velocidad de pro-duccin y reduce los costos demodo significativo.La Figura 1 muestra el costotpico de fresado a finales de losaos 70 y al principio de los 80

Todos los costos se indican enDlares EE.UU.

COSTO DE FRESADO DE MEDIO CARRIL A PRINCIPIOS DE LA DECADA DE LOS 70

COSTO/HORAPRODUCCION (m2/h)PRODUCCION (t/h)COSTO/m2COSTO/tCOSTO/HORAPRODUCCION (m2/h)PRODUCCION (t/h)COSTO/m2COSTO/tCOSTO/HORAPRODUCCION (m2/h)PRODUCCION (t/h)COSTO/m2COSTO/tCOSTO/HORAPRODUCCION (m2/h)PRODUCCION (t/h)COSTO/m2COSTO/t

US$315,00104563,5

US$ 0,30US$ 5,03US$320,00

72799,20

US$ 0,44US$ 3,92US$345,00

585100

US$ 0,59US$ 3,45US$390,00

502113

US$ 0,78US$ 3,45

Basado en el uso de una mquina fresadora de medio carril BG RX-40 CMI PR 450 (modelo de los aos 70) funcionando 750 horas/ao.

25,4 mm

50,8 mm

76,2 mm

101,6 mm

Figura 1

Figura 2

Figura 3COSTO ACTUAL DE FRESADO DE MEDIO CARRIL

25,4 mm

50,8 mm

76,2 mm

101,6 mm

ALTO* BAJO**


US$244,00156690,7

US$ 0,16US$ 2,69US$250,00

1129127

US$ 0,22US$ 1,97US$260,00

1066181

US$ 0,24US$ 1,44US$300,00

1087254

US$ 0,28US$ 1,18

US$182,002090118

US$ 0,09US$ 1,54US$195,00

1421163

US$ 0,14US$ 1,20US$225,00

1338227

US$ 0,17US$ 0,99US$250,00

1296295

US$ 0,19US$ 0,85

Basado en el uso de una mquina fresadora de medio carril Roadtec RX-60 funcionando 750 horas/ao.* Mano de obra de alto costo y agregado abrasivo (granito)** Mano de obra de bajo costo y agregado suave (piedra caliza)

3para una fresadora de mediocarril con un motor de 450 HP.La Figura 2 ilustra una mquinatpica de esa poca. La Figura3 muestra el costo de fresadoanticipado con una mquina demedio carril de alta capacidaddisponible hoy da. La Figura 4muestra una mquina tpica dela actualidad.Las fresadoras de carril comple-to pueden reducir los costos aunms. La Figura 5 muestra elcosto de operacin de una m-quina tpica de carril completocon motor de 700 HP. La fresa-dora de carril completo ofrecegrandes ahorros en compara-cin con una mquina de mediocarril porque no es necesario re-troceder y hacer una segundapasada. As, ahorra una horacompleta por cada hora que tra-baja. La Figura 6 muestra unamquina tpica. Como puedeverse a partir de estas compara-ciones de costos, el costo delfresado es hoy considerable-mente menor de lo que era haceunos 10 a 12 aos.Muchos contratistas y agenciasgubernamentales no estnconscientes de las reduccionesde costo logradas en aos re-cientes. Por consiguiente, noutilizan las mquinas de modotan efectivo como pudieran. Lasdescripciones siguientes expli-can las muchas ventajas del fre-sado tanto para las agenciasgubernamentales como paralos conductores.

Figura 4

COSTO ACTUAL DE FRESADO DE CARRIL COMPLETO

25,4 mm

50,8 mm

76,2 mm

101,6 mm

COSTO/HORAm/minPRODUCCION (m2/h)PRODUCCION (t/h)COSTO/m2COSTO/tCOSTO/HORAm/minPRODUCCION (m2/h)PRODUCCION (t/h)COSTO/m2COSTO/tCOSTO/HORAm/minPRODUCCION (m2/h)PRODUCCION (t/h)COSTO/m2COSTO/tCOSTO/HORAm/minPRODUCCION (m2/h)PRODUCCION (t/h)COSTO/m2COSTO/t

US$388,0022,9

4354260

US$ 0,09US$ 1,49US$388,00

12,22322278

US$ 0,17US$ 1,40US$388,00

8,51625291

US$ 0,24US$ 1,33US$388,00

7,61451347

US$ 0,27US$ 1,12

US$337,0026

4932295

US$ 0,07US$ 1,14US$337,00

152903347

US$ 0,12US$ 0,97US$337,00

112032364

US$ 0,17US$ 0,93US$337,00

9,11741416

US$ 0,19US$ 0,81

Basado en el uso de una mquina fresadora de carril completo Roadtec RX-70 funcionando 750 horas/ao.* Mano de obra de alto costo y agregado abrasivo (granito)** Mano de obra de bajo costo y agregado suave (piedra caliza)

ALTO* BAJO**

Figura 5

Figura 6

4Al considerar el menor costo deoperacin de las mquinas y elcosto menor de los dientes, elfresado debera constituirse enel mtodo estndar para laconstruccin de carreteras dela actualidad.

FRESADOEl fresado (tambin denominadoperfilado en fro) ofrece muchasventajas para el ingeniero decarreteras. Veinte aos atrs,las carreteras se diseabanpara un trnsito menor y paravehculos ms livianos que loshallados hoy en da. En conse-cuencia, muchas carreteras su-fren deformaciones y fallasprematuras. El restablecimientode una superficie uniforme esesencial si se han de repararapropiadamente estascarreteras. Las agencias res-ponsables de preparar pliegosde especificaciones siempre de-ben exigir que la colada antiguasea completamente quitada alhacer trabajos de reparacin.De este modo se proporcionauna superficie uniforme para lacolocacin del pavimento nuevo.La Figura 7 muestra una auto-pista interestatal tpica llena derodadas. La Figura 8 ilustra unaformacin de rodadas profun-das. Si se repavimentan estoscaminos como se muestra en laFigura 9, se colocar una canti-dad insuficiente de mezcla en lazona de rodadas, produciendouna baja densidad en estas zo-

Figura 7

Figura 8

Figura 9

RODADAS EN PAVIMENTO COLOCADO SIN FRESAR

BASE ORIGINAL

DESPUES DEL REPAVIMENTADO

DESPUES DEL TRANSITO VEHICULAR

5nas. Si se fresa la carretera has-ta obtener una superficie plana,se genera material de reciclaje,se eliminan las rodadas y elnuevo pavimento tendr unadensidad uniforme a todo el an-cho del carril como se muestraen la Figura 10.El fresado puede restablecer elperalte y la pendiente correctosde la carretera y eliminar puntosaltos y rodadas. Muchas veces,el fresado puede reducir o hastaeliminar las agrietaciones porreflexin. Se puede lograr unmejor enrasamiento con el fre-sado que aplicando una capa ni-veladora de asfalto. Adems, selogran ahorros considerables.Desafortunadamente, la mayo-ra de las especificaciones defresado exigen una profundidadde fresado especfica, lo cual noasegura que se obtendr unasuperficie completamente plana.Al nivelar con una fresadora, sedebe usar un patn de longitudapropiada para obtener la mis-ma uniformidad de superficieque aqulla lograda con unamquina pavimentadora, comose muestra en la Figura 11. Sedebe usar un patn de 12,1 mpara enrasar.Una fresadora crea una superfi-cie estriada y spera como semuestra en la Figura 12. Y creauna superficie ms grande quela que exista antes del fresado.As, una superficie recientemen-te fresada se entrelaza y uneextremadamente bien con lanueva superficie de asfalto quese aplica.

PAVIMENTO ALISADO DESPUES DEL FRESADO

BASE ORIGINAL

DESPUES DEL FRESADO

DESPUES DEL REPAVIMENTADO

DESPUES DEL TRANSITO VEHICULAR

Figura 10

FRESADO CON PATINFigura 11

Figura 12

6En la actualidad, se puede fre-sar la superficie de una carrete-ra (incluso una carretera secun-daria) con un costo aproximada-mente igual o menor que el deaplicar una capa ligante. Conuna fresadora-cargadora frontal,se recoge automticamente elmaterial derramado por el trans-portador. Al utilizar un sistemade barredora integral (como semuestra en la Figura 13) la ma-yor parte de los trozos grandesde material fresado se recogeny se cargan automticamente alcilindro de corte para colocarlosde nuevo sobre el sistematransportador. El material finoque permanece en la carreterase derretir casi instantnea-mente al aplicar una nueva capade mezcla caliente. De estemodo, las partculas finas seconvierten en una capa ligante.Ms aun, las zonas fresadasdan una superficie entrelazadamucho ms fuerte que la de unacapa ligante.Al utilizar este procedimiento delimpieza con una fresadora decarril completo, se pueden fre-sar secciones enteras de la ca-rretera, repavimentndolas in-mediatamente detrs de la fre-sadora. Una mquina pavimen-tadora puede trabajar a unos 45a 60 metros detrs de la fresa-dora, dejando suficiente espaciopara acarrear mezcla caliente ala pavimentadora. Por su parte,los camiones de mezcla calientepueden acarrear el material fre-sado a la planta para reciclarlo.

FRESADORA CON BARREDORAS INCORPORADAS

RETORNO A TRANSPORTADOR DEL CILINDRO DE CORTE

BARREDORADE RODILLO

UNICO

DOS BARREDORAS GIRATORIAS (UNA EN CADA LADO)

CILINDRO DE CORTE

SENTIDO DE CORTE

Figura 13

PAVIMENTACION CON FRESADORA Y PAVIMENTADORA

PAVIMENTADORACOMPACTADORES

CAMION DE MEZCLA CALIENTE

FRESADORA CON BARREDORAS CAMION

SOBRECAPA NUEVA BASE FRESADA45,7 A 61 m

BASE ORIGINAL

ROADTEC

Figura 14

EL FRESADO ELIMINA LOS ACOTAMIENTOS DESNIVELADOS

BASE ORIGINALQQQQ

DESPUES DEL FRESADO

QQQQ

QQQQ

DESPUES DE LA SOBRECAPAQQQ

ACOTAMIENTOS

ACOTAMIENTOS

ACOTAMIENTOS

Figura 15

7Con este procedimiento, no sepermite en ningn momento lacirculacin de trnsito sobre lasuperficie fresada. Tpicamente,la fresadora y la pavimentadoraocupan nicamente una seccinde 45 metros de la carretera, ylas mquinas compactadoras dela nueva superficie ocupan unespacio de menos de 600 me-tros. Por lo tanto, se logra unadesviacin mnima del trnsito.Debido a que esta tcnica es untanto nueva, sus beneficios noson ampliamente conocidos.Pero los ahorros logrados al re-cuperar y reutilizar los materia-les, ms la reduccin de demo-ras para los automovilistas, de-beran convertir esta tcnica enel mtodo estndar de la indus-tria. (Figura 14)Se ganan otras ventajas muyimportantes con el fresado y re-pavimentado al efectuar traba-jos en autopistas. No se necesi-ta elevar los acotamientos, por-que la elevacin de la carreterapermanece igual (Figura 15).No es necesario elevar las ba-rreras (vase la Figura 16). Y elglibo de los puentes permane-ce igual, obviando la necesidadde reemplazar los avisos de al-tura libre. (Figuras 17 y 18)Adems, al fresar la superficiede un puente, su capacidad decarga permanece igual, hacien-do innecesario el mejorar su es-tructura o reducir sus lmites depeso. (Figura 19)

Figura 16

EL FRESADO PRESERVA LAS ALTURAS LIBRESFigura 17

Figura 18

8El fresado es probablementems beneficioso en las ciuda-des que en cualquier otro sitio.La mayor parte de ciudades harecubierto sus calles tantas ve-ces que su desage es inade-cuado. Las sobrecapas de lascalles frecuentemente lleganhasta el nivel de la guarniciny de la cuneta (Figura 20) otienen lomo como se muestraen la Figura 21. Al fresar la ca-lle de vuelta a su perfil originaly bajar su elevacin a la super-ficie inicial, se restablece eldesage correcto y se mejorala seguridad de los conducto-res. Las cunetas recobran sucapacidad de descargar el volu-men del agua para el cual sedisearon originalmente.Al repavimentar una calle urba-na, no es raro que el costo deelevar los registros de serviciospblicos (Figura 22) exceda elcosto de la pavimentacin. Sise fresan 40 mm de la superfi-cie y se aplica una capa nuevade 40 mm, se puede reparar ymejorar la calle sin alterar laelevacin de los registros. Estoofrece ahorros significativos, ala vez que genera material dereciclaje que puede aadirse ala mezcla nueva usada parapavimentar la calle.Ms y ms contratistas de pavi-mentacin con asfalto ahorautilizan mquinas fresadoras.Las utilizan no slo para el fre-sado arriba descrito, sino comoniveladoras finas, excavadorasy trituradoras de material reci-clable. Los controles precisosde granulometra de la fresado-ra la convierten en una exce-

Figura 19

Figura 20

Figura 21

9lente fresadora fina. Y ya quetambin excava y carga mate-riales, hace el trabajo antesrealizado por dos o tres mqui-nas distintas.

RECICLAJEAhorros logrados conel reciclajeAdems de todas las ventajasobtenidas al fresar y perfilar lascalles tanto en trabajos urbanoscomo en carretera, se generancantidades grandes de materialreciclable. (El material reciclablecomnmente se denomina RAP,que significa pavimento asflticorecuperado por sus siglas en in-gls.) Muchos contratistas no sedan cuenta de los ahorros quepodran lograr al usar RAP.Por consiguiente, no siempre lousan a su mayor provecho.El RAP bsicamente vale lomismo que el material que re-emplaza. Puede reemplazar unaparte del agregado virgen y delasfalto lquido en una mezclanueva. El costo medio de agre-gados en los Estados Unidos enla actualidad es de US$5 por to-nelada, pero oscila entre US$2y US$13 por tonelada. En los l-timos diez aos, el costo del as-falto lquido ha oscilado deUS$50 a US$200 por tonelada.La Figura 23 muestra el costode los materiales en una mezclasuperficial con agregados aUS$5 por tonelada y con asfaltolquido a US$120,00 por tonela-da.

Figura 22

COSTO DEL MATERIAL VIRGEN

Costo del agregado - US$5,00/t x 0,94 = US$4,70Costo del asfalto - US$120,00/t x 0,06 = 7,20TOTAL US$11,90

Basado en agregado de US$5,00 y asfalto de US$120,00

25,4 mm

50,8 mm

76,2 mm

101,6 mm

ALTO* BAJO**

COSTO DE MATERIAL FRESADO TRABAJOS URBANOS


US$387,001254

73US$ 0,31US$ 5,30US$395,00

878100

US$ 0,45US$ 3,95US$420,00

752128

US$ 0,56US$ 3,28US$450,00

669152

US$ 0,67US$ 2,96

US$235,001672

94US$ 0,14US$ 2,50US$245,00

1137129

US$ 0,22US$ 1,90US$300,00

1003168

US$ 0,30US$ 1,79US$340,00

836190

US$ 0,41US$ 1,79

Figura 24

Figura 23

10

Al usar una mquina fresadorade medio carril (Figura 3) paratrabajos urbanos (Figura 24),los costos de la mquina y demano de obra del RAP puedenser de unos US$3,00 por tonela-da. Si cuesta US$2,00 por tone-lada para acarrearlo a la plantade mezcla de asfalto, el costoaumenta a US$5,00 por tonela-da. Pero si se le est pagandoal contratista por fresar y aca-rrear el material, se reduce con-siderablemente su costo neto.Por ejemplo, si el contratistarecibe US$3,00 por toneladade material fresado, su costoneto se reduce a nicamenteUS$2,00 por tonelada (el costode acarreo en camin).En trabajos en carretera, sepueden lograr velocidades deproduccin ms altas porque noes necesario mover vehculosestacionados, hay menos obs-trucciones, etc. As, el contratis-ta puede reducir su costo demodo significativo, como se de-muestra comparando la Figura3 con la Figura 24. Al hacer tra-bajos en carretera sin recibirpago por el fresado, la diferen-cia entre el costo del materialvirgen y del RAP es de US$8,10por tonelada, como se muestraen la Figura 25.Se ahorran los US$8,10 por to-

nelada de RAP, sin importar la velocidad a la cual se recicle el RAP.Las mezclas que usan 10 por ciento de RAP sencillamente lo usan mslentamente que las mezclas que usan 50 por ciento de RAP. Como seexplicar ms adelante, la mezcla es menos sensible cuando se usanporcentajes ms bajos de RAP que con porcentajes ms altos. Por tan-to, existen ventajas en mantener el porcentaje bajo. Siempre y cuandose utilice todo el RAP disponible, se lograr el ahorro representado porsu valor.

AHORROS CON EL USO DE RAP

Costo del agregado - US$5,00/t x 0,94 = US$4,70Costo del asfalto - US$120,00/t x 0,06 = 7,20COSTO TOTAL DEL MATERIAL VIRGEN = US$11,90Costo del RAP = US$3,70(Basado en un costo de US$2,20/t, acarreo y US$1,70 de costo de fresado)

Ahorros/t de RAP = US$8,20Ahorros/t de mezcla al... 10% = US$ 0,82

20% = 1,6430% = 2,4640% = 3,2850% = 4,10

Figura 25

Figura 26

11

El aadir 10 por ciento de RAP en una mezcla nueva ahorra 81 centa-vos por cada tonelada de mezcla nueva. Pero, para usar una toneladade RAP, ste se aade a 10 toneladas de mezcla, todava logrando unahorro total de US$8,10 por cada tonelada de material fresado usado.El uso de 50 por ciento de RAP en una mezcla nueva ahorra US$4,05por cada tonelada de mezcla nueva, todava ahorrando US$8,10 portonelada de material fresado. Pero el RAP ahora se combina con slodos toneladas de mezcla.

Adquisicin y preparacin del RAPSe consigue el RAP de los trabajos de fresado o de perfilado en frocomo se describi arriba. Tambin puede conseguirse de varias otrasfuentes. Las compaas de servicios pblicos continuamente hacencortes y desechan material reciclable valioso. Este material a menudose encuentra en trozos grandes que requieren ser triturados yprocesados.Para utilizar RAP apropiadamente, es mejor manejarlo como si fueraagregado virgen. Al usarlo en cantidades grandes, se lo debe separaren al menos dos tamaos diferentes para controlar apropiadamente lagranulometra.Cuando exista la oportunidad, los contratistas que poseen fresadoras amenudo salen a fresar pavimentos para obtener material reciclable.Esto es ms barato que romper y triturar pavimento, porque el materialfresado normalmente no requiere trituracin.Se muestra una trituradora de etapa nica tpica en la Figura 26. Estaes una unidad trituradora de impacto. Est equipada con una criba queproduce dos grados de RAP diferentes.Cuando se usa una trituradora de etapa nica, es difcil triturar el mate-rial a un espesor de 13 mm. El alimentar trozos grandes del material re-quiere el uso de una trituradora muy grande. Las proporciones de re-duccin de 7 a 1 en las trituradoras de mandbulas y de 15 a 1 en tritu-radoras de impacto son factibles. Es difcil obtener productos con untamao de menos 50 mm usando un impactor de eje horizontal o un im-pactor de dientes flexibles. Al producir dos tamaos de producto, sepuede ajustar la trituradora para un producto de 50 mm y cribarlo, ge-nerando un producto de 50 mm a 13 mm y otro producto de 13 mmo ms pequeo.Con una trituradora de dos etapas, se puede generar un producto de13 mm econmicamente. Se hace esto ajustando la trituradora principalpara un tamao de producto de 75 a 100 mm, y despus pasando elmaterial de ms de 13 mm a travs de una trituradora de conos, comose muestra en la Figura 27.

12

Se utilizan un grizzly y una tritu-radora principal de impactocomo primera etapa. En la se-gunda etapa se usan una cribade uno o dos pisos y una tritura-dora de conos. El material quepasa a travs del grizzly vibrato-rio se desva de la trituradora deimpacto y es transportado a lacriba. El material que pasa a tra-vs de la criba es separado endos tamaos. El material recha-zado por la criba superior pasapor la trituradora de conos y estransportado a las cribas, endonde es clasificado nueva-mente. La Figura 28 muestra undiagrama del circuito tpico deuna unidad trituradora de dosetapas que fabrica dos produc-tos.Los pedazos grandes podranbloquear la entrada de unatrituradora de impacto, creandoun problema significativo. Si seapaga la mquina y el pedazocae dentro de sta, no ser po-sible volver a arrancar la tritura-dora. Y mientras la trituradoraest funcionando, no es seguroretirar el trozo atascado de lamisma. Por tanto, es necesarioreducir el material a un tamaoapropiado para evitar introducirtrozos de sobretamao en la tri-turadora. Pero el hacer esto tpi-camente resulta en una produc-cin baja, porque es necesarioromper los trozos grandes conlas cargadoras, las topadorasu otros mtodos que son lentosy costosos.

CIRCUITO DE TRITURADORA DE RAP DE DOS ETAPAS GENERANDO UN PRODUCTO

CRIBA SEPARADORA DE UN SOLO PISO

MATERIAL

13

Una alternativa es el usar unatrituradora principal de impactoextremadamente grande. Peroesto es costoso y una mquinade esta categora es normal-mente capaz de una produccinmucho ms alta que la necesa-ria. Sin embargo, esta opcindeber mantenerse en cuenta sise utiliza una trituradora paraRAP, puesto que el RAP podraincluir trozos grandes de formairregular.Las trituradoras ms tiles sonlas trituradoras de impacto debi-do a su capacidad de reduccinms alta. Se muestra una sec-cin de una trituradora de im-pacto tpica de barra fija enla Figura 29. Se muestra un tipode diente flexible alternativo enla Figura 30. Estas trituradoraspueden utilizarse como mqui-nas sencillas para reducir el ma-terial a 50 75 mm. Pero cuan-do se tritura el material a 20 mm 13 mm, se aumenta su des-gaste de modo significativo.No se utilizan a menudo las tri-turadoras de mandbulas y lastrituradoras de conos para RAPporque suelen empacar el mate-rial. Sin embargo, se puede usaruna trituradora de conos ade-ms de una trituradora de im-pacto de eje horizontal como semuestra en las Figuras 27 y 28.Con esta disposicin, la trituradora de impacto sirve de trituradora prin-cipal, reduciendo el material a un tamao de 40 a 50 mm. Al cribar elmaterial, las partculas pegajosas finas son desviadas de latrituradora de conos. El material ms grande, que normalmente no tienesuficiente asfalto para causar el empacado, se dirige a la trituradora deconos. Ms aun, la trituradora de conos puede reducir tambin el tama-o del agregado virgen de sobretamao que normalmente se mezclacon el RAP. Este proceso, mostrado en la Figura 28, produce un mate-rial de 13 mm y ms pequeo que puede ser usado en todos los tiposde mezcla.

IMPACTOR DE EJE HORIZONTAL

BANDA ARTICULADA SUPERIOR

FORROS DE ACERO DE ALEACION

CUAS

MARTILLOS

BANDA ARTICULADA INFERIOR

ROTOR

Figura 30

FRESADO EN MONTON DE RAP

ROADTE

C

Figura 31

14

Cuando se usa una fresadorapara extraer pavimento asflticocomo se describi anteriormen-te, el tamao de los materialesfresados oscila de 50 a 100 mm.Por lo tanto, una fresadora fun-ciona bien no slo para el perfi-lado en fro, sino tambin comouna mquina que podra reem-plazar a la trituradora principal.La Figura 31 muestra un mto-do alternativo de triturado, utili-zando una fresadora en un al-macenamiento de material. Unamquina fresadora de medio ca-rril sirve de trituradora principalde 2,13 m de ancho que reduceel material a trozos de 100 mmo ms pequeos. Con este m-todo, se puede usar una tritura-dora secundaria ms pequeaen la planta de asfalto como semuestra en las Figuras 32 y 33.La trituradora pequea permitealimentar el material a travs deuna tolva convencional paraRAP en la planta de asfalto.El material se transporta des-pus a una criba que separa elmaterial de sobretamao, elcual se alimenta a una triturado-ra de impacto de martillo girato-rio. La trituradora de martillogiratorio reduce el material a untamao de 13 mm o ms peque-o y lo devuelve al transporta-dor que lo lleva nuevamentea la criba.La trituradora puede procesartrozos con un tamao mximode hasta 150 mm. Por consi-guiente, el 100 por ciento delmaterial fresado va a la plantay prcticamente no se genera

Figura 32

CIRCUITO DEL ALIMENTADOR DE RAP CON CRIBA Y TRITURADORA

TOLVA DE MATERIAL RECICLADO CRIBA

SEPARADORA

TRITURADORA DE MARTILLO GIRATORIO

Figura 33

Figura 34

15

desperdicio. De este modo, la fresadora se utiliza ms completamente yse reduce la complejidad total del sistema comparado con uno que utili-za una trituradora de una o dos etapas.Cuando se usa RAP triturado apilado, se puede usar una trituradorasimilar a la mostrada en la Figura 34 para romper los trozos. Sin em-bargo, estas mquinas son trituradoras de servicio liviano, nicamentecapaces de romper los pedazos. Estas no evitan que se enve materialde sobretamao al mezclador. Eso se debe a que en realidad no tritu-ran pedazos de material fresado duro o piedras como la trituradoramostrada en la Figura 32.

Diseo de la mezclaCuando se usa de modo apropiado, la introduccin de RAP en unamezcla nueva puede producir una mezcla de calidad igual o superiorque una obtenida con slo materiales vrgenes. Como se mencionanteriormente, el RAP debe manejarse como cualquier otro materialvirgen. Se desarrollan cursos especiales de diseo de la mezcla parala mezcla con RAP en las instalaciones de la National Asphalt Pave-ment Association y de Chicago Testing Laboratories.A menudo, los productores desean usar cantidades grandes de RAPprestando poca atencin al diseo de la mezcla. El anlisis de la econo-ma arriba mencionada demuestra que no importa realmente el porcen-taje de RAP que se aada a la mezcla, siempre y cuando se use todoel RAP disponible. Si un propietario de planta usa 20.000 toneladas deRAP por ao preparando 100.000 toneladas de mezcla, experimentarmenos problemas si aade 20 por ciento de RAP en toda la mezcla, enlugar de aadir 50 por ciento de RAP en 40.000 toneladas de mezcla yningn RAP en 60.000 toneladas de mezcla. Sus ahorros totales sernexactamente iguales.La sensibilidad del diseo de la mezcla se hace mucho ms grandeconforme aumenta el porcentaje de RAP aadido. Tpicamente, los re-glamentos requieren el uso de lquidos vrgenes ms suaves cuando laproporcin de RAP exceda el 29 30 por ciento. El uso de lquidos mssuaves afecta a menudo la calidad de los lquidos y causa problemasde emisin cuando se usan mezcladores de tambor de flujo paralelo.(Vase el boletn tcnico de Astec T-116)

EQUIPO PARA RECICLAJELas plantas de bachas y las plantas mezcladoras continuas de tamborpueden preparar mezclas de alta calidad usando RAP. Sin embargo, losoperadores deben tomar ciertas precauciones y evitar problemas relacio-nados con el uso de RAP. Los prrafos siguientes describen estos temas.

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Plantas dosificadorasHay cinco mtodos para usarRAP en una planta dosificadora.En todos estos mtodos, es ne-cesario sobrecalentar el agrega-do virgen. El agregado virgensobrecalentado calienta el RAP.La Figura 35 muestra la tempe-ratura a la cual el material vir-gen necesita ser calentado parapoder calentar y secar el RAP.Como se muestra en la tabla,una mayor humedad en el RAPy un porcentaje ms alto deRAP requieren temperaturasproporcionalmente ms altas enel agregado virgen. Y, a menosque el RAP est extremada-mente seco, no pueden usarseproporciones de RAP en excesodel 40 por ciento.El sobrecalentar los agregadosvrgenes a temperaturas extre-madamente altas hace que elacero del secador se calientemucho ms que lo normal. Estopodra daar el tambor. La Fi-gura 36 muestra un secador en-friado por aire. Permite el sobre-calentamiento del agregado vir-gen a temperaturas ms altassin daar el tambor. Pero el usode un secador de esta categoraslo permite el uso de propor-ciones ligeramente mayores deRAP.Mtodo 1. Se introduce RAPfro en la funda del elevador ca-liente junto con el agregado vir-gen sobrecalentado como semuestra en la Figura 37. Jun-tos, se clasifican y se almace-nan en tolvas calientes. A medi-da que el agua se evapora delRAP, genera vapor, el cual escontinuamente extrado por elsistema recolector existente enla torre dosificadora.

TEMPERATURAS REQUERIDAS DEL AGREGADO

144147149152155158158164171177183189178188199209221231203219235251267283238262287311336360

132134137140143146144151157163169175162173183194204215186218234250267282216240264289313338

156159162164167170172178184191197203166315214225236246221237253269286302260284309333358382

168171174177179182186192198204211217209219230241251262239256272288304320282309331356380404

012345012345012345012345012345

Suponer una prdida de 5C entre la secadora y la amasadora; temperatura del aire exterior: 21C.

% de contenido de humedad en material

recuperado

Temperatura de descarga de mezcla reciclada, C

116 C 127 C 138 C 149 C

RELACION: 10% RAP

90% AGREG

RELACION: 20% RAP

80% AGREG

RELACION: 30% RAP

70% AGREG

RELACION: 40% RAP

60% AGREG

RELACION: 50% RAP

50% AGREG

Figura 35

SECADOR DE CONTRAFLUJO ENFRIADO POR AIRE

MEZCLA

QUEMADOR

AIREESCAPE

MATERIAL VIRGEN

AIRE

Figura 36

INGRESO DE RAP EN ELEVADOR CALIENTE DE PLANTA DOSIFICADORA

TORRE DOSIFICADORA

TOLVA DE MATERIAL RECICLADO

MATERIAL VIRGENMATERIAL VIRGEN CALIENTE

RAP

SECADOR

Figura 37

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Este mtodo no causa proble-mas de emisin. Sin embargo,nicamente deben usarse pro-porciones bajas de RAP a me-nos que la tela de la criba en laplataforma inferior exceda de 5a 6 mm. El uso de porcentajesms altos con menos de 5 mmde tela produce una composi-cin pegajosa que a menudoobstruye o ciega la criba.Mtodo 2. La torre dosificadoradebe tener una quinta tolva ca-liente como se muestra en la Fi-gura 38. El RAP fro y preclasifi-cado se puede introducir en lafunda del elevador caliente juntocon el agregado sobrecalentadopreclasificado. El elevador en-trega el material mezclado direc-tamente a la quinta tolva, des-vindolo de las cribas de la to-rre. Este mtodo da resultadosptimos y permite usar hasta 40por ciento de RAP. Permite pa-sar de mezclas con RAP a mez-clas de materiales vrgenes sinvaciar las tolvas calientes por-que no se sobrecalientan losmateriales en las tolvas calien-tes.Mtodo 3. Se entrega el RAPfro preclasificado directamentea la tolva de pesaje de la torredosificadora junto con el agre-gado virgen sobrecalentado dela tolva caliente como se muestra en la Figura 39. El RAP proviene dela tolva para RAP que tiene ya sea un motor y un embrague o un motorde freno y es entregado por un transportador inclinado que tiene ya seaun motor y un embrague o un motor de freno. Estos se controlan me-diante controles automticos de la planta.

QUINTA TOLVA CALIENTE DE LA TORRE DOSIFICADORA

TORRE DOSIFICADORA

TOLVA DE MATERIAL RECICLADO

MATERIAL ALIMENTADO FRIO

MATERIAL VIRGEN

MATERIAL RECICLADO FRIO

QUINTA TOLVA CALIENTE

MATERIAL VIRGEN CALIENTE

SECADOR

Figura 38

Figura 39

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Para aumentar el tiempo de ca-lentado del RAP, se puede dejarcaer el material de la Tolva 1 enla tolva de pesaje para pesarlo.Se arrancan entonces los trans-portadores de RAP y se dejanfuncionar hasta que se alcanceel peso determinado del RAPdeseado. El sistema de controldetiene entonces ambos trans-portadores. Se aaden enton-ces los materiales de las Tolvas2, 3 y 4, hasta que se alcanceun peso determinado. Por consi-guiente, se intercala el RAP en-tre los agregados calientes.Normalmente, se produce unaexplosin suave cuando se dejacaer el material sin mezclar dela tolva de pesaje a la amasado-ra en funcionamiento. La ama-sadora mezcla instantneamen-te el RAP fro con el agregadovirgen caliente. La explosin esel resultado de la evaporacincasi instantnea del agua delRAP. Se muestra el volumen devapor producido en los clculossiguientes para una planta debachas de 3630 kg usando 30por ciento de RAP con 5 porciento de humedad:

3630 x 0,30 = 1089 kg de RAP5 % de humedad = 0,05 x 1089 kg = 54,5 kg de aguaVapor = 54,5 x 2,06 m3 por kg = 112 m3 de vapor

La descarga de la tolva de pesaje normalmente tarda alrededor de 5segundos. Durante ese tiempo, se genera vapor a razn de1346 m3/min (112 x 60 5 = 1346). Aunque este volumen se generanicamente durante cinco segundos, requerir una casa de bolsas(baghouse) que pueda manejar 1400 m3/min para dar salida al vapordel mezclador durante ese perodo de cinco segundos. Sin embargo, alaumentar el tiempo de descarga de la tolva de pesaje a diez segundos,se reduce el volumen de vapor a 673 m3/min, reduciendo as la capaci-dad necesaria de la casa de bolsas.

SISTEMA DE GASES DE LA PLANTA DOSIFICADORA

TORRE DOSIFICADORA

A CASA DE BOLSAS (BAGHOUSE)

CAMARA PARA GASES

Figura 40

ALIMENTACION CONTROLADA A TOLVA DE PESAJE

TORRE DOSIFICADORA

TOLVA DE RAPTOLVA DE PESAJE

ALIMENTADOR DE CONTROL

Figura 41

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MEZCLADOR DE TAMBOR DE FLUJO PARALELO CON ENTRADA CENTRAL

MEZCLA

ESCAPE

RAP

QUEMADOR

MATERIAL VIRGEN

ASFALTO LIQUIDO

Aunque no es un mtodo muyprctico, un mtodo alternativode captura del vapor consiste enconstruir una cmara grandedetrs de la planta, como semuestra en la Figura 40. La c-mara sirve de recipiente decompensacin hacia el cualpuede escapar el vapor de laexplosin.El excedente de vapor entoncespuede recuperarse con el siste-ma de recoleccin normal de198 m3/min durante los 50 a55 segundos siguientes, antesde que se prepare la siguientebacha.Mtodo 4. La Figura 41 mues-tra un nuevo sistema de controlde alimentacin que se est uti-lizando para plantas de bachas.En este sistema, se alimenta elRAP hacia una tercera balanzapara obtener una cantidad de-terminada de RAP. Despus depesar el RAP, se lo deja caer enuna tolva con un alimentador. Elalimentador inyecta el RAP enla amasadora en un intervalo de20 a 30 segundos. Esto retardael ciclo de la mezcla, pero per-mite una alimentacin controla-da. Por lo tanto, se extiende lageneracin de vapor a un inter-valo de 20 a 30 segundos, loque facilita controlarla.Mtodo 5. La Figura 42 muestra un secador separado utilizado pararecalentar el RAP. Fue desarrollado primero en los Estados Unidos porAstec a mediados de la dcada de los 70. Ahora se usa normalmenteen Europa. Este es un sistema muy caro, pero permite precalentar elRAP. Con este mtodo no es raro utilizar proporciones de 35 a 40% deRAP. Los gases del presecador son usados como aire secundario ha-cia el secador, el cual consume el humo. El control del sistema es untanto difcil debido a las variaciones de la humedad en el RAP y las va-riaciones en el oxgeno disponible en el calentador de RAP.

Figura 43

CALENTADOR DE RAP PARA PLANTA DOSIFICADORA

CALENTADOR DE MATERIAL RECICLADO

CALENTADOR DE AIRE

TORRE DOSIFICADORA

ELEVADOR

ALMACENAMIENTO DE RAP

TOLVA DE RAP

Figura 42

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Plantas mezclado-ras de tamborHoy da hay cinco tipos bsicosde plantas mezcladoras de tam-bor capaces de manejar RAP: Mezclador de flujo paralelo conun tambor de entrada central Secador de flujo paralelo conmezclador independiente Secador de contraflujo y unmezclador continuo Mezclador de tambor decontraflujo Planta Double BarrelLa Figura 43 muestra un mez-clador de tambor de flujo parale-lo con una entrada central paraRAP. Estas plantas se utilizaroneficazmente para el reciclaje enlas dcadas de los 70 y de los80. Sin embargo, a medidaque las normas de emisin sehan vuelto ms estrictas y sehan aumentado las proporcio-nes de RAP, estas plantas hantenido dificultades para satisfa-cer las restricciones de emisio-nes visibles. Este problema eraconsecuencia de la produccinde vapor que destilaba aceite li-gero del cemento asfltico lqui-do virgen y del RAP. Para unaexplicacin ms detallada de

este fenmeno, consulte el boletn tcnico de Astec T-116.La Figura 44 muestra un secador de flujo paralelo con un mezclador ensu extremo. Esta mquina se conoce comnmente como el mezcladorDrum Mix Coater I. Se construyeron ms de 200 de estas plantas en ladcada de los 80. Estas aumentaron la proporcin de RAP que podausarse en un mezclador de tambor de flujo paralelo ya que no se expo-na el material de cemento asfltico lquido virgen al vapor en el proce-so de secado. Esto elimin la destilacin del vapor en el asfalto virgen.El secador de flujo paralelo con mezclador independiente poda usar de30 a 35% de RAP sin producir humo, en comparacin con los mezcla-dores de flujo paralelo que slo podan usar 25 por ciento de RAP sin

QUEMADOR

ESCAPE MATERIAL VIRGEN

RAP

MEZCLA CALIENTE

ASFALTO LIQUIDO

SECADOR DE CONTRAFLUJO CON MEZCLADOR SEPARADO (DMC II)

Figura 45

SECADOR DE FLUJO PARALELO con MEZCLADOR SEPARADO (DMC)

MEZCLADOR SEPARADOMEZCLA

ESCAPE

RAP

QUEMADOR

MATERIAL VIRGEN

ASFALTO LIQUIDO

Figura 44

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producir humo. Sin embargo, amedida que las proporciones deRAP han aumentado y las nor-mas de emisin se han vueltoms estrictas, ninguna de estasplantas de flujo paralelo podacumplir las normas ms estric-tas.La Figura 45 muestra un seca-dor de contraflujo y un mezcla-dor continuo, normalmente de-nominado mezclador Drum MixCoater II. Esta planta es capazde usar de 35 a 50% de RAP,segn la humedad existente enel RAP. La ventaja inherenteque ofrece esta planta es queni el lquido virgen ni el RAP seexpone al vapor o a las altastemperaturas durante el procesode secado. La desventaja esque requiere un mezclador muygrande de alta potencia y un se-cador enfriado por aire, espe-cialmente cuando se usan pro-porciones ms altas de RAP.El mezclador Drum Mix Coater IIpuede cumplir todas las normasde emisin. Ms aun, produceuna mezcla de excelente cali-dad cuando se usa hasta 40 porciento de RAP.La Figura 46 muestra un mez-clador de tambor de contraflujo.Con esta planta, se puedencumplir todas las nuevas nor-mas de emisin. Pero esta planta tiene las mismas desventajas inhe-rentes del mezclador Drum Mix Coater II, puesto que el tambor del se-cador se calienta en extremo al usar proporciones altas de RAP. Otradesventaja es su corto tiempo de mezcla, el cual no siempre produceuna mezcla ptima. Ms aun, su seccin del quemador y de mezcladocombinada no permite acceso fcil para trabajos de mantenimiento yajustes. Y, al usar proporciones ms altas de RAP, la corta seccin defusin y mezclado del tambor podra no fundir el RAP suficientemente,produciendo una mezcla no homognea.

Figura 46

TAMBOR SECADOR MEZCLADOR DE CONTRAFLUJO

QUEMADOR

ESCAPEMATERIAL

VIRGENRAP

MEZCLA CALIENTE

ASFALTO LIQUIDO

SECADOR MEZCLADOR TIPO DOUBLE BARREL

QUEMADOR

ESCAPE MATERIAL VIRGEN

RAP

MEZCLA CALIENTEASFALTO

LIQUIDO

Figura 47

22 Figura 50

Figura 48

Figura 49

La Figura 47 muestra la plantamezcladora de tambor DoubleBarrel. Esta planta es efectiva-mente una combinacin de unsecador de contraflujo y unmezclador como se muestra enla Figura 45. El mezcladorDouble Barrel funciona como unmezclador Drum Mix Coater IIcon un mezclador grande ubica-do debajo de la parte inferiordel secador. En un mezcladorDouble Barrel de 2,44 m, el tam-bor interior de 2,44 m de dime-tro sirve como el eje mezcladorde una cmara de mezcla muygrande, de 3,35 m de dimetroy 7,32 m de largo.Este mezclador de gran tamaoda tiempo suficiente para queel RAP se funda completamentedespus de haberse mezcladocon el material virgen sobreca-lentado. El tiempo de mezclaes suficientemente largo paraobtener una mezcla muy homo-gnea antes de que se inyecteel lquido nuevo en la mezcla.Y hay tiempo suficiente paraque los materiales combinadosse enfren a la temperatura nor-mal de mezcla despus de ha-ber aadido el RAP. Durante elproceso de mezcla, toda la c-mara de mezcla se llena de va-por. Vase la Figura 48. El va-por causa una atmsfera inerteen la seccin de mezcla. El va-por tiende a separar el aceite li-gero, pero ya que ningn gasfluye por el mezclador, el aceitepermanece en la mezcla y hacems brilloso el RAP, dndole laapariencia de una mezcla depuro material virgen.El mezclador Double Barrel per-mite que una planta de asfaltotrabaje con volmenes de alta

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produccin con proporciones de RAP de hasta 50 por ciento sin conta-minar la atmsfera. Tiene eficacia trmica alta, lo cual reduce los costosde operacin considerablemente. El calor del tambor del secador vadirectamente a la seccin de mezcla en vez de escapar a la atmsfera.Para que cualquiera de las plantas arriba mencionadas produzca bue-nas mezclas con RAP, el RAP deber clasificarse como se muestra enla Figura 49. El material de sobretamao deber triturarse y pasarsenuevamente por el sistema. La inclusin de pedazos grandes de RAPen la mezcla no dar tiempo suficiente para que el calor penetre elmaterial. Por consiguiente, los pedazos de RAP grandes no se fundirnadecuadamente.En general, para preparar una buena mezcla que contenga RAP, stedebe reducirse a su tamao original. Si el RAP consiste en una combi-nacin de materiales de base, de ligante y de superficie, su tamaodeber reducirse al del agregado virgen del material que se est produ-ciendo. Este debe triturarse usando uno de los sistemas mencionadosarriba. Si se hace esto, se obtendr un producto reciclado excelenteigual o mejor que el que puede producir una mezcla de material virgen.

CONCLUSIONEl reciclaje ofrece enormes ventajas para la industria de pavimentacincon asfalto. Las carreteras de asfalto (Figura 50) logran un ciclo devida infinito como consecuencia de la capacidad de extraer un materialsuperficial viejo y volverlo a procesar. Cuando los ingenieros calculenlos costos de ciclos reales de vida, las carreteras de asfalto resultarnser mucho ms rentables que las de hormign. Y debido a que las m-quinas fresadoras pueden reparar las carreteras de asfalto, restablecerlos peraltes y rehabilitar carreteras de asfalto con interrupciones mni-mas para los automovilistas, el asfalto debera convertirse en el mate-rial ptimo para la construccin de carreteras.El uso de material generado del fresado puede reducir de modo signifi-cativo el costo de la mezcla de asfalto caliente. Esto hace que la mez-cla de asfalto caliente sea mucho ms competitiva que el hormign.Ms aun, los materiales fresados obtenidos de un trabajo de autopistafrecuentemente exceden la cantidad de material reciclado colocadoen esa misma autopista. Esto genera un exceso de material que puedeser usado en trabajos comerciales y privados para reducir ms los cos-tos de la industria. El reciclaje es y continuar siendo una importanteventaja para la industria. Seguramente llegar a formar parte de lasoperaciones de todas las plantas de mezcla caliente del mundo.

97-1018

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rap astec plantas

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