En décadas pasadas la utilización de fly ash en concreto era un tema innovador y novedoso. Ya hoy en día la incorporación del fly ash al hormigón es una práctica muy común en países donde se produce este residuo en grandes cantidades. Aunque en hormigón están bien definidos los estándares a seguir para el diseño de una mezcla de hormigón adecuada, hay otras aplicaciones en las que todavía se necesita más investigación para entender el efecto de la incorporación de los residuos de la combustión del carbón. Una de estas aplicaciones es en mezclas asfálticas para pavimentos flexibles.
Hoy en día la utilización de residuos de la combustión del carbón en mezclas asfálticas es limitada, pero se han ido generando más investigaciones sobre este tema en particular con resultados prometedores. Para evitar confusión y ayudar al lector a entender mejor este artículo es importante definir algunos términos.
Primero, el asfalto es un material cementoso con propiedades viscoelásticas de color marrón oscuro a negro cuyos constituyentes predominantes son bitúmenes que ocurren naturalmente o son obtenidos a través del procesamiento del petróleo. Segundo, la masilla asfáltica es la mezcla de asfalto con materiales muy finos de menos de 75 micrones de diámetro, como por ejemplo el fly ash. Tercero, el concreto asfáltico o mezcla asfáltica es una mezcla bien controlada, de alta calidad de asfalto y agregados que son compactados en una masa densa y uniforme. Por último, los pavimentos asfálticos o pavimentos flexibles son los pavimentos que están construidos con una capa de rodadura compuesta de concreto asfáltico. Estos términos están definidos como los establece el Instituto del Asfalto de los Estados Unidos.
Incorporación en asfalto
En investigaciones realizadas por el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI por sus siglas en inglés) y el Centro de Utilización de Subproductos de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee se estudió la incorporación de residuos de la combustión del carbón en asfalto. La primera parte de este estudio consistió en agregar residuos de la combustión del carbón de plantas de electricidad de diferentes estados en diferentes tipos de asfalto. Estos residuos se agregaron en diferentes concentraciones por volumen con el propósito de observar el comportamiento reológico de la masilla asfáltica. En otras palabras, se estudió el desempeño con respecto a la deformación y flujo del asfalto como material viscoelástico.
El desempeño de estos fue examinado utilizando los equipos que son parte de la metodología Superpave®. Esta metodología, desarrollada en los Estados Unidos al inicio de la década de 1990, tiene como función incorporar la caracterización del asfalto basado en su desempeño con las condiciones ambientales de diseño para controlar las diferentes fallas que pueden ocurrir en el asfalto y la mezcla asfáltica. Entre las diferentes fallas se pueden mencionar el ahuellamiento, la fatiga, fisuras por bajas temperaturas, entre otras.
En esta fase se encontró que en concentraciones de menos del 15% por volumen del asfalto, los residuos de la combustión del carbón actúan como una inclusión física que causa un incremento en la rigidez independiente de las propiedades físicas y químicas de estos. Esto demuestra un gran potencial para el mejoramiento de la resistencia al ahuellamiento, a la fatiga y al retraso del envejecimiento del asfalto, lo que a su vez refleja el beneficio que tienen los residuos de la combustión del carbón para extender la vida útil del asfalto. En nuestro país fallas como el ahuellamiento se pueden observar en varios lugares. Por ejemplo, en la intersección de la Avenida John F. Kennedy y Avenida Tiradentes en dirección Oeste-Este y en la intersección de la Avenida Máximo Gómez con Avenida Simón Bolívar en dirección Sur-Norte.
Desempeño de las mezclas asfálticas con fly ash
La generadora eléctrica We Energies construyó en una de sus instalaciones al sur de la ciudad de Milwaukee, Wisconsin una carretera de acceso para camiones de carga. Esta carretera se dividió en dos secciones idénticas en término del subsuelo, la base y el tipo de mezcla asfáltica. La única variante es que en la mezcla asfáltica de una de ellas se remplazó parte del asfalto por fly ash. El remplazo fue de un 10% por peso del asfalto con el fly ash que produce dicha planta. La fabricación y colocación de la mezcla asfáltica con fly ash se hizo utilizando la misma metodología y equipos que la mezcla convencional. Esto nos indica que para la fabricación de este tipo de mezcla no es necesario ningún tipo de manejo especial comparado con las practicas actuales de fabricación y colocación de asfalto.
Aun cuando se remplazó un 10% del asfalto con fly ash no se observaron efectos negativos con la incorporación de residuos del carbón en mezclas asfálticas ya que el proceso de fabricación y compactación de la mezcla asfáltica fue idéntico al de una mezcla convencional. Esto refleja una práctica más efectiva en términos de reducir el costo final del producto ya que se puede sustituir parte del asfalto, que es el componente más costoso de la mezcla, sin impactar negativamente el desempeño de la misma.
Luego de construida dicha vía de acceso se realizaron pruebas con un deflectómetro de impacto (o Falling Weight Deflectometer en inglés) para determinar el módulo de rigidez de ambas capas asfálticas. Esta prueba es uno de los indicadores más importantes de la estabilidad de pavimentos ya que mide la deformación del pavimento bajo carga y cuanto de esa deformación es recuperable. Las primeras pruebas fueron realizadas en el año 2012, a 6 meses de construida. En esta primera prueba el módulo de rigidez de la mezcla con fly ash fue 9% mayor que la mezcla sin fly ash. En el 2014, dos años después, el módulo de rigidez de la mezcla con fly ash fue 32% mayor que la mezcla sin fly ash. En pocas palabras la mezcla asfáltica con el tipo de fly ash utilizado tiene el potencial de ser más resistente y duradera en comparación con la mezcla convencional.
Las generadoras eléctricas en otros países invierten en buscar aplicaciones de alto volumen y valor para sus residuos. Dichas aplicaciones deben ser diseñadas para hacer uso de manera sostenible de los residuos, pero cumpliendo con las necesidades de desempeño de la infraestructura. Es importante destacar que la generadora eléctrica We Energies tiene una larga historia de uso eficiente y sostenible de sus cenizas. A tal punto de que en los últimos 15 años muy poca cantidad de las cenizas que producen, alrededor del 5%, son llevadas a un relleno sanitario.
En conclusión, la incorporación de fly ash en asfalto presenta una alternativa viable y además ayuda a reducir la necesidad de enviar el residuo a un relleno sanitario. Es importante entender que estos estudios reflejan el potencial que tiene la incorporación de residuos de la combustión en el asfalto y se debe tener en consideración que en ellos se utilizaron materiales que pueden ser diferentes a otros producidos por otras plantas. De ahí la importancia de conocer las características de los residuos y las de los asfaltos que utilizamos para poder aprovecharlos de manera eficiente y sostenible.
