Performance Optimization and Sustainability Assessment of Reclaimed Asphalt Pavement Modified with Waste Engine Oil for Flexible Pavement Applications

Cada vez que se construye una carretera, esta depende de dos ingredientes principales: piedra triturada y un aglutinante negro y pegajoso hecho de petróleo crudo. Este aglutinante, conocido como betún, une las piedras para crear una superficie lisa para los vehículos. Durante décadas, la industria de la construcción ha dependido de piedra fresca y petróleo nuevo para construir estas carreteras flexibles. Sin embargo, este enfoque se está volviendo cada vez más costoso y ambientalmente perjudicial. El mundo se está quedando sin petróleo crudo de fácil acceso y excavar nueva piedra agota los recursos naturales. Al mismo tiempo, cuando se levantan las carreteras viejas, el material resultante, llamado pavimento asfáltico recuperado, a menudo termina en vertederos. Esto crea un doble problema: estamos desperdiciando un recurso valioso mientras continuamos consumiendo más materias primas.

Para resolver esto, los ingenieros están buscando formas de reciclar estos materiales de carreteras antiguos. El desafío es que el betún de las carreteras viejas ha envejecido y endurecido con el tiempo, volviéndose quebradizo y propenso a agrietarse. Si los constructores simplemente mezclan este material viejo y quebradizo con piedra nueva, la carretera resultante probablemente fallaría rápidamente. Para solucionar esto, los investigadores han comenzado a probar un método para "rejuvenecer" el aglutinante viejo. Utilizan aceite de motor usado, un contaminante común de coches y maquinaria, para ablandar el betún endurecido. La idea es convertir dos productos de desecho —trozos de carretera viejos y aceite usado— en una nueva superficie de carretera de alta calidad. Un estudio reciente realizado por investigadores del Ajay Kumar Garg Engineering College en la India exploró exactamente qué tan bien funciona esta combinación, con el objetivo de encontrar la receta perfecta que equilibre la resistencia de la carretera con los beneficios ambientales.

Los investigadores se propusieron crear un nuevo tipo de mezcla de carretera utilizando pavimento asfáltico recuperado y aceite de motor usado. Comenzaron reuniendo sus materiales: betún estándar utilizado para carreteras nuevas, piedra triturada y el pavimento asfáltico recuperado tomado de carreteras viejas y dañadas. También recolectaron aceite de motor usado, que planeaban utilizar como agente rejuvenecedor para restaurar la flexibilidad del aglutinante envejecido. El equipo preparó varios lotes diferentes de mezcla de carretera. Algunos eran mezclas tradicionales hechas enteramente de materiales nuevos, mientras que otras contenían cantidades variables de el asfalto recuperado viejo. En las mezclas con asfalto recuperado, añadieron una pequeña cantidad de aceite de motor usado, específicamente un dos por ciento por peso, para ver si podía ablandar el aglutinante viejo lo suficiente como para hacer que la nueva mezcla fuera trabajable.

Para probar estas mezclas, el equipo utilizó un procedimiento de ingeniería estándar conocido como diseño de mezcla Marshall. Esto implica calentar los materiales, mezclarlos y prensarlos en una forma específica para crear una muestra de prueba. Luego colocaron estas muestras en una máquina que presiona hacia abajo sobre ellas para medir cuánto peso pueden soportar antes de romperse, una propiedad llamada estabilidad. También midieron cuánto se deforma la muestra bajo esa presión, conocido como flujo, y verificaron la cantidad de diminutos sacos de aire atrapados dentro de la mezcla. Al probar diferentes cantidades de betún y diferentes porcentajes de asfalto recuperado, pudieron mapear qué combinación creaba la superficie de carretera más fuerte y duradera.

Los resultados mostraron que la mezcla de carretera tradicional, hecha con materiales nuevos, funcionó muy bien, pero los investigadores encontraron una forma de igualar ese rendimiento utilizando materiales reciclados. Determinaron que la cantidad ideal de betún para su mezcla era de poco más del cinco por ciento. Cuando introdujeron el asfalto recuperado y el aceite de motor usado, descubrieron una receta específica que funcionaba mejor. Una mezcla que contenía un veinte por ciento de asfalto recuperado y un dos por ciento de aceite de motor usado resultó ser el punto ideal. Esta combinación específica logró una estabilidad de 1006 kilogramos, que es casi idéntica a la resistencia de la mezcla tradicional. La cantidad de aire atrapado dentro de la mezcla también fue perfecta, situándose en poco más del cuatro por ciento, que es el objetivo para una superficie de carretera densa y duradera.

Quizás el hallazgo más significativo no fue solo sobre la resistencia, sino también sobre el costo y la sostenibilidad. Los investigadores calcularon que, al utilizar esta mezcla de veinte por ciento de asfalto recuperado y dos por ciento de aceite de motor usado, el costo de construir un metro cúbico de carretera cayó más de un catorce por ciento. Este ahorro proviene del uso de menos piedra nueva y menos betún nuevo. Además, el estudio destacó que este enfoque ayuda a resolver dos problemas ambientales a la vez: mantiene los materiales de carreteras viejas fuera de los vertederos y evita que el aceite de motor usado contamine el suelo y las aguas subterráneas. El aceite de desecho actuó como un puente químico, reponiendo los aceites perdidos en el aglutinante envejecido y permitiendo que los materiales viejos y nuevos trabajen juntos de manera fluida.

El estudio no se detuvo solo en la construcción de la mezcla; los investigadores también utilizaron herramientas estadísticas para asegurar que sus hallazgos fueran confiables. Utilizaron el análisis de regresión, un método para encontrar patrones en los datos, para predecir el mejor contenido de betún, y sus predicciones coincidieron casi perfectamente con sus experimentos físicos. También crearon un índice de desempeño que sopesaba la resistencia, la flexibilidad y el costo de la carretera entre sí. En este ranking integral, la mezcla con veinte por ciento de asfalto recuperado y dos por ciento de aceite de motor usado resultó ser la superior. Ofreció el mejor equilibrio para ser lo suficientemente fuerte como para manejar el tráfico, lo suficientemente flexible para resistir grietas y lo suficientemente barato como para tener sentido económico.

Aunque los resultados son prometedores, los investigadores fueron cuidadosos al señalar los límites de su trabajo. Confirmaron que esta mezcla específica funciona bien bajo las condiciones que probaron, pero reconocieron que las carreteras del mundo real enfrentan muchos más desafíos, como el tráfico pesado de camiones, el clima extremo y el envejecimiento a largo plazo. El estudio no probó cómo se mantendría esta mezcla durante muchos años en el campo, ni analizó los cambios químicos microscópicos en el aglutinante con un detalle extremo. Estas son áreas para investigaciones futuras. Sin embargo, los hallazgos actuales proporcionan una base sólida, sugiriendo que es posible construir carreteras que no solo sean más baratas y fuertes, sino también más amables con el medio ambiente.

En última instancia, esta investigación demuestra un camino práctico hacia una economía circular en la construcción de carreteras. En lugar de ver las carreteras viejas y el aceite usado como desechos, el estudio muestra que pueden ser recursos valiosos. Al mezclar cuidadosamente un veinte por ciento de asfalto recuperado con una pequeña cantidad de aceite de motor usado, los ingenieros pueden crear una superficie de carretera que rinde tan bien como una hecha de materiales vírgenes. Este enfoque reduce la necesidad de excavar nueva piedra y perforar por nuevo petróleo, mientras que simultáneamente limpia dos grandes flujos de desechos. El trabajo sugiere que el futuro de la construcción de carreteras puede no residir en encontrar nuevos recursos, sino en formas más inteligentes de usar los que ya tenemos.