Kentucky metió ceniza volante de una central de carbón en 229 metros de carretera en 1988 y un informe de 1989 lo confirma: la sección convencional tuvo casi el doble de roderas

El 1 de junio de 1988 empezaron a llegar los camiones a la carretera KY 3074, conocida como Bleich Road, en el condado de McCracken (Kentucky, Estados Unidos). Traían una mezcla poco habitual de piedra caliza triturada, cal hidratada y ceniza volante sacada de las balsas de la central de carbón de Shawnee, de la Autoridad del Valle del Tennessee (TVA), situada a menos de 24 kilómetros de la obra.

Con esa mezcla se levantó la base de un tramo de 750 pies, unos 229 metros, en una calzada de 6,7 metros de ancho. Según el informe técnico KTC-89-56 del Centro de Transporte de Kentucky, de noviembre de 1989, en el tramo se usaron unas 80 toneladas cortas de ceniza volante (unas 73 toneladas métricas), y la sección experimental «está funcionando muy bien en comparación con la sección pavimentada de forma convencional».

El trabajo lo firmaron David Q. Hunsucker, ingeniero investigador, y R. Clark Graves, ingeniero investigador asociado, del Centro de Transporte de Kentucky, en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Kentucky. Lo hicieron en colaboración con el Gabinete de Transporte de Kentucky y la Administración Federal de Carreteras (FHWA).

Una ceniza que acababa en balsas

La ceniza volante es el residuo fino que queda al quemar carbón pulverizado y que arrastran los gases de combustión, según la definición de la FHWA. La ceniza volante de balsa es, en palabras del informe, «la fracción fina de la ceniza de balsa, que es un subproducto de un proceso de combustión de carbón y se elimina arrastrándola con agua hasta una balsa de vertido».

Los autores recordaban que las centrales de Kentucky producían entonces unos tres millones de toneladas cortas de ceniza volante al año, unos 2,7 millones de toneladas métricas. «Estas balsas requieren grandes superficies de terreno y, cuando se llenan, hay que retirar la ceniza o construir balsas nuevas, y cualquiera de las dos cosas cuesta cantidades considerables de dinero», escribieron.

La idea surgió en enero de 1987, cuando representantes del centro y de la TVA se reunieron con el Gabinete de Transporte para estudiar el uso de residuos de Shawnee como base y subbase de una carretera. Según el informe, la TVA aceptó entregar esos subproductos «sin coste» para el Departamento de Carreteras.

La receta salió del laboratorio

Antes de la obra, el equipo probó tres mezclas y eligió la que dio mayor resistencia a compresión: un 11 % de ceniza volante de balsa, un 5 % de cal hidratada y el resto de árido de granulometría densa. La cal reacciona con la ceniza en presencia de agua y forma compuestos que endurecen como un cemento, lo que los ingenieros llaman reacción puzolánica.

La base se extendió en una sola capa de 20,3 centímetros. Encima llevaba una membrana para frenar las grietas y 11,4 centímetros de mezcla asfáltica en tres capas. La sección de control, construida al lado de forma convencional, tenía 10,2 centímetros de árido y 20,3 centímetros de asfalto.

La obra tuvo problemas. La mezcla se preparó en una planta de hormigón de Paducah que seguía fabricando hormigón entre lote y lote, y el primer día la avería del motor de una cinta transportadora provocó un retraso de seis horas. Los autores anotaron que los operarios de la planta «no dedicaron toda su atención a la producción de los materiales puzolánicos» y que una mezcladora instalada junto a la obra habría funcionado mejor.

Menos roderas y más rigidez en el tramo con ceniza

Las roderas, los surcos que dejan las ruedas en el asfalto, se midieron cada 15 metros. En la sección con ceniza, su profundidad media fue de entre 1,6 y 3,2 milímetros, y «la sección de control tenía casi el doble de roderas en comparación con la sección puzolánica», según el informe de 1989.

Los ensayos con un Road Rater, un equipo que hace vibrar el firme y mide cuánto cede, mostraron que la nueva base «aumentó mucho la capacidad estructural de la carretera». Las pruebas de compresión indicaron, según los autores, «resistencias iniciales bajas pero una ganancia de resistencia excepcional a largo plazo».

«Es bastante probable que la vida del pavimento pueda alargarse a menor coste usando residuos de subproductos del carbón, como la ceniza volante de balsa, en la construcción de bases de carreteras», concluían Hunsucker y Graves.

Los dos tramos vecinos acabaron retirados

El tramo con ceniza de balsa no estaba solo. En la misma carretera se construyeron otras dos secciones de 229 metros con residuo de combustión en lecho fluidizado atmosférico (AFBC), una tecnología de carbón limpio que reduce las emisiones de dióxido de azufre y que la TVA probaba en una planta piloto.

El informe KTC-93-16, de junio de 1993, cuenta lo que pasó con ellas. Poco después de extender el asfalto aparecieron jorobas en la superficie y, «durante el periodo de evaluación de tres años, las jorobas requirieron aproximadamente diez fresados». La expansión del residuo fue tan grande que el material con el que se habían rellenado las juntas de dilatación acabó saliendo de ellas y hubo que fresarlo.

Los autores fueron francos sobre el coste político de esas dos secciones. «Las protestas públicas por el aparente despilfarro del dinero de los contribuyentes en el experimento fallido fueron bastante duras. El KDOH sufrió una pesadilla de relaciones públicas por el experimento fallido. Sin embargo, el experimento fue una experiencia de aprendizaje», escribieron. KDOH son las siglas del Departamento de Carreteras de Kentucky, que en septiembre de 1991 retiró las dos secciones y las sustituyó por materiales convencionales.

Tres años después, la base con ceniza era más rígida

La sección con ceniza volante de balsa siguió en servicio. Según el informe de 1993, en ella se observaron una grieta transversal y otra longitudinal, ambas reflejadas desde la base, y «no se han observado daños significativos».

El módulo de la capa, una medida de su rigidez calculada a partir de las deflexiones, pasó de 1.752.993 psi en 1988 a 2.961.993 psi en 1991, de unos 12.090 a unos 20.420 megapascales. Los autores cifran la subida en «aproximadamente un 70 %». En el mismo periodo, la base con residuo AFBC perdió alrededor del 60 %.

«El excelente comportamiento de la capa de base puzolánica experimental demuestra claramente que una ceniza volante fuera de especificación, un material de desecho, se sustituyó con éxito» por ceniza que cumple las normas ASTM C 593 y C 618, escribieron. Recomendaron al KDOH permitir esa sustitución «de forma limitada» y hacer «comparaciones adicionales y detalladas de comportamiento y de coste».

La guía de la FHWA Fly Ash Facts for Highway Engineers afirma hoy que «la estabilización de bases de áridos con ceniza volante tiene una historia larga y exitosa». Da como proporciones típicas entre un 10 % y un 15 % de ceniza de clase F, la pobre en calcio, con entre un 2 % y un 8 % de cal, un margen en el que encaja la mezcla de Kentucky.

El volumen de residuo en juego sigue siendo enorme. Según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, los residuos de la combustión del carbón son «uno de los mayores tipos de residuo industrial generados en Estados Unidos», con casi 130 millones de toneladas cortas de ceniza de carbón en 2014, según datos de la Asociación Estadounidense de la Ceniza de Carbón (ACAA). La búsqueda de usos para desechos en la obra pública ha seguido después con ideas como las calles australianas asfaltadas con vasos de café reciclados o los cascos de barcos de fibra de vidrio que en Estados Unidos se trituran para fabricar cemento.

Lo que el ensayo no demuestra

El experimento se limitó a un único tramo de 229 metros y a unos tres años de seguimiento. Los propios autores pedían en 1989 datos de largo plazo sobre «estabilidad estructural y durabilidad, resistencia a la congelación y el deshielo», y en los dos informes revisados no hay mediciones de este tramo posteriores a 1991.

Las dos secciones tampoco partían del mismo terreno. La explanada del tramo con ceniza tenía un índice CBR medio in situ, que mide la capacidad portante del suelo, del 43 % y un 6,9 % de humedad, frente al 33 % y el 14,6 % de la sección de control. Esa diferencia, junto con los distintos espesores de asfalto, complica atribuir toda la mejora a la ceniza.

Los dos informes se centran en el comportamiento estructural y no incluyen ensayos de lixiviación. Además, el texto de 1989 da cifras distintas en dos de sus páginas: 80 toneladas cortas de ceniza y un 85 % de árido en el resumen, y 88 toneladas y un 84 % en el resumen ejecutivo.

Los resultados se han publicado en los informes KTC-89-56 (noviembre de 1989) y KTC-93-16 (junio de 1993) del Centro de Transporte de Kentucky.

Crédito de la imagen: Tennessee Valley Authority.