Uso de Materiales de Desecho como Modificantes de Asfalto en Costa Rica José Pablo Aguiar, Ph.D....

Uso de Materiales de Desecho como

Modificantes de Asfalto en Costa Rica

José Pablo Aguiar, Ph.D.

Jorge Salazar

Rafael Ernesto Villegas

Fabricio Leiva, Ph.D.

Luis Guillermo Loría, Ph.D.

¿Qué es el LanammeUCR?

LanammeUCR es un laboratorio de la Universidad de Costa Rica dedicado a:

• Investigación aplicada• Docencia• Transferencia tecnológica• Cooperación técnica

• Primer laboratorio del ramo ACREDITADO ISO 17025 – 2002 en la región latinoamericana

• 80 ensayos acreditados

Áreas de Especialidad• Ingeniería Sísmica y Gestión del Riesgo.

• Ingeniería de Suelos y Rocas (Geotecnia).

• Ingeniería Estructural.

• Ingeniería de Materiales de Construcción.

• Ingeniería Vial (Programa PITRA –

Ley 8114 y 8603).

• LEY 7099: Laboratorio nacional de referencia

• LEY 8603: Garantizarla máxima Eficiencia de Inversión Pública en Reconstrucción y

Conservación de la Red Vial Costarricense

• LEY 8114: Fiscalización, investigación, transferencia de Tecnología, apoyo a municipios,

evaluación de redes viales y puente especificación vial

costarricense 1.0% Impuesto al combustible

Introducción

• En el país se produce únicamente un tipo de asfalto.

Sin embargo existe gran variedad: • climática

• suelos

• materiales

• condiciones de carga

Se requieren más opciones (modificación)

Introducción

• Pero a pesar de los beneficios...

↑ en $$$ de los asfaltos

Altos costos de modificación comercial

Se están buscando opciones alternativas con base en materiales de desecho

Materiales de Desecho

• Poca experiencia en el uso de materiales de desecho como modificantes de asfalto (exc: polietileno - caucho)

Mejora en propiedades mecánicas y desempeño

• En Costa Rica se ha evaluado el uso de bolsas de polietileno de alta densidad

Producción de banano

Materiales de Desecho

• Basado en la experiencia nacional se ha evaluado el uso de:

Estereofón (poliestireno)

Material de búmper de carro ….(oleofinas termoplásticas)

Caucho de llantas (polisopreno, ….polibutadieno y poliestireno-butadieno)

Bolsas de polietileno (HDPE)

Materiales de Desecho

• Asfalto Original: AC-30 (RECOPE)

• Dosificación:

Bolsas de polietileno (3%, 4x4 cm),

Búmper de carro (3%, pasando No. 30),

Estereofón (1,5%, pasando No. 8),

Caucho de llanta (3%, pasando No. 50).

• Dosificaciones típicas de productos comerciales:

SBS (2,5%) y SBR (2,5%)

Cromatografía

Análisis SARA asfalto AC-30 RECOPE

17.9

5.4

41.4

35.3Asphaltene

Saturated

Napthenic

AromaticAromáti-cos

Índice de inestabilidad coloidal: 0,30 Máximo: 0,6

Asfaltenos

Saturados

Nafténicos

Análisis Térmico (DSC)

Verificación temperaturas de incorporación

Análisis Térmico (TGA)

Pérdida de propiedades del modificante a temperaturas de producción de la mezcla asfáltica?

Análisis de Incorporación (AFM)

(a) Bolsa de Polietileno

(b) Caucho de Llanta

(c) Búmper de Carro

(d) Estereofón

Análisis de Incorporación (FTIR)

Mayor cambio (hidrocarburos y aminas aromáticas)

Análisis Reológico (básico)

PG alta temperatura

1+ grado

G*/sinδ ≥ 1 kPa, Asfalto OriginalTemperatura 64 C 70 C 76 C 82 C PG RealAC-30 1,78 0,89 0,47 ----- 69,0Bolsa de polietileno 3,11 1,53 0,80 ----- 73,9Búmper de carro ----- 2,92 1,47 0,78 79,6Estereofón 3,63 1,79 0,91 ----- 74,2Caucho de llanta ----- 2,45 1,28 0,70 78,4SBR 3,00 1,52 0,81 ----- 73,9SBS 3,60 2,04 1,19 ----- 78,0

G*/sinδ ≥ 2,2 kPa, Asfalto envejecido con RTFOTemperatura 64 C 70 C 76 C 82 C PG RealAC-30 5,97 2,94 1,47 ----- 72,4Bolsa de polietileno 11,31 5,55 2,77 1,35 77,8Búmper de carro ----- ----- 2,88 1,50 78,4Estereofón ----- 4,65 2,33 1,20 76,5Caucho de llanta ----- ----- 2,51 1,34 77,2SBR 9,23 4,87 2,60 1,19 76,8SBS 13,84 8,13 4,89 2,17 82,4

G*·sinδ ≤ 5 MPa, Asfalto envejecido con RTFO+PAV

TemperaturaTemp. Intermedia

(C)MPa

AC-30 22 4,14Bolsa de polietileno 22 4,14Búmper de carro 25 4,44Estereofón 25 4,15Caucho de llanta 22 4,34SBR 13 4,20SBS 22 4,89

PG temp. intermedia igual ó 1+ grado

Análisis Reológico

Creep Repetido – Resistencia a la deformación

Men

ore

s d

efo

rmacio

nes e

p

Polímero Resultado JNR@3,2KPa (JNR@3,2KPa-JNR@0,1KPa)

/JNR@0,1KPa

AC-30 --- 7,344 0,22

Bolsa de Polietileno Tráfico Estándar 3,180 0,26

Búmper de Carro Alto Tráfico 1,476 0,25

Estereofón Alto Tráfico 1,952 0,24

Caucho de Llanta Alto Tráfico 1,831 0,32

SBR Tráfico Estándar 3,284 0,37

SBS Alto Tráfico 1,575 0,26

Condiciones de Tráfico JNR@3,2KPa (JNR@3,2KPa-JNR@0,1KPa)

/JNR@0,1KPa

Tráfico Estándar (< 1x107 ESALs) < 4 < 0,75

Alto Tráfico (1x107 – 3x107 ESALs) < 2 < 0,75

Tráfico Muy Alto (> 3x107 ESALs) < 1 < 0,75

Análisis Reológico

MSCR

Ap

licacio

nes d

e

alto

trán

sito

Análisis Reológico

Fatiga – Resistencia al agrietamiento

Mayor tiempo para micro-fisuración

Comentarios Finales

• Se observó un incremento en el PG de los asfaltos modificados Importante para condiciones de CR

• En cuanto a desempeño: incremento de 50%+ en cuanto a

resistencia a deformación permanente

Poco efecto en resistencia a fatiga

para uso en carreteras de alto tránsito - vías principales

Comentarios Finales

• Beneficio ambiental: 4 kg de material x m3 de mezcla asfáltica

• El tamaño de las partículas es muy importante

↓ tamaño ↑ homogeneidad de mezcla

• Es importante verificar la adherencia del asfalto y desempeño en campo de la mezcla

¡Muchas Gracias!

http://www.lanamme.ucr.ac.cr/jose.aguiar@ucr.ac.cr