Presentación asfalto caucho

VI Jornadas de Pavimentos y Mantenimiento Víal, 2-4 de noviembre de 2011, SCI, Bogotá D.C. - Colombia

Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos

MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS CON GRANO DE CAUCHO DE

LLANTA (Gcr): ESTADO DEL CONOCIMIENTO Y ANÁLISIS DE

UTILIZACIÓN EN COLOMBIA

Hugo Alexander Rondón Quintana Ingeniero Civil, M. Sc., Ph. D.

Fac. Medio Ambiente y Rec. Naturales

U. Distrital Francisco José de Caldas



CONTENIDO

1. DEFINICIONES

2. EJEMPLO EXITOSO: ASFALTO-CAUCHO (LLANTAS)

3. EXPERIENCIAS PERSONALES



Cemento asfáltico (CA)

– Se caracterizan por medio de su penetración, viscosidad o PG (grado de funcionamiento).

– En Colombia se identifican por intervalos de penetración en décimas de mm/10:

• CA 20-40

• CA 40-50

• CA 60-70

• CA 80-100

• CA 120-150

• CA 200-300



Cemento asfáltico (CA) modificado

– CA + aditivo.

– Polímeros: Termoplásticos y Termoendurecibles.

– Termoplásticos: Elastómeros y Plastómeros.

– En Bogotá D.C.: producción diaria aprox. de 600 ton. de

basuras de las cuales el 10% aprox. son plásticos.

dbms.thailand.com, blogdiego10m.wordpress.com, rainforestradio.com, ecologismo.com, ve.kalipedia.com, solostocks.com



Mezclas asfálticas

– Agregados pétreos + ligante asfáltico. – En Colombia:

• Sello de arena – asfalto.

• Tratamientos superficiales.

• Lechadas (Slurry and Seal).

• Mezclas abiertas en frío.

• Mezclas abiertas en caliente.

• Mezclas densas en frío.

• Concreto asfáltico.

• Mezclas asfálticas drenantes.

• Mezclas discontinuas en caliente.

• Mezclas recicladas (RAP).

– Otras: Mezclas tibias (WMA).

icc.ucv.cl/obrasviales/images/Imagea36.jpg



Fatiga: falla de un material por repetición

de carga.

Deformación permanente: acumulación de

deformación permanente=desplazamiento

vertical.

Consejo de directores de carreteras

de Iberia e Iberoamérica, 2002

Base + subbase

Capa Asfáltica

Subrasante

t

z



Fatiga



Bache (INVIAS, 2006)



Ahuellamiento



Stripping



CONTENIDO

1. DEFINICIONES





DISEÑOS TÉCNICO, LEGAL Y FINANCIERO PARA IMPLEMENTACIÓN

DE UN PLAN DE GESTIÓN INTEGRAL DE ACEITES USADOS,

LLANTAS, NEUMÁTICOS Y BATERÍAS EN EL D.C.

Hugo Alexander Rondón Quintana Ingeniero Civil, M. Sc., Ph. D.

Fac. Medio Ambiente y Rec. Naturales

U. Distrital Francisco José de Caldas



Aprox. 300 millones de llantas de neumático son desechadas anualmente

en los Estados Unidos.

En Puerto Rico se produce 1 neumático/habitante/año.

En Brasil se producen anualmente cerca de 45 millones de llantas.

En México se estima un desecho de 1/4 de llanta por habitante por año.

La producción mundial es aprox. de 20 millones de toneladas por año.

http://www.swissinfo.ch/ http://sabersinfin.blogspot.com http://columnacuestiondeenfoques.blogs

pot.com

http://4.bp.blogspot.com/_icHZZBQAEkM/SBCc6nW3BUI/AAAAAAAABLk/TPLE4MB97Y4/s1600-h/llantas.jpg



En Colombia, se producen 18.000 toneladas de neumáticos como

desecho al año.

Las importaciones de llantas nuevas para buses y camiones aumentaron

en valor al 11.2% anual y en volumen al 15.3% entre 1993-2002.

En 1999 se generaron 1.981.375 de llantas usadas en Bogotá.

En 2010 las llantas usadas en Bogotá D.C fueron de de 2.642.938.

http://www.swissinfo.ch/ http://sabersinfin.blogspot.com http://columnacuestiondeenfoques.blogs

pot.com




Residuo voluminoso en los rellenos sanitarios y en los basureros a

cielo abierto.

En época de lluvias, son refugio de insectos (malaria, paludismo,

dengue y virus del oeste del Nilo).

Contaminantes visuales que degradan la imagen de las comunidades.

Peligro: pueden incendiarse accidentalmente.

http://www.inqro.com.mx http://www.veracruzanos.info

http://www.veracruzanos.info/2011/05/central-de-abastos-de-poza-rica-convertido-en-basurero-publico/llantas-4/



Quema de llantas a cielo abierto:

Irritaciones de la piel, ojos, sistema respiratorio y

membranas mucosas.

Depresión del sistema nervioso central.

Cáncer.

Efectos mutagénicos (p.e., defectos físicos,

abortos, o cáncer al nacimiento).

Lluvia ácida.

Calentamiento de la atmósfera y cambio climático.

Adelgazamiento de la capa de ozono.

ttp://www.dforceblog.com/

http://rainforestradio.com/



Disposición:

Apilamiento.

Entierro.

Reúso.

Generación de energía

http://www.elbarlovento.com.mx/Edicion4oct10.html

http://www.elarsenal.net/wp-content/uploads/2011/01/venta-de-llantas-usadas.jpg



Algunos usos:

Aprovechamiento energético.

Arrecifes artificiales.

Plantación de árboles.

Señalizaciones.

Protección de equipos.

Paredón en polígonos de tiro.

En áreas deportivas.

Para control de erosión.

Muros de contención.

Barreras en pistas de karts.

Para delimitación de casas.

Modificador de asfaltos.

http://cuenca-vv-sjr.blogspot.com/



Ventajas:

Mezclas más resistentes a los fenómenos de fatiga (flexión y TDC),

ahuellamiento.



Ley de fatiga para mezclas asfálticas modificadas con grano-caucho

(Sibal et al., 2000).



Ahuellamiento



Influencia del caucho molido de llanta en la resistencia a la deformación

permanente. Shen et al. (2006) (izquierda) y Lee et al. (2007) (derecha)



Ventajas:

Aumenta la resistencia al envejecimiento y oxidación

del ligante asfáltico.

Aumenta la resistencia de la mezcla al agrietamiento

por bajas temperaturas.

Disminuye la susceptibilidad térmica del asfalto.

Aumenta la resistencia a la humedad.

Ligante asfáltico más resistente al calor y al

sobrecalentamiento debido al proceso de

vulcanización de la llanta.

Aumento de la elasticidad del ligante.



Mayor resistencia al desgaste por abrasión.

Disminuye el ruido de rodadura.

Mejoras las propiedades reológicas del asfalto.

Menor espesor de capa asfáltica.

Ayuda a disminuir el impacto ambiental negativo que

producen las llantas usadas.

Mezclas más durables y por lo tanto con menor necesidad

de mantenimiento.



De acuerdo con IDU y Universidad de Los Andes (2002) el costo/eje

(beneficio-costo) puede disminuirse en un 20% y 57% cuando se modifica

la mezcla por vía seca utilizando 1% y 2% de Gcr.

Costo de mantenimiento de vías pavimentadas con mezclas convencionales y

modificadas con asfalto-Gcr en Arizona (USA). Way (1999).



Consumo de llanta para un carril de un km de vía: 2 y 27

toneladas.

Resolución No. 3649 del 16 de septiembre de 2009 y

3841 del 5 de septiembre de 2011.

Instituto de Desarrollo Urbano – IDU y Universidad de Los

Andes (2002, 2005).

Laboratorio y tramos de prueba.

Tecnología estudiada desde la década de los 50’s y

utilizada ampliamente desde los 70’s.

Utilizado principalmente para modificar mezclas de

concreto asfáltico y mezclas abiertas en caliente.

Recientemente se está estudiando su utilización en WMA

y RAP.



Resolución 1457 del 29 de julio del 2010 del Ministerio de

Medio Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial.

Países desarrollados con reglamentación para usar el

asfalto-GCR.

Colombia presenta especificación general de asfaltos

modificados (INVIAS, 2007).

Estados del conocimiento sobre asfaltos modificados.



En el mundo existen diversas tecnologías para mezclar el asfalto caucho

en planta.



De acuerdo con IDU la malla vial a diciembre de 2009 en la ciudad de

Bogotá D.C., alcanza 15657.3 km-carril de los cuales el 94.53%

corresponden al Subsistema Vial. Del Subsistema Vial en estado malo y

regular se encuentran el 63.2% de las vías (malo 40.3% y regular

22.9%).

“En términos generales la red secundaria y terciaria presenta un

estado crítico y paulatinamente ha venido deteriorándose por la

carencia de mantenimiento debido a los bajos recursos de que disponen

los departamentos y la Nación para inversión en infraestructura vial”

(Mintransporte, 2006).

En Colombia, la tendencia del parque automotor en los últimos 30 años

ha sido incrementar en número y magnitud de cargas (Mintransporte,

2006).

De los 16.786 km de vías nacionales, faltan por pavimentar 3.341 km.



Ministerio de Transporte, INVIAS y CIMOC, 2003

CAMIÓN C2 Bogotá

Girardot

Ibagué

Cali

Buga

Buenaventura

Medellín

La Pintada

Santamarta

Bosconia

Muestra eje

sencillo, llanta doble 3380 1035 2014 2615 999

Mayores al

permitido (11 ton) 1025 368 651 747 542

% de excedidos 30,3 35,6 32,3 28,6 54,3

CAMIÓN C3 Bogotá

Girardot

Ibagué

Cali

Buga

Buenaventura

Medellín

La Pintada

Santamarta

Bosconia

Muestra eje

tándem, llanta doble 934 586 795 678 355

Mayores al

permitido (22 ton) 138 246 88,0 142 104

% de excedidos 14,8 42,0 11,1 20,9 29,3



RED PAVIMENTADA

ESTADO MB B R M MM

Longitud [km] 0.0 5.680,15 3.059,33 1.650,17 0.0

Porcentaje [%] 0.0 54.67 29.45 15.88 0.0

RED AFIRMADA

ESTADO MB B R M MM

Longitud [km] 0.0 395,43 1.483,4 1.310,15 0.0

Porcentaje [%] 0.0 12.4 46.5 41.1 0.0

RED TOTAL

ESTADO MB B R M MM

Longitud [km] 0.0 6.075,58 4.543,33 2.960,32 0.0

Porcentaje [%] 0.0 44.7 33.5 21.8 0.0

INVIAS (2009). MB: muy buena; B: buena; R: regular; M: mal; MM: muy mal.



Promedio anual del tránsito: 4,6%.

Tasa anual promedio de crecimiento de

la capacidad instalada: 5,08%.

Fenómenos ambientales como “El Niño”

o “La Niña”.

IDEAM (2001), MINTRANSPORTE (2000), MINTRANSPORTE

(2004), MINTRANSPORTE (2006).

En Colombia las condiciones de tránsito y clima son cambiantes:

http://www.diariolibre.com/showimage.php?typeid=3&imageid=16623

http://www.diariolibre.com/showimage.php?typeid=3&imageid=16623



Evolución del factor de daño para

determinar el FC

El daño que produce un eje de 11 ton.,

equivale a 4.68 veces el daño que

produce un eje de 7.5 ton.

El daño que produce un eje de 11 ton.,

equivale a 123.5 veces el daño que

produce un eje de 3.3 ton.

Si los pesos máximos permitidos no se

controlan los daños serían del orden de

241 veces.

¿El número de buses se disminuirá en

esas proporciones?



V [km/h] tc [s] F [Hz] E [Mpa] max [-] Nf [-]

0 0.0 0.0 3606.89 0.000212 1448

5 0.237 0.67 4058.51 0.000187 1485

10 0.118 1.34 4301.51 0.000174 1764

15 0.079 2.02 4510.19 0.000165 2030

20 0.059 2.69 4701.10 0.000157 2295

25 0.047 3.36 4880.65 0.000151 2564

30 0.039 4.03 5052.14 0.000145 2840

50 0.024 6.72 5687.91 0.000127 4034

60 0.020 8.06 5986.36 0.000121 4693

70 0.017 9.41 6276.17 0.000114 5398

165.0

96.2

1074.4

EN f

232 expexp FfTeTdcbTaE

la vida a fatiga de una mezcla asfáltica disminuye

entre 39.5 y 77.7% cuando se reduce la velocidad

desde 60 km/h hasta 30 y 0 km/h.



Desventajas:

Incremento de la viscosidad y temperatura de

fabricación en planta y extensión en obra.

Incremento del costo inicial de la mezcla.

La captación de aceites del asfalto por parte del

caucho afecta las propiedades de adherencia y

cohesión.



Según UMV, en el año 2010: 35.570 m3 de mezcla

equivalente a 254 km-carril (espesor de capa de 4 cm y

ancho del carril de 3.5 m).

Si el precio de mezcla por m3 es de $322.000: costo de

mantenimiento por km-carril de $ 45’092.677 (solo en

materiales).

http://rainforestradio.com/

Way (1999)




En 10 años se tiene un ahorro en mantenimiento de

aprox. $20.786’054.000. http://rainforestradio.com/

Ahorro en mantenimiento de vías pavimentadas con

mezclas convencionales y modificadas con asfalto-Gcr

(Simulación)




CONTENIDO

1. DEFINICIONES





Evolución del módulo resiliente para mezclas MDC-2 modificadas con

PEBD empleando CA 80-100.



Evolución de E/F con el contenido de CA y PEBD/CA



c)

Rigidez Marshall vs. Porcentaje de asfaltita para mezclas modificadas MDC-

2 empleando CA 80-100.



Evolución del módulo resiliente vs. Porcentaje de asfaltita para mezclas

modificadas MDC-2 empleando CA 80-100 y CA 60-70



Evolución de la deformación permanente vertical vs. Porcentaje de asfaltita

para mezclas modificadas MDC-2 empleando CA 80-100 y CA 60-70.



Evolución Rigidez Marshall vs. porcentaje de PVC adicionado por vía

húmeda (izquierda) y seca (derecha)



Evolución del módulo dinámico



Evolución de la deformación permanente



Evolución de la temperatura máxima de funcionamiento



Influencia del Gcr en la rigidez bajo carga monotónica (izquierda) y la perdida

en Cantabro (derecha) de una mezcla drenante. Rondón (2011).



GRACIAS

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mailto:[email protected]

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