Presentación asfalto caucho

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

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

Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos


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.

Capa Asfáltica
t

z Base + subbase

Subrasante
Consejo de directores de carreteras
de Iberia e Iberoamérica, 2002



Fatiga



Bache (INVIAS, 2006)



Ahuellamiento


Stripping



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


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



Quema de llantas a cielo abierto:

 Irritaciones de la piel, ojos, sistema respiratorio y
membranas mucosas.

 Depresión del sistema nervioso central.

 Cáncer.
ttp://www.dforceblog.com/
 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.
http://rainforestradio.com/


Disposición:

 Apilamiento.

 Entierro.

 Reúso.

 Generación de energía

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


Algunos usos:
 Aprovechamiento energético.
 Arrecifes artificiales.
 Plantación de árboles.
 Señalizaciones.
 Protección de equipos.
 Paredón en polígonos de tiro. http://cuenca-vv-sjr.blogspot.com/

 En áreas deportivas.
 Para control de erosión.
 Muros de contención.
 Barreras en pistas de karts.
 Para delimitación de casas.
 Modificador de asfaltos.


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).


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.


Bogotá Ibagué Buga Medellín Santamarta
CAMIÓN C2
Girardot Cali Buenaventura La Pintada Bosconia
Muestra eje
3380 1035 2014 2615 999
sencillo, llanta doble
Mayores al
1025 368 651 747 542
permitido (11 ton)
% de excedidos 30,3 35,6 32,3 28,6 54,3
Bogotá Ibagué Buga Medellín Santamarta
CAMIÓN C3
Girardot Cali Buenaventura La Pintada Bosconia
Muestra eje
934 586 795 678 355
tándem, llanta doble
Mayores al
138 246 88,0 142 104
permitido (22 ton)
% de excedidos 14,8 42,0 11,1 20,9 29,3

Ministerio de Transporte, INVIAS y CIMOC, 2003



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.



En Colombia las condiciones de tránsito y clima son cambiantes:

 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).



 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
Evolución del factor de daño para esas proporciones?
determinar el FC



     
E  exp a  bT 2  exp c  d T  e  fT 3  F 2

2.96
 
N f  4.74  10 0.165
E
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

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).

Way (1999)

http://rainforestradio.com/


Ahorro en mantenimiento de vías pavimentadas con
mezclas convencionales y modificadas con asfalto-Gcr
(Simulación)

 En 10 años se tiene un ahorro en mantenimiento de
aprox. $20.786’054.000. http://rainforestradio.com/


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

harondonq@udistrital.edu.co


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