MEJORA DE MEZCLAS ASFALTICAS DE RODADURA 0/10 CERRADAS CON EL USO DE UN ELASTOMERO (CAUCHO) Y UN

PLASTOMERO (TIRAS DE BOLSAS DE LECHE) EN UN ASFALTO 80-100

Ing PhD. Fredy Alberto Reyes lizcano , Ing MsC , Cand PhD Ana Sofia Figueroa

Departamento de Ingenieria Civil – Pontificia Universidad Javeriana, y Universidad de la Salle

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAProductos manufacturados cuyos componentes no son biodegradables.

polímeros empleados en el sector automotriz y a los desperdicios plásticos

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

El principio de estas investigaciones es:

PLASTICOTRABAJO DE GRADO ANTECESORES PANORAMA

MUNDIAL

CEDEX innovaciones Mezclas asfálticas Modificadas con materiales reciclados Norma Colombiana Cauchos

encontrar dos materiales (caucho y plástico) que trabajando simultáneamente, se obtengan mejores o

los mismos resultados.

búsqueda nuevas metodologías que incluyan nuevos materiales brindando la posibilidad de tener mejores pavimentos económicos y

funcionales

CAUCHO

Eliminación de residuos

conservación del medio ambiente

ahorro de materias primas y de energía

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cuál es el desempeño de las mezclas asfálticas pararodadura 0/10 cerradas, asfalto 80/100, a los cuales sele ha adicionado caucho y tiras de plástico? ¿Será,mejor su comportamiento, mayor su resistencia en losmódulos elásticos, mayor su resistencia a la fatiga yahuellamiento, con relación a las mezclasconvencionales no modificadas?

OBJETIVO GENERAL

Determinar y cuantificar las mejoras de losdesempeños mecánicos de mezclas asfálticas pararodadura con el uso de elastómeros (caucho) yplastómeros (plásticos) y su incidencia en los móduloselásticos, fatiga y ahuellamiento.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS• Seleccionar y caracterizar el material granular y el asfalto

80/100 para la mezcla.

• Determinar el porcentaje óptimo de asfalto de la mezcla

• Establecer el comportamiento dinámico de la mezcladensa para el óptimo del diseño Marshall.

• Establecer el comportamiento dinámico de la mezcladensa para el óptimo de adición de caucho y plástico.

Caracterización MaterialesPLASTICO Y CAUCHO

Por espacio de 6 meses serecolectaron bolsas de lechelarga vida en todas suspresentaciones (1.1 Lt, 900 cc,680 cc y 200 cc)

El caucho de desecho fue producido en elproceso de reencauche de La empresaRenovadora de llantas

CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS Y ASFALTO

• Asfalto 80/100 producido por ECOPETROL y proporcionado por Patria S.A.

• El agregado proporcionado por Patria S.A. fue No. 3/8” y No. 5/8 con el fin de obtener una granulometría 0/10 cerrada

RESULTADOS CARACTERIZACIÓN ASFALTO

RESULTADOS CARACTERIZACION AGREGADO

Ensayos Marshall• Marshall No 1 -Obtención porcentaje optimo

de asfalto

• Marshall No 2 -Obtención porcentaje optimo de plástico

• Marshall No 3 -Obtención porcentaje optimo de caucho

• Marshall No 4 -Obtención Proporción óptima de plástico con caucho

Cantidad de materiales

10

100

1000

240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 335 340

TEMPERATURA (°F)

VIS

CO

SID

AD

CIN

EM

AT

ICA

(c

en

ti-s

toc

ke

s)

Mezclado 294 °F (146 °C) Compactación 266 °F (130°C)

•Granulometría 0/10 Cerrada

•Peso briqueta marshall 1250gr

Temperatura de mezcla y compactación

Curva de calibración - variación de la viscosidad con el cambio de temperatura (ensayo del viscosímetro de Brookfield.)

1. Determinación peso específico “bulk”

2. Ensayo de Estabilidad y Flujo

3. Determinación de peso especifico máximo medido Gmm

Ensayos Probetas CompactadasMezcla y compactación de las Probetas

Diseño Marshall I.N.V. E – 748

Marshall No 1 -Obtención porcentaje optimo de asfalto Marshall No 2 -Obtención

porcentaje optimo de plástico• No briquetas 15, incrementando el porcentajecada 0.5% desde 5% hasta 7%

• Análisis de densidad, relación de vacíos(1),estabilidad (2) y flujo (3).

Porcentaje optimo de asfalto 6.3 % (Artículo 400,

diseño NAPA)

(1)

(2) (3)

Análisis relación estabilidad/flujo.

Porcentaje optimo de plástico 0.7 %

MEJORA DE MEZCLAS ASFALTICAS DE RODADURA 0/10 CERRADAS CON EL

Marshall No 3 -Obtención porcentaje optimo de caucho 16%

Marshall No 4 - Proporción óptima de plástico con caucho

Análisis relación estabilidad/flujo.Análisis relación estabilidad/flujo.

Porcentaje óptimo de Caucho 0.1 %Combinación óptimo 25 % plástico y 75% Caucho

FatigaSe realizaron 48 briquetas (12para cada mezcla asfáltica sinmodificar y 12 para mezclaasfáltica modificada.

La elaboración y análisis deresultados:

e6=120E-06 B=-0.2 Solo Asfalto

e6=196E-06 B=-0.22 Caucho

e6= 95E-06 B=-0.186 Plástico

e6=153E-06 B=-0.2 Caucho 75% -Plástico 25%

AhuellamientoEl ensayo se realiza en la máquina ahuelladora de la PUJ (INV-E756)

La maquina ahuelladora Trabaja a 42 r.p.m,

El mecanismo aplica una presión de 0.662 Mpa (presión ejercida por un eje de 13 Ton)

Sistema de calefacción con termostato regulable que mantiene la temperatura de Ensayo a 60 °C

Dimensiones de las briquetas son: altura 50 cm base 15 cm, espesor 8.5 cm,

Ensayo de Ahuellamiento

La briqueta es llevada Al horno a 60°C , durante 4 horas

Se monta la briquetaen el molde que lleva el carro móvil

Se carga el Brazo soporte con los pesos requeridos

se apoya la rueda cargada sobre la superficie de la probeta

Se determinan y se anotan

Deformaciones a

1,3,5,10,15,20,25,30,35, 40,45, 60, 75, 90. 105 y 120 min

2 briquetas paracada mezcla,(total 8 briquetas), compactadas en la maquina universal

Una vez finalizado el ensayo, se detienela máquina, se levanta la rueda, y se extrae la

probeta ensayada,

Resultados ahuellamiento en las cuatro mezclas analizadas

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 20 40 60 80 100 120 140

Tiempo (min)

Ah

uell

am

ien

to (

cm

)

ASFALTO

CAUCHO 0,10%

PLASTICO

CAUCHO 75% -

PLASTICO 25%

Porcentaje de reducción de ahuellamiento en mezclas asfálticas modificadas con respecto a la mezcla sin modificar

Porcentaje de reducción de ahuellamiento en mezclas asfálticas modificadas con respecto a la mezcla sin modificar

-120,0

-100,0

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

1 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60

Tiempo (min)

% R

ed

uc

cio

n

MEZCLA MODIFICADA CON CAUCHO

MEZCLA MODIFICADA PLASTICO

-120,0

-100,0

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

1 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60

Tiempo (min)

% R

ed

uc

cio

n

MEZCLA CON CAUCHO Y PLASTICOMEZCLA CON CAUCHOMEZCLA CON PLASTICO

-120,0

-100,0

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

1 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60

Tiempo (min)

% R

ed

uc

cio

n

MEZCLA MODIFICADA CON CAUCHO 75% Y PLASTICO 25%

Mezcla modificada con plástico

disminuye en un 59%

Mezcla asfáltica con caucho aumenta en un 27%

Mezcla asfáltica modificada con plástico y caucho disminuye un 8%

Módulos DinámicosEL OBJETIVO DEL ENSAYOES LA DETERMINACION DELOS MODULOS DINÁMICOS .

LOS ENSAYOS SE REALIZARON PARA LAS SIGUIENTES CONDICIONES:

TEMPERATURA: 10, 20 Y 30 °C

FRECUENCIA: 2.5, 5.0 Y 10 Hz

El ensayo NAT debe aplicarse amuestras cilíndricas preparadas enel laboratorio con diámetros entres100 y 150 mm y alturas entre 30 y

75 mm.

Se realizaron 3 briquetas tipoMarshall para cada una de lasmezclas modificadas y sinmodificar (total 12 briquetas)

Se aplica un pulso de carga de compresión a una temperatura y una frecuencia de carga establecidas, aplicando tensión y deformaciones horizontales.

Resultados Módulos Dinámicos en las cuatro mezclas analizadas

CURVAS ISOTERMAS DEL TOTAL DE COMBINACIONES

100

1000

10000

100000

0 2 4 6 8 10 12

Frecuencia (Hz)

Lo

g M

od

ulo

(M

Pa)

10 °C

ASFALTO20 °C

ASFALTO30 °C

ASFALTO10 °C

CAUCHO20 °C

CAUCHO30 °C

CAUCHO10 °C

PLASTICO20 °C

PLASTICO30 °C

PLASTICO10 °C A+P+C

20 °C A+P+C

30 °C A+P+C

2.55

10

-25% -21% -19%

-46% -43% -42%-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

FR EC U EN C IA ( Hz)

TEMPERATURA 200 C

0.1 % CAUCHO 0.7% PLÁSTICO

2.55

10

-44%-45% -42%

-33% -31% -30%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

FRECUENCIA (Hz)

TEMPERATURA 300 C

0.1% CAUCHO 0.7% PLÁSTICO

Análisis de datos por Frecuencia

(1) Variación porcentual del módulo para 10°C

(2) Variación porcentual del módulo para 20°C

(3) Variación porcentual del módulo para 30°C

(1)

(3)

(2)

Análisis de datos por Temperatura

1020

30

-16%

-46%-33%

40%

-25%-44%

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

TEMPERATURA OC

FRECUENCIA 2.5 Hz

PLÁSTICO CAUCHO

1020

30

-16%

-43%

-31%

30%

-21%

-42%-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

TEMPERATURA OC

FRECUENCIA 5 Hz

PLASTICO

CAUCHO

1020

30

-16%

-43%-31%

32%

-19%

-43%-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

TEMPERATURA 0C

FRECUENCIA 10 Hz

PLASTICO

CAUCHO

(1) Variación porcentual del módulo para 2.5Hz

(2) Variación porcentual del módulo para 5.0 Hz

(3) Variación porcentual del módulo para 10 Hz

(1) (2)

(3)

SARA

resinas aromáticos

asfaltenos saturados

sdispersado ntesconstituye

floculados ntesconstituye

IC

Este ensayo es utilizado para la caracterización química del cemento asfáltico

IATROSCAN

Resultados Análisis ensayo SARAAsfalto 80 /100 (sin modificar)

Asfalto 80/100 Modificado con caucho y tiras de bolsa de leche

Análisis Termogravimétrico (TGA) Bolsa de Banana, LANAMME UCR

29

DSC, en plástico

DSC en poliestireno expandido

Conclusiones

• Por medio de la metodología Marshall se determinó el contenido óptimo de asfalto(6.3%), contenido optimo de caucho (0.1 %), contenido óptimo de plástico (0.7%) ycombinación óptima de los materiales (75% caucho y 25% plástico).

• La selección de los porcentajes óptimos de caucho, plástico y combinación de los dosmateriales se realizó mediante un análisis de relación estabilidad/flujo, teniendocomo principio que un buen comportamiento de una mezcla asfáltica tiene valoresde esta relación ente 300 a 500.

• La mezcla modificada con caucho presenta mayores valores de flujo, con respecto alas demás, lo que indica que será una mezcla más susceptible a la deformación.

• Las mezclas modificadas (con caucho o con plástico), a medida que elporcentaje de caucho y plástico aumenta, el porcentaje de vacíos en la mezclatambién, al aumentar las proporciones del modificantes en la mezcla, sedificulta la unión entre el agregado y asfalto.

• El comportamiento de la mezcla asfáltica modificada con plástico presentó mejora enahuellamiento, disminuyendo en un 59 %, comparada con la mezcla sin modificar

• La mezcla modificada con adición de caucho presentó el peor comportamiento, estamezcla alcanzó deformaciones de un 27 % por encima de la deformación de la mezclaasfáltica sin modificar.

• La mezcla asfáltica modificada con caucho y plástico, presenta un mejorcomportamiento que la mezcla sin modificar . Esta mezcla presento un 8% dereducción de ahuellamiento.

• Se require estudios de DSC y TGA

• La mayor magnitud en relación con los módulos fue obtenida para la menortemperatura (10 C), y el módulo más alto obtenido fue para las muestras conplástico a 10 C , con una frecuencia de 10 Hz, con un valor de 12553 Mpa.

Se obtuvieron incrementos en el módulo, en las mezclas con adicion de plástico,con un incremento de 36% a 10 0C y 2.5 Hz.

Para un trafico de 3.000.000 de Ejes de 13Ton, conservando 25cm de basegranular y 25 cms de subbase granular, sobre una subrasante de 50Mpa, serequieren de carpetas asfálticas 20cm para la mezcla convencional, 18cm parael caucho, 18 cm para el plástico y 15cm para la combinación de caucho yplástico

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• MANTILLA LUIS ALFONSO, Caracterización dinámica de una mezcla asfáltica drenante con adición de desechos plásticosmediante técnicas de banco de fatiga. Tesis de Grado Pontificia Universidad Javeriana director: Fredy Reyes

• MENDEZ LUCIA TERESA Diseño de una mezcla asfáltica drenante con tiras de bolsa de leche, Tesis de Grado, PontificiaUniversidad Javeriana 2002, director Freddy Reyes

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• Memorias 4 as Jornadas internacionales del asfalto (Cartagena –Colombia), Efecto en las propiedades dinámicas de una mezclaasfáltica por adicionar desperdicio de llanta usada; Oscar Javier Reyes Ortiz (Colombia); Universidad Militar nueva Granada.

• Fredy Alberto Reyes Lizcano , PhDfredy.reyes@javeriana.edu.co

• Universidad Javeriana