presentación asfalto caucho
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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
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
CONTENIDO
1. DEFINICIONES
2. EJEMPLO EXITOSO: ASFALTO-CAUCHO (LLANTAS)
3. EXPERIENCIAS PERSONALES
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
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
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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
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
– 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
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Fatiga
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Bache (INVIAS, 2006)
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Ahuellamiento
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Stripping
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
CONTENIDO
1. DEFINICIONES
2. EJEMPLO EXITOSO: ASFALTO-CAUCHO (LLANTAS)
3. EXPERIENCIAS PERSONALES
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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/
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Disposición:
Apilamiento.
Entierro.
Reúso.
Generación de energía
http://www.elbarlovento.com.mx/Edicion4oct10.html
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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/
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Ventajas:
Mezclas más resistentes a los fenómenos de fatiga (flexión y TDC),
ahuellamiento.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Ley de fatiga para mezclas asfálticas modificadas con grano-caucho
(Sibal et al., 2000).
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Ahuellamiento
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Influencia del caucho molido de llanta en la resistencia a la deformación
permanente. Shen et al. (2006) (izquierda) y Lee et al. (2007) (derecha)
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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).
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
En el mundo existen diversas tecnologías para mezclar el asfalto caucho
en planta.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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:
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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?
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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)
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
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)
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
CONTENIDO
1. DEFINICIONES
2. EJEMPLO EXITOSO: ASFALTO-CAUCHO (LLANTAS)
3. EXPERIENCIAS PERSONALES
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Evolución del módulo resiliente para mezclas MDC-2 modificadas con
PEBD empleando CA 80-100.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Evolución de E/F con el contenido de CA y PEBD/CA
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
c)
Rigidez Marshall vs. Porcentaje de asfaltita para mezclas modificadas MDC-
2 empleando CA 80-100.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Evolución del módulo resiliente vs. Porcentaje de asfaltita para mezclas
modificadas MDC-2 empleando CA 80-100 y CA 60-70
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Evolución de la deformación permanente vertical vs. Porcentaje de asfaltita
para mezclas modificadas MDC-2 empleando CA 80-100 y CA 60-70.
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Evolución Rigidez Marshall vs. porcentaje de PVC adicionado por vía
húmeda (izquierda) y seca (derecha)
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Evolución del módulo dinámico
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Evolución de la deformación permanente
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Evolución de la temperatura máxima de funcionamiento
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
Influencia del Gcr en la rigidez bajo carga monotónica (izquierda) y la perdida
en Cantabro (derecha) de una mezcla drenante. Rondón (2011).
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Asfaltos y mezclas asfálticas modificadas con desechos poliméricos
GRACIAS
harondonq@udistrital.edu.co
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