Asfalto Modificado con llanta resiclada Tesis de Maestria

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

DIRECCION DE POSGRADO

ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO REOLOGICO Y CARACTERIZACION DE

ASFALTO MODIFICADO CON LLANTA TRITURADA (CAUCHO) EN RELACION

AL ASFALTO CONVENCIONAL, COMO ALTERNATIVA DE MITIGACION DE

CONTAMINACION AMBIENTAL POR LLANTAS EN DESUSO

Por: CARLOS ALBERTO VERA CORTEZ

Lectores: Promotor:

Ing. M.Sc. lvaro MERCADO Ing. M.Sc. Armando ESCALERA

Lic. M.Sc. Mercedes LVAREZ

Tesis de maestra presentada en vistas de la obtencin del grado acadmico de Master en

Ingeniera Ambiental

Mayo, 2014

MAESTRIA EN INGENIERIA AMBIENTAL

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Resumen

Despus de analizar y resaltar la importancia ambiental que tiene el manejo y reso de llantas en desuso en el presente trabajo de investigacin se presentan los resultados obtenidos al elaborar una mezcla asfltica de gradacin densa y asfalto modificado con Caucho molido proveniente de llantas en desuso, con el nimo de mejorar las propiedades fsico-mecnicas de mezclas tipo rodadura y garantizar la durabilidad de los mismas bajo las solicitaciones impuestas en el periodo de diseo.

Para el diseo se realiz la caracterizacin de mezclas asflticas convencionales; es decir, las utilizadas actualmente en trabajos de pavimentacin, y de mezclas con adicin de caucho molido, proveniente de la molienda de llantas en desuso, como una alternativa para mejorar las propiedades de la mezcla y ayudar a combatir la contaminacin ambiental.

El mtodo empleado para la obtencin de los porcentajes ptimos del asfalto-agregados-caucho molido, en principio, fue el Marshall entre otros adicionales como el de traccin indirecta. Se realizaron los siguientes ensayos: en el asfalto el ms importante es la obtencin de la estabilidad asfalto-polmero con porcentaje de caucho molido de 12, 14, 16 y 18% con relacin al asfalto natural, donde el caucho molido no es en tamao superior a 40 m (malla N 40), tambin se han tomado en cuenta los ensayos fisicoqumicos a ambos asfaltos modificado y natural (peso especifico, penetracin, ductilidad, punto de inflamacin, encendido, punto de ablandamiento, y la obtencin de la curva reolgica), a los agregados se realizo ensayos fsicos (granulometra, peso especifico, desgaste de los ngeles y caras fracturadas) y por ltimo, como ya se haba mencionado, se realizaron los ensayos o pruebas Marshall, cantabro y traccin indirecta quienes proporcionaron el resultado del proyecto para su anlisis, para ello se realiza un estudio de dosificacin de

concreto asfltico convencional en caliente y un concreto asfltico modificado con polmero (caucho molido) en caliente, ambos con un tamao mximo de 20 mm. (3/4) de los ridos para transito pesado. Los resultados obtenidos se contrastaron en graficas entre s para su anlisis.


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Como conclusiones de esta investigacin se destacan: se ha evidenciado un aumento en la

viscosidad de la mezcla asfalto-polmero hacindola ms flexible a bajas temperaturas y menos plsticas a altas temperaturas, recuperacin elstica del asfalto modificado con polmero (GCR), La disminucin de la deformacin plstica, de acuerdo con el modelo utilizado, el aumento de la estabilidad de la mezcla asfltica modificada conservando un menor peso, tambin se observa una influencia en la cohesin de la mezcla y la posibilidad

de inclusin de este material de desecho que impactan al ambiente pero contribuyen con la resistencia de un material como el concreto asfltico, entre otros.

En fin el objetivo principal de este estudio fue el de establecer de manera confiable la metodologa a seguir para mejorar las propiedades mecnicas y de durabilidad de las mezclas asflticas utilizando caucho molido. Estas eventuales mejoras se debern traducir en un aumento en la vida til del pavimento, lo que al ser complementado con un anlisis beneficio-costo permita concluir sobre las bondades en el uso del caucho molido como mejorador de mezclas asflticas. El caucho es obtenido de forma econmicamente viable usando llantas desechadas las cuales deben ser molidas hasta obtener tamaos apropiados,

resolviendo de paso el problema ambiental que estos generan al finalizar su vida til; este caucho recibe el nombre de grano de caucho reciclado GCR. Este caucho reciclado puede

ser adicionado a las mezclas asflticas mediante dos procesos, mezclndolo con el ligante o proceso hmedo, y mezclndolo con los agregados o proceso seco en la que para fines de este estudio se realiz por el proceso hmedo.


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Mis ms sinceros agradecimientos a:

La Lic. M.Sc. Ana Mara Romero, por haber posibilitado mi reincorporacin y conclusin de los estudios de Maestra. Al Ing. Renn Colque por su apoyo desinteresado con los ensayos de laboratorio y los correspondientes resultados. Al Ing. M.Sc. lvaro Mercado y a la Lic. M.Sc. Mercedes lvarez, por su tiempo en la revisin y correccin del documento, para lograr que cumpla con las exigencias correspondientes. A mi esposa e hijos, por su apoyo constante y motivacin para la conclusin de los estudios.


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TABLA DE CONTENIDOS

CAPITULO 1 INTRODUCCION 1 1.1.- Antecedentes 1 1.2.- Objetivos 3 1.3.- Contenido del proyecto 4

CAPITULO 2 GENERALIDADES 7 2.1.- Introduccin 7 2.2.- Breve Historia del caucho 7 2.3.- Antecedentes. 8 2.4.- Dao ambiental 11 2.4.1 Estimacin del dao ambiental evaluado en la salud 12 2.4.2 Los daos que pueden ocasionar a la salud de la poblacin pueden ser: 12

2.5. La utilizacin del caucho proveniente de llantas en desecho 13 2.6. El reuso de las llantas a partir del de llantas usadas en el municipio de Cochabamba. 15 2.7. Uso de llantas recicladas a nivel mundial 16

2.7.1 Caucho molido en canchas sintticas. 16 2.8. Los neumticos y su composicin. 17 2.9. Desvulcanizacin. 22 2.10. Niveles de Molienda. 23

2.10.1. Nivel de trituracin previa. 23 2.10.2. Nivel de trituracin final. 23

2.11. Usos posibles del caucho molido. 25 2.12 Aplicacin del grano de caucho reciclado (GCR) en los pavimentos 26

CAPITULO 3 PROPIEDADES DEL ASFALTO Y MODIFICACIONES CON POLIMEROS

3.1. Introduccin 29 3.2. Qu es un asfalto? 29 3.3. Composicin del Asfalto. 33


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3.4. Normativa vigente 34

3.4.1 Norma AASHTO (American Asociation of Standards Highway and Transportation Officials) 34

3.4.1.1 Ensayos de asfaltos segn AASHTO 35

3.4.1.2 Ensayos de asfaltos segn ASTM 35 3.5. Tipos de Asfalto. 36

3.5.1 Asfaltos no modificados 39 3.5.2 Asfaltos modificados 40

3.6. Propiedades Fsico-mecnicas del asfalto. 40 3.7. Comportamiento fsico-mecnico del asfalto 41

3.7.1 Reaccin del Asfalto ante Altas Temperaturas 42 3.7.2 Reaccin del Asfalto ante Bajas Temperaturas 43 3.7.3 Reaccin del Asfalto a Temperatura Ambiente 44 3.7.4 Envejecimiento del Asfalto 44 3.8. Caractersticas del Asfalto. 45 3.9. Funcin del asfalto en los Pavimentos. 46 3.10. Qu es un asfalto modificado? 46 3.11. Definicin de Polmero. 47 3.12. Principales modificadores utilizados en el Asfalto. 48 3.13. Por qu se modifican los asfaltos? 49 3.14. Modificacin del Asfalto. 50 3.15. Estructura de los Asfaltos Modificados. 51 3.16. Compatibilidad de los Polmeros. 51 3.17. Tcnicas para modificar Asfaltos. 53 3.18. Cambio de Propiedades en el ligante asfltico. 54 3.19. Tipos mezclas asflticas en caliente 55

3.19.1. Clasificacin 57

CAPITULO 4 ENSAYOS PARA LA OBTENCION DE RESULTADOS

4.1. Introduccin. 61


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4.2. Cementos asflticos. 61 4.2.1. Penetracin ASTM D-5, AASHTO T-49. 61 4.2.2. Peso especfico ASTM D-70, AASHTO T-228. 62 4.2.3. Viscosidad Saybolt ASTM D-88, AASHTO T-72. 64 4.2.4. Viscosidad por capilares de vaco ASTM D-2171, AASHTO T-202. 65 4.2.5. Punto de inflamacin ASTM D-92, ASHTO T-48. 67 4.2.6. Pelcula delgada ASTM D-1754, AASHTO T-179. 68 4.2.7. Ductilidad ASTM D-113, AASHTO T-51. 69 4.2.8. Prueba de la Mancha AASHTO T-102. 69 4.2.9. Punto de ablandamiento ASTM D-36, AASHTO T-53. 70 4.2.10. Prueba de Estabilidad Asfalto - Polmero. 71

4.3. Mezclas asflticas. 72

4.3.1. Estabilidad Marshall ASTM D-1559, AASHTO T-245. 72 4.3.2. Cntabro en mezclas asflticas NLT 352. 74 4.3.3. Traccin indirecta de mezclas asflticas NLT 346. 75 4.3.4. Traccin directa en mezclas asflticas (no normada). 76

4.4. Agregados. 78 4.4.1. Granulometra de agregados ASTM D-136, AASHTO T-27. 78 4.4.2. Peso especfico de agregados gruesos ASTM C-127, AASHTO T-85. 79 4.4.3. Peso especfico de agregados finos ASTM C-128, AASHTO T-84. 79 4.4.4. Desgaste por la mquina de los ngeles ASTM C-131, AASHTO T-96. 80 4.4.5. Determinacin de caras fracturadas ASTM D-5821. 81

CAPITULO 5 PROCESOS Y RESULTADO DEL EXPERIMENTO 5.1. Introduccin. 82

5.2. Metodologa. 83 5.2.1. Modificacin del asfalto. 85 5.2.2. Caracterizacin del asfalto convencional y modificado. 86 5.2.3. Curva Reolgica. 86 5.2.4. Caracterizacin fsico-mecnico del asfalto para mezclas en caliente. 87

5.3. Experimentacin. 87


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5.3.1. Prueba de estabilidad Asfalto-Polmetro AASHTO T-53 . 87 5.3.2. Prueba fisicoqumica. 89 5.3.3. Prueba recuperacin elstica por ductilmetro. 90 5.3.4. Curva Reolgica. 93 5.3.5. Pruebas Fsico-mecnicas. 96 5.3.6. Caractersticas de los Agregados de la Muestra 97

5.4. Confeccin de la muestra. 98 5.4.1.- Parmetros Marshall. 98 5.4.2.- Prueba de Cantabro. 112 5.4.3.- Prueba de Traccin Indirecta. 115

CAPITULO 6 ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS 119

CAPITULO 7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 124

7.1. Conclusiones 124 7.2 Recomendaciones 127

BIBLIOGRAFA 128


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LISTA DE TABLAS

Tabla 2.1. Enfermedades identificadas, provocadas por la mala disposicin final de las llantas. 13 Tabla 2.2. Composicin del neumtico. 20 Tabla 2.3. Propiedades de los diferentes cauchos. 21 Tabla. 3.1 Gradacin de materiales granulares para mezclas densas y abiertas. 59 Tabla 5.1. Prueba de estabilidad-polmero. 88 Tabla 5.2 Resultados de la caracterizacin fisicoqumica del asfalto convencional y el modificado con 14% de llanta triturada. 89 Tabla 5.3 Resultados de la prueba de Viscosidad por Capilares de Vaco 93 Tabla 5.4 Gradacin de la muestra. 96 Tabla 5.5 Combinacin de Agregados. 97 Tabla 5.6 Resultados de ensayos de agregados 97 Tabla 5.7 Valores obtenidos en el diseo Marshall de asfalto sin modificar 102 Tabla 5.8 Valores obtenidos en el diseo Marshall de asfalto modificado 14% de Caucho 104 Tabla 5.9 Gradacin de la mezcla de trabajo 106 Tabla 5.10 Valores obtenidos en el ensayo de Cntabro en muestra convencional 113 Tabla 5.11 Valores obtenidos del ensayo de cntabro de asfalto modificado con 14% de Caucho 113 Tabla 5.12 Valores obtenidos en el ensayo de Traccin indirecta en probeta convencional 116 Tabla. 6.1 Anlisis comparativo con la experiencia colombiana 119 Tabla. 6.2 Anlisis comparativo con la experiencia venezolana 120 Tabla. 6.3 Especificacin de Asfaltos Modificados con Polmeros Tipo I 121 Tabla. 6.4 Anlisis comparativo de recuperacin elstica, mediante ductilmetro 122 Tabla 7.1 Valores obtenidos en el diseo Marshall de asfalto sin modificar 124 Tabla. 7.2 Anlisis comparativo de recuperacin elstica, mediante ductilmetro 125


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LISTA DE FIGURAS

Fig. 1.1 Deformacin, Ahuellamiento del pavimento Av. Blanco Galindo 3

Fig.2.1 Llantas desechadas en una llantera de la ciudad 8 Fig.2.2 Usos alternativos del caucho (Abarcas, pisos) 14 Fig.2.3 Usos alternativos del caucho (muro de contencin) 16 Figura 2.4. Uso de caucho molido en csped sinttico 17 Fig. 2.5 Esfuerzo vs. Deformacin del caucho natural vulcanizado y caucho natural 19 Fig. 2.6 Esquema de partes de una llanta. 20 Fig.2.7 Composicin de cadena de Poliestireno y Polibutadeido 21 Fig. 2.8 (cadena vulcanizada) 22 Fig. 2.9 Molienda de caucho en forma preliminar y en procesos de criognesis 25 Fig. 3.1. Productos Bituminosos (Instituto del Asfalto. Manual del Asfalto) 30 Fig. 3.2. El asfalto 31 Fig. 3.3. Productos y Temperaturas tpicas de destilacin 32 Fig. 3.4. Composicin del Asfalto 34 Fig. 3.5 Conducta Visco-Elstica. 42 Fig. 3.6 Esfuerzos en el pavimento 43 Fig. 3.7 Vacos en la mezcla 45 Fig. 3.8. Microfotografa Asfalto con polmero 52 Fig. 3.9. Temperatura de mezcla en caliente 56 Fig. 3.10. Carretera Santa Cruz San Ignacio construida con mezcla en caliente 56

Figura 4.1 Ensayo de penetracin (manual de asfalto) 62 Figura 4.2 Equipo para ensayo de penetracin G.A.M.C. 62 Figura 4.3 Tipos de picnmetros usados para el ensaye de peso especifico 63 Figura 4.4 Esquema del Viscosmetro Saybolt 64 Figura 4.5 Viscosmetro Saybolt del G.A.M.C 65 Figura 4.6 Viscosmetro de capilar en vacio del instituto del asfalto 66 Figura 4.7 Aparato de Cleveland 67 Figura 4.8 Aparato de Cleveland del G.A.M.C. 68 Figura 4.9 Ductilmetro 69 Figura 4.10 frasco de anillo y bola 71 Figura 4.11 Especificaciones del equipo empleado para la prueba de estabilidad asfalto polmero 72


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Figura 4.12 Equipo Marshall 73

Figura 4.13 Equipo de Los ngeles UMSS 74 Figura 4.14 Accesorio para ensayo de traccin simple 76 Figura 4.15 Detalle de ensayo de traccin simple 77 Figura 4.16 Accesorio para ensayo de traccin simple 77 Figura 4.17 Detalle de granulometras de agregado para mezcla asfltica 78


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Captulo 1 Introduccin

1.1. Antecedentes

Uno de los problemas que permanentemente causa preocupacin y es motivo de

investigacin de los ingenieros de pavimentos es la calidad y heterogeneidad del asfalto que se obtiene de las refineras y que esta sujeto a las caractersticas de los crudos en cada uno de los pozos encontrados. Es decir no solo es una limitacin de la naturaleza sino tambin de equipos para poder normalizar todas las caractersticas posibles. Es por ello que de acuerdo a la historia, en la primera etapa de la investigacin de asfaltos modificados se consider el uso del poliestireno como un rigidizador del concreto asfltico para mitigar la deformacin por ahuellamiento en lugares donde las altas temperaturas dan lugar a este problema, o en lugares de estacionamiento transitorio en los cuales como consecuencia del

arribo e inicio de la marcha permanente de los vehculos se acentan los hundimientos por la misma carga (Figueroa y Reyes 2005)1. La innovacin en materiales para carreteras a partir de los desechos no biodegradables es una preocupacin mundial. Pases como Estados Unidos, Espaa y Francia han realizado trabajos con la utilizacin de llanta, vidrio y polietileno, incluso ahora se tiene normativa sobre su empleo, las cuales se han obtenido a partir de los resultados de investigacin.

Las necesidades y exigencias de las ciudades modernas, han procurado que las tcnicas actuales en la construccin de caminos cumplan con las demandas de los usuarios, hoy en da los productos de pavimentacin han tenido un gran desarrollo y se cuenta con nuevas

tecnologas asflticas, producto del desarrollo obtenido gracias a la realizacin de pruebas diversas en los distintos materiales que conforman un asfalto.

1 Revista tcnica Ingeniera e investigacin Volumen 27 N 3 ao 2007


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Las caractersticas de estos nuevos productos permiten el empleo de casi todos los tipos de

materiales ptreos, cualquiera que sea su composicin qumica y su empleo para trabajar en condiciones atmosfricas anteriormente imposibles.

Ante la necesidad creciente de contar con productos que tengan un mejor comportamiento bajo la accin del trnsito vehicular y de los distintos factores ambientales, se han desarrollado procesos que permiten la fabricacin de asfaltos de mayor durabilidad, mediante la adicin de polmeros.

La utilizacin de polmeros en la preparacin de mezclas asflticas data de hace ms de medio siglo en los pases con mayor avance tecnolgico, desde entonces se ha mostrado el inters en conocer el comportamiento de las mezclas asflticas modificadas con polmeros, a travs de pruebas de laboratorio, en nuestro medio, recin se esta iniciando con estos procesos constructivos.

El empleo de asfaltos modificados con polmeros tiene un costo adicional sobre la mezcla

asfltica (de hasta un 25%), pero a su vez reduce los costos de mantenimiento2.

Est plenamente comprobado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mecnicas como de adherencia en una amplia gama de aplicaciones y bajo distintas condiciones climticas y de trnsito. Sin embargo, el creciente incremento de volumen de trnsito, la magnitud de las cargas y la necesidad de optimizar las inversiones, provoca que en algunos casos, las propiedades de los asfaltos convencionales resulten insuficientes, por ejemplo, con los asfaltos convencionales no es posible eliminar el problema de las deformaciones producidas por el trnsito canalizado, especialmente cuando se deben afrontar condiciones de alta temperatura, ver Fig. 1.1

2 http://www.e-asphalt.com/modificados/modificados.htm


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Fig. 1.1 Deformacin, Ahuellamiento del pavimento Av. Blanco Galindo

Con ciertas mezclas abiertas (alternativa generada por razones de confort y seguridad), con los ligantes convencionales no se alcanzara una resistencia mecnica satisfactoria a causa

de una insuficiente cohesin y adherencia, lo que unido a un bajo contenido de ligante de estas mezclas, podra conducir a una disminucin en su durabilidad.

Ante las situaciones mencionadas, adems de apelar a nuevas tecnologas constructivas y a

un estudio ms profundo de los materiales, una solucin evidente fue modificar el asfalto, tal es el caso de la implementacin del uso de polmeros, logrando de esta manera mejorar el comportamiento de los pavimentos con el consecuente beneficio al obtener periodos de diseo y de vida til mayores que el de los pavimentos convencionales.

1.2. Objetivos

OBJETIVO GENERAL

El objetivo general del proyecto es el de realizar un anlisis comparativo de mezcla asfltica convencional, en relacin a la fabricada con asfalto modificado mediante adicin de llanta triturada (Caucho), destinado al diseo de carpeta asfltica en pavimentos, mostrando sus ventajas y desventajas, como una alternativa de mitigacin ambiental, para la contaminacin de llantas en desuso.


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OBJETIVOS ESPECFICOS

Determinar las caractersticas fsicas y mecnicas del compuesto o mezcla asfltica.

Caracterizar los materiales utilizados para el diseo, los cuales deben cumplir normas AASHTO y ASTM.

Realizar un estudio comparativo entre al asfalto convencional y asfalto modificado

con llanta triturada. Realizar diseo de mezcla asfltica para la pavimentacin de carreteras y calles de

Cochabamba con mtodo tradicional, para realizar la evaluacin comparativa. Preparar todas las probetas para ensayos de asfalto en laboratorios del Gobierno

Autnomo Municipal de Cochabamba. Establecer la diferencia entre un asfalto modificado y uno sin modificar. Determinar el porcentaje de polmero (Caucho) y asfalto ptimos para el diseo de

estas mezclas.

Determinacin de las ventajas y desventajas de cada diseo para fines de aplicacin. Minoracin del impacto ambiental al presentar otra utilizacin del caucho reciclado.

Proporcionar una alternativa ms en el diseo de mezclas asflticas para la pavimentacin de carreteras y calles de Cochabamba.

1.3. Contenido del proyecto

En el Captulo 2 se presenta una visin general de los aspectos ms relevantes del caucho una breve mencin sobre su historia, su composicin, los diferentes productos en relacin a

la llanta o neumtico, se hace hincapi referente al dao ambiental de dicho producto cuando este se desecha, ya que en el municipio de Cochabamba, no existen polticas para la mitigacin de este problema. Posteriormente de describe de forma breve los usos de la llanta desechada tanto en el mbito nacional como internacional, en la que adems se menciona un mtodo para la obtencin del caucho molido por medio de la trituracin de llantas usadas.


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En el Captulo 3, y fruto de una intensa revisin bibliogrfica, se presenta un panorama general sobre las caractersticas del asfalto, su origen, composicin y caracterizacin fisicoqumica. Posteriormente se hace una breve descripcin de los polmeros ms usados en la actualidad, entre los que se encuentra el caucho molido, detallndose su comportamiento en el asfalto y la mezcla asfltica. Ms adelante de describen las

caractersticas de la mezcla asfltica, los tipos y clasificacin, segn algunos factores especficos.

En el Captulo 4, se contempla de manera resumida las Normas y metodologa de los ensayos a realizarse para la obtencin de los resultados, para lograr los objetivos del presente estudio. Entre los ensayos ms comunes realizados a los asfaltos se trata de implementar otros que se consideran necesarios pero son poco usados en nuestro medio para la caracterizacin del asfalto y sus mezclas, asimismo, se realizaran ensayos poco aplicados a asfaltos, como el de traccin directa.

En el Captulo 5 se describen los trabajos realizados en el Laboratorio del Gobierno Autnomo Municipal de Cochabamba y de la Carrera de Ingeniera Civil.

Para analizar el comportamiento de las mezclas asflticas y de sus componentes (asfalto y agregados), se han empleado ensayos convencionales comnmente usados en todo el mundo, asimismo se incluyeron otros ensayos a criterio personal, que ayudarn a los anlisis para los fines del proyecto, entre los convencionales podemos mencionar la prueba Marshall, viscosidad, etc., y entre los ensayos de uso no tan frecuente como la traccin indirecta y la prueba de estabilidad asfalto-polmero. Tambin se realizaron ensayos para la caracterizacin de ligantes y para el estudio de las caractersticas de los ridos.

Despus de realizados los ensayos se detallan los resultados del estudio de las

caractersticas mecnicas de diferentes tipos de mezclas en caliente empleando los Ensayos Marshall y Traccin Indirecta tanto en seco como tras inmersin, comparando los resultados con los de mezclas convencionales.


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Despus de realizar un anlisis completo de la informacin recabada sobre el tema, y de los resultados obtenidos de los diferentes ensayos realizados, en el Captulo 6, se exponen los resultados y la discusin correspondiente, para el diseo, fabricacin y control de calidad de las mezclas bituminosas, que responden a los objetivos planteados al inicio del proyecto.

En el Capitulo 7, se detallan las conclusiones del anlisis realizado en el capitulo anterior con las recomendaciones pertinentes en relacin a la aplicacin de este producto en el

diseo de mezclas asflticas, en nuestro medio.


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Capitulo 2 Generalidades

2.1. Introduccin.

Actualmente en nuestro pas los neumticos de automviles son desechados en forma

continua, sin registrarse en general ningn sistema formal de deposicin selecta o lugares especialmente destinados al efecto. En la actualidad hay pocas empresas en el pas que reciclan el caucho de los neumticos. Dado el gran parque automotor con que se cuenta, y por ende la gran cantidad de neumticos desechados, se hace imprescindible reutilizar los desechos de este material. Este captulo trata sobre el caucho y sus diferentes aplicaciones, desde sus antecedentes hasta su composicin para luego encarar lo concerniente a su uso en la pavimentacin de carreteras.

2.2. Breve Historia del caucho

El caucho puede ser natural o sinttico. El de origen natural se elabora a partir del ltex, que es una resina blanca lechosa que sale de la corteza del rbol de caucho. Este, si bien es originario de Brasil, fue llevado a Inglaterra en 1876 y de all exportado a otras zonas bajo dominio britnico, determinando que hoy las principales plantaciones un 90 % del mercado mundial se encuentren en el sudeste asitico, principalmente en Malasia. En un principio los usos de esta materia prima eran pocas. Fue el comerciante de ferretera Charles Goodyear (1800 1860) quin descubri que, mezclndolo con el azufre y calentndolo, se evitaba que fuese tan pegajoso cuando estaba caliente y tan rgido cuando enfriaba. A partir de este proceso llamado vulcanizacin se comenz a fabricar una gama

muy amplia de productos como aislamiento para cables elctricos, mangueras, cintas transportadoras y de manera destacada cubiertas para transporte de automviles, camiones, aviones, etc. Hacia fines de siglo XIX Michelin en Francia, Dunlop en Inglaterra y


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Goodrich en Estados Unidos fabricaron las primeras cubiertas para automviles. (Botazzo y Gonzales 2008)

2.3. Antecedentes.

Las llantas de desecho se han convertido en un problema tcnico, econmico, ambiental y de salud pblica mundial (Cantanhede y Monge 2002); en Amrica Latina es comn encontrarlas en la va pblica, en talleres mecnicos de automviles, en casas, cauces de arroyos y ros. En las ciudades esta situacin se agudiza, debido a que es muy alta la disponibilidad de llantas para su reutilizacin, ya que cada ao, ingresan miles procedentes del interior. Se calcula que en el municipio de Cochabamba cada ao se comercializan alrededor de 250,000 llantas las que incluye llantas nuevas, a medio uso y recauchutadas, siendo que la cantidad de llantas en desecho en la va pblica (Fig. 2.1) o en centros de acopio se desconocen.

Fig.2.1 Llantas desechadas en una llantera de la ciudad

Una vez ingresada al pas, la llanta se reutiliza, previo proceso de recauchutamiento o

vulcanizacin, y es 50 por ciento ms econmica que una nueva, por lo que tiene una gran demanda por parte de los residentes de la ciudad y otros municipios.


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En el municipio de Cochabamba, en el ao 2008, se estim que aproximadamente 1 milln de llantas estaban en uso3, sin que haya una disposicin final adecuada para todas (A la fecha, lgicamente este nmero se ha incrementado). Esto se ha convertido en un problema ambiental grave, con pocas iniciativas para solucionarlo.

Desde el ao 2006, EMSA, dentro de su servicio especial de recojo de desechos industriales, presta el servicio de recojo de llantas, la empresa municipal recolecta cada semana las llantas e ingresa un volumen aproximado de 30 m3 en llantas, las cuales son depositadas en un rea especfica dentro del botadero.

Hasta el momento no se tiene un estudio especfico acerca de las enfermedades derivadas de las llantas depositadas fuera del centro de acopio, sin embargo, est demostrado que al ser fuentes de depsito de agua estancada, constituyen un hbitat idneo para la reproduccin del mosquito, el cual origina paludismo, dengue y otros similares. Tambin son criaderos de fauna nociva como roedores, portadores de rabia y leptospirosis;

mismos que coexisten con cucarachas, que provocan enfermedades del aparato digestivo principalmente, adems de vboras, araas, alacranes y viudas negras, que pueden inducir

envenenamiento por mordedura o picadura. De igual manera, provocan daos al medio ambiente ya que en caso de producirse incendios se contamina el aire, lo vuelve txico, y tambin los mantos freticos del subsuelo. Asimismo, sus implicaciones son obvias en el deterioro de la imagen urbana.

Las autoridades han realizado varias actividades para recoger la llanta de la va pblica, pero no han logrado solucionar el problema, lo que ha llevado a buscar alternativas que incluyen al sector empresarial, a la sociedad civil organizada y a la parte acadmica. Esto

conlleva a la consideracin de que los problemas complejos se resuelven a travs de la

3 Diagnostico de la cadena de manejo y reuso de llantas en el municipio de Cochabamba (2010).


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gestin de todos los miembros de una sociedad consciente, la que tiene que arreglar sus

asuntos de manera coordinada.

Sin embargo, la propuesta se enfrenta a una combinacin; de la demanda ciudadana y a los intereses particulares del sector empresarial, que no siempre est dispuesto a cambiar sus prcticas tradicionales. Tiene que haber un trabajo intenso de gestin para convencer y llegar a un consenso conveniente para todos.

Dentro del proceso de gestin pblica para solucionar el problema ambiental de la llanta de desecho en Cochabamba, el concepto del presente proyecto es el de la reutilizacin de la misma, adicionndola al Pavimento Flexible, solucionando dos problemas en forma simultnea:

Mejorar la calidad de los pavimentos flexibles. Brindar la posibilidad de eliminacin de llantas de caucho mediante su

trituracin y adicin a la mezcla asfltica.

a) Gestin pblica sobre el problema de la llanta de desecho

Es preponderante y absolutamente necesario que las autoridades dentro de la Gestin Pblica tomen las medidas correspondientes para el adecuado manejo y disposicin de las llantas en desuso, al la fecha no se han determinado polticas a este respecto.

b) Generacin, manejo y disposicin final

La generacin, manejo y disposicin final de los desechos ha sido uno de los temas ms controvertidos en materia ambiental, y en el caso de la llanta usada se convierte en un problema tcnico, econmico, ambiental y de salud pblica. La pregunta central es qu hacer con el neumtico de desecho?, para muchos usuarios lo ms econmico es dejarlo en el patio trasero del hogar, para otros en la va pblica, para algunos, pagar por su


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disposicin final en centros de servicios. Sin embargo, ninguna de esas opciones es una

solucin.

c) Actores en la gestin pblica del problema ambiental

En Cochabamba se identifican los actores que intervienen en la gestin para resolver el problema de la llanta de desecho: a) los usuarios en general y la sociedad civil organizada, que sigue la lgica de la necesidad; b) el gremio llantero y el empresariado, ambos guiados por la ganancia; c) el gobierno en sus tres niveles, orientados segn la poltica, para alcanzar el bienestar comn y d) la parte acadmica, o sea nosotros participamos en los estudios, como el que presentamos.

Hasta la fecha se puede concluir que en la gestin de este problema el actor gubernamental no ha sido eficiente, ni eficaz, en la que tampoco ha sido trasparente y no ha promovido la participacin social.

2.4. Dao ambiental

El dao ambiental causado por la mala disposicin final de las llantas se da principalmente por la quema de llantas. La quema de llantas causa efectos adversos al medio ambiente y a la salud pblica debido a la emisin de hidrocarburos no quemados y diferentes elementos que son nocivos para la atmsfera y la calidad del aire. De igual forma, la quema de llantas, puede generar diferentes tipos de slidos y lquidos con contenidos dainos, que pueden contaminar el suelo, el agua superficial y subterrnea4. Entre ellos el Monxido de carbono

- Xileno Holln - xidos de nitrgeno, Dixido de carbono -xidos de zinc Benceno - Fenoles, Dixido de azufre - xidos de plomo, Tolueno. Adems el holln contiene

4 Diagnostico de la cadena de manejo y reuso de llantas en el municipio de Cochabamba (2010).


12

cantidades importantes de hidrocarburos aromticos policclicos, altamente cancergenos.

El zinc, en concreto, es particularmente txico para la fauna acutica. Tambin tiene el peligro de que muchos de estos compuestos son solubles en el agua, por lo que pasan a la cadena trfica y de ah a los seres humanos. Las llantas se estima tardaran aproximadamente 500 aos en biodegradarse.

2.4.1 Estimacin del dao ambiental evaluado en la salud

El dao ambiental sobre la salud pblica se da a consecuencia de la quema de las llantas y de ser puntos para la proliferacin de vectores causante de enfermedades.

La quema de llantas emite gran cantidad de elementos dainos y txicos, e incluso mutagnicos, a la atmsfera, estos elementos pueden ser partculas, monxido de carbono, bixido de azufre, hidrocarburos aromticos polinucleares, dioxinas, furanos, cloruro de hidrgeno, benceno, bifenilos policlorados, y metales como arsnico, cadmio, nquel, zinc, mercurio, cromo y vanadio (Botazzo y Gonzales 2008)

De igual forma, el almacenaje de llantas permite la proliferacin de vectores causantes de enfermedades, como ser mosquitos y roedores. Las llantas pueden acumular agua de lluvia, calor, ausencia de luz y junto con la proteccin, crean la atmosfera perfecta para la reproduccin sobre todo de mosquitos.

2.4.2 Los daos que pueden ocasionar a la salud de la poblacin pueden ser:

Problemas respiratorios (IRAS) Enfermedades virales, como dengue, fiebre amarilla, y malaria

Cncer. (Tabla 2.1)

Se debe tomar en cuenta que las enfermedades virales mencionadas no se proliferan dentro del municipio, ya que el clima no corresponde al adecuado para su crecimiento y


13

proliferacin de los mosquitos transmisores. Estas enfermedades se dan en climas

tropicales, pero tienen una influencia directa debido a que pueden ser tratadas en hospitales del municipio

Tabla 2.1. Enfermedades identificadas, provocadas por la mala disposicin final de las llantas.

DESCRIPCION PROBLEMA Enfermedad respiratoria Asma, Bronquitis, Neumona

Enfermedad Viral Dengue, Fiebre amarilla, Malaria, Hanta Virus

Cncer Cncer Pulmonar

Fuente. Diagnostico de la cadena de manejo y reso de llanta en el municipio de Cochabamba

2.5. La utilizacin del caucho proveniente de llantas en desecho

La reutilizacin de neumticos es de amplio uso y difusin en aquellos pases que poseen normativas ambientales claras y eficientes.

Adecuadas reglamentaciones limitan el uso de los neumticos, debido al deterioro que se produce en el mismo, su vida til depende de la calidad del neumtico en general, el tipo de

caucho y el uso y tratamiento que el mismo reciba en su fabricacin

Segn el Manual de Gestin Integral de Residuos Slidos Urbanos, editado por CEMPRE Uruguay5, el proceso de regeneracin de la cubierta implica la separacin de la goma vulcanizada de los dems componentes y su digestin con vapor y productos qumicos, como lcalis, mercaptanos o aceites minerales. El producto de esta digestin es refinado en molinos hasta la obtencin de un manto uniforme, o extrusado, para obtener un material

5 CEMPRE 1998 Manual de gestin integral de residuos slidos urbanos Uruguay


14

granulado, la goma regenerada se usa en compuestos destinados a productos con menor

exigencia en cuanto a desempeo, tales como alfombras, protectores, suelas de calzado, neumticos industriales y para bicicletas. En la figura 2.2, se puede apreciar abarcas y alfombras de uso comn en nuestro medio, hace muchos aos, cabe hacer notar que para realizar estos productos no se realiza ningn pre tratamiento al caucho.

Fig.2.2 Usos alternativos del caucho (Abarcas, pisos)

Se puede enumerar su uso en otros fines, como por ejemplo vallas de seguridad, muros de contencin, parachoques de embarcaciones, hamacas, juegos, pisos, etc. Asimismo vale resaltar que en Estados Unidos se ha comenzado a exigir en las licitaciones pblicas que las empresas constructoras utilicen un porcentaje de 5 % de neumticos trozados o en polvo en las obras a construir. De acuerdo a la molienda se originan distintos tamaos de partculas de caucho. Actualmente en Alemania, donde las cubiertas tambin se queman o terminan en los vertederos, los cientficos de la Universidad de Chemnitz han descubierto un procedimiento por el cual despus de moler la goma se las funde con plstico propileno, que permite

fabricar un material resistente a la traccin, extendible y fcil de trabajar, con el que se pueden producir por ejemplo paragolpes de vehculos. (Botazzo y Gonzales 2008)


15

Segn el citado manual del CEMPRE6 en Estados Unidos, Japn y Alemania se estn

ensayando diversos procesos de pirlisis con el objetivo de transformar los hidrocarburos presentes en los neumticos en nuevos materiales como aceite y negro de humo (carbn elemental), enmarcado dentro de la re obtencin de materia prima pura.

Las llantas debido a su uso constante llegan a desgastarse hasta ser prcticamente

inutilizables por los vehculos, desgastadas e inclusive algunas con poco dao son desechadas. Lamentablemente no se cuentan con datos sobre la cantidad de llantas que son

dispuestas para el reuso, por lo cual no se tiene un detalle del porcentaje de llantas actualmente reutilizadas.

2.6. El reuso de las llantas a partir del de llantas usadas en el municipio de Cochabamba.

Actualmente en el municipio de Cochabamba, las llantas en desuso vienen siendo utilizadas para fabricar diferentes objetos, desde insumos para la construccin hasta objetos de decoracin.

Artesanas (macetas), Artculos de hogar(otros), Repuestos de autos (bujes, cualquier repuesto hecho a base de caucho), Artculos para ganadera, transporte, entre otros (correas), Artculos para zapatera (suelas de zapato, plantillas, abarcas), Muros de contencin, Parques infantiles

Entre otros.

6 CEMPRE 1998 Manual de gestin integral de residuos slidos urbanos Uruguay


16

Para estos efectos, la llanta no recibe ningn tratamiento, simplemente es cortada en la

forma deseada y dispuesta, en muros de contencin se la utiliza en forma integral. (Ver Fig. 2.2 y 2.3)

Fig.2.3 Usos alternativos del caucho (muro de contencin)

2.7. Uso de llantas recicladas a nivel mundial

2.7.1 Caucho molido en canchas sintticas.

El denominado granulado de caucho ecolgico SBR, obtenido del reciclaje por trituracin de neumticos usados, es una solucin saludable e inocua que ofrece enormes posibilidades como relleno de instalaciones de csped artificial como un campo de ftbol. Estas cualidades han sido acreditadas, por estudios especializados en todo el mundo. Las investigaciones vienen a corroborar que se trata de un material totalmente inerte y por ello no contaminante y respetuoso con la naturaleza y la salud humana. (Poligrass Ibrica 2010)


17

Figura 2.4. Uso de caucho molido en csped sinttico

2.8. Los neumticos y su composicin.

Los neumticos se pueden clasificar en radiales y diagonales segn la estructura de la carcasa. Los mismos centran un gran porcentaje de la industria del caucho constituyendo el 60 % de la produccin anual del mismo. Los elastmeros o cauchos son materiales polimricos cuyas dimensiones pueden variar segn sea el tipo de esfuerzo al que son sometidos, volviendo a su forma cuando el esfuerzo se retira.

El caucho natural se extrae a partir del rbol Hevea Brasiliensis que es un ltex con partculas de caucho en suspensin. Despus de un proceso de secado y de ahumado se utilizan diferentes productos. Hoy en da alcanza el 30 % del mercado de los cauchos, el resto lo ocupan los cauchos sintticos.

Los tipos de caucho ms empleados en la fabricacin de los neumticos son:

Cauchos naturales (NR) Estireno Butadieno (SBR) Polibutadienos (BR)


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Polisoprenos (IR)

La combinacin se realiza de modo que los cauchos naturales proporcionen elasticidad y los sintticos, estabilidad trmica. Esta combinacin de efectos favorece la durabilidad y la capacidad de adaptarse a las nuevas exigencias del trnsito.

La estructura de los cauchos naturales est formada por cis-1,4 polisopreno mezclado con pequeas cantidades de protenas, lpidos y sales inorgnicas, entre otros. Se encuentra as

un polmero de cadena larga y enredada en forma de espiral, de peso molecular medio,

5x105

g/mol, que a temperatura ambiente est en un estado de agitacin continua. Este comportamiento general es debido en parte al impedimento estrico del grupo metilo y el tomo de hidrgeno, en el mismo lado del doble enlace carbono-carbono. (Ver Fig. 2.4)

Esta cadena se complementa con otro ismero estructural llamado gutapercha.

Segmento de una cadena de polmeros de caucho natural

Segmento de cadena polimrica de la gutapercha

Fig. 2.4 Cadena de de polmeros (caucho natural y guatapercha) Fuente: Castro Guillermo Materiales y Compuestos para la Industria del Neumtico


19

El proceso de vulcanizacin a que se someten los neumticos es un entrelazamiento de cadenas de polmeros con molculas de azufre a alta presin y temperatura.

Fig. 2.5 Esfuerzo vs. Deformacin del caucho natural vulcanizado y caucho natural Fuente: Castro Guillermo Materiales y Compuestos para la Industria del Neumtico

En el proceso de vulcanizacin el caucho pasa de ser un material termoplstico a ser uno elastomrico. Las posibilidades de deformacin son muy diferentes, como se ilustra en la Figura 2.5

La adicin de cargas hace abaratar el valor del neumtico, dndole cuerpo y rigidez, se utilizan negro de humo y arcillas modificadas.


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En forma general el neumtico est compuesto por diversos componentes mostrados en la

Tabla 2.2. Tabla 2.2. Composicin del neumtico.

Componentes

Tipo Vehculo

Funcin Automoviles Camiones

% en peso % en peso

Cauchos 48 45 Estructural

Negro humo 22 22 Mejora Oxidacin

xido de zinc 1,2 2,1 Catalizador

Materia Textil 5 0,2 Esqueleto estructural

Acero 15 25 Esqueleto estructural

Azufre 1 1 Vulcanizacin

Otros 12 Juventud

Fuente: Castro Guillermo Materiales y Compuestos para la Industria del Neumtico

En la Figura 2.6 se puede observar la constitucin esquemtica de un neumtico. Se evidencia la heterogeneidad de la materia prima constitutiva del polvo o molienda de caucho, a pesar de que antes de las primeras moliendas se retiren parte de los componentes.

Fig. 2.6 Esquema de partes de una llanta.


21

En la Tabla 2.3 podemos observar la relacin de algunas de las principales propiedades

entre el caucho natural vulcanizado y otros elastmeros sintticos. Se observa el bajo valor tensional y la alta elongacin que poseen.

Tabla 2.3. Propiedades de los diferentes cauchos.

Fuente: Castro Guillermo Materiales y Compuestos para la Industria del Neumtico

Entre los cauchos sintticos utilizados se encuentran los de tipo estireno butadieno, siendo

el ms ampliamente utilizado el SBR. Despus de la polimerizacin este material contiene entre el 20 al 23 % de estireno. En la Figura 2.7 se observa la conformacin de la cadena.

Fig.2.7 Composicin de cadena de Poliestireno y Polibutadeido


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La presencia del butadieno permite el entrecruzamiento con el azufre, siendo capaz de producir el ismero cis que tiene una mayor elasticidad que la del caucho natural. El estireno permite tener un caucho ms duro y ms tenaz, haciendo que no cristalice bajo grandes esfuerzos.

El SBR es ms econmico que el caucho natural, por lo que ha sido ms difundido y utilizado desde hace tiempo en neumticos, pero previamente tienen que ser tratados, pues

elevan fcilmente su temperatura y absorben con facilidad aceites y naftas derramadas. Su performance es amplia y se encuentra ubicada entre los -50 a 82 C.

2.9. Desvulcanizacin.

El proceso de vulcanizado deja la distribucin de las cadenas polimricas como se observa en la Figura 2.8.

Fig. 2.8 (cadena vulcanizada)


23

El desvulcanizar es un proceso costoso y pocas veces aplicable en la utilizacin de los

neumticos para la adicin a asfaltos. El proceso consiste en la rotura de los enlaces S-S del polvo de caucho mediante tcnicas trmicas y qumicas.

2.10. Niveles de Molienda.

Los niveles de molienda del caucho se pueden clasificar en:

2.10.1. Nivel de trituracin previa.

Se realiza un triturado previo con trituradoras de 2 o ms ejes, con cuchillas que giran entre 15 y 20 RPM. El tamao de produccin puede no ser estable, pero eso no tiene gran importancia en esta etapa por que se considera de trituracin macro.

2.10.2. Nivel de trituracin final.

Existen dos mtodos en los que se requiere que previamente haya sido retirado el componente metlico. Los mtodos se enuncian a continuacin.

A temperatura ambiente:

Se trata de hacer pasar el triturado por molinos clsicos constituidos por un rotor y el estator que lo rodea. Previamente al molido ha habido que separar el componente metlico para evitar daos al molino, lo que normalmente se hace con separadores magnticos dispuestos sobre las cintas. Se trata de equipos ms ligeros que los trituradores, tanto en peso como en potencia, y su rendimiento es ms bajo. Todo el proceso se realiza a temperatura ambiente, aunque la energa transmitida al caucho durante la molienda eleva su temperatura hasta 80 C.

La molida que procede de este tipo posee mayor superficie especfica y por tanto es ms reactiva y absorbente con el betn, produciendo en menor tiempo y a menor requerimiento


24

de temperatura, mayores propiedades de viscosidad. En contra, para llegar a tamaos de

partcula ms reducidos, se requiere mayor consumo energtico y mayor desgaste de la maquinaria empleada; por lo que es ms caro.

Criognesis:

Consiste en enfriar el TDF (NFU) a temperaturas por debajo de los - 60 y 70 C para conseguir rigidez y poder molerse con molinos clsicos de impacto y bolas. El enfriamiento

se consigue, haciendo entrar en contacto el neumtico troceado con nitrgeno lquido existiendo diversas formas de hacerlo, dando un producto ms afn y de mejor finura de hasta valores que pasan un 100 % la malla N 100 de ASTM..

Segn varios expertos, la partcula procedente de este tipo de molido no es la ms adecuada para la utilizacin en los asfaltos debido a las caractersticas de corte angular, que le confieren una superficie especfica menor; necesitando mayores tiempos de reaccin o digestin, mayor temperatura y produciendo menores viscosidades al asfalto. Adems,

debido a la baja temperatura se favorece la condensacin del vapor de agua presente en el ambiente, con lo que el polvo de caucho obtenido debe secarse antes de su almacenamiento.

Por lo tanto, podemos decir que tanto la forma de trituracin, la granulometra de las partculas y el contenido de contaminantes metlicos y textiles afectan a las propiedades del polvo de caucho. Adems, segn las especificaciones tcnicas propuestas en el Manual, para la utilizacin en mezclas bituminosas, se precisa que el caucho reciclado tenga tamaos inferiores a los 2 mm.


25

Fig. 2.9 Molienda de caucho en forma preliminar y en procesos de criognesis

2.11. Usos posibles del caucho molido.

Los usos principales que se pueden dar al caucho extrado de neumticos son:

utilizacin en asfaltos

incineracin

vertederos

En el uso de la construccin existen antecedentes de utilizacin en:


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mezclas bituminosas

membranas S.A.M.I. (Stress absorver membrane interlayer) membranas impermeabilizantes sustitucin de ridos (parcial con moliendas de caucho va seca) modificacin directa del asfalto por va hmeda

En todos los casos se observan dos roles fundamentales:

actuacin como inerte en relleno o carga actuacin como modificador de ligantes asflticos

2.12 Aplicacin del grano de caucho reciclado (GCR) en los pavimentos

El caucho de llantas usadas puede ser incorporado en las mezclas asflticas por medio de dos mtodos diferentes denominados proceso hmedo y proceso seco. En el proceso hmedo, el caucho acta modificando el ligante, mientras que en el proceso seco el caucho

es usado como una porcin de agregado fino.

Una de las principales caractersticas que presenta el cemento asfltico modificado con GCR es el aumento en la viscosidad de la mezcla resultante, hacindola ms flexible a bajas temperaturas y menos plstica a altas. Entre los principales beneficios en los pavimentos estn las mejoras a la deformacin permanente, a la fatiga, y la resistencia al fisuramiento a bajas temperaturas.

En el proceso por va seca la cantidad requerida de ligante tiende a aumentar, tambin se requiere un proceso especial para adicionar el GCR en planta, y un mayor tiempo de

compactacin en obra; el proceso por va hmeda requiere un equipo adicional en planta para el mezclado y almacenamiento del asfalto-caucho, as como cambio de bombas y

tuberas, adicionalmente requiere mayor energa para calentar la mezcla a mayores temperaturas con tiempos de reaccin prolongados.


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El GCR se obtiene por trituracin mecnica o molienda de llantas desechadas, y debe ser de

contextura fina de tamaos menores a 6.3 mm (1/4). Este posee valiosos componentes que pueden contribuir al buen desempeo del asfalto como lo son el negro de humo que es un antioxidante, las aminas, los aceites aromticos, y los elastmeros SBS y SBR.


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Capitulo 3 Propiedades del Asfalto y Modificaciones con Polmeros

3.1. Introduccin. En el sector de la construccin, la utilizacin ms antigua se remonta aproximadamente al

ao 3200 A.C. Excavaciones efectuadas en TellAsmer, a 80 km al noreste de Bagdad, permitieron constatar que los sumerios haban utilizado un mastic de asfalto para la

construccin. Dicho mastic, compuesto por betn, finos minerales y paja, se utilizaba en la pega de ladrillos o mampuestos, en la realizacin de pavimentos interiores (de 3 a 6 cm de espesor), para tratamientos superficiales externos de proteccin y como revestimiento impermeable en los baos pblicos. Este gnero de aplicaciones se repite en numerosas regiones de Mesopotamia, al igual que en el Valle del Indo (Mohenjo-Daro).

Los asfaltos modificados se utilizaron primero en las emulsiones para impermeabilizantes y despus se empezaron a utilizar en la pavimentacin; en riegos como tratamientos superficiales en fro, y posteriormente se empez a modificar el cemento asfltico para utilizarse cuando se requera un asfalto de mejor calidad o mayor resistencia que la que ofreca un cemento asfltico normal.

3.2. Qu es un asfalto?

El asfalto es un material bituminoso (figura 3.1.) de color negro o caf oscuro, constituido principalmente por asfaltenos, resinas y aceites (figura 3.2.), elementos que proporcionan caractersticas de consistencia, aglutinacin y ductilidad; es slido o semislido y tiene propiedades cementantes a temperaturas ambientales normales. Al calentarse se ablanda


29

gradualmente hasta alcanzar una consistencia lquida. Estos pueden tener dos orgenes; los

derivados de petrleos y los naturales.

Los asfaltos son ligantes que se encuentran de diversas maneras en la naturaleza o se pueden producir por el hombre a partir del proceso de destilacin del petrleo en una planta de refinacin7.

Fig. 3.1. Productos Bituminosos (Instituto del Asfalto. Manual del Asfalto) 8.

Los asfaltos naturales, fueron producidos a partir del petrleo, por un proceso natural de evaporacin de las fracciones voltiles, dejando las asflticas como residuo. Estos pueden encontrarse como escurrimientos superficiales en depresiones terrestres, dando origen a los lagos de asfalto, como los de las islas Trinidad y Bermudas. Tambin aparecen impregnando los poros de algunas rocas, denominndose rocas asflticas. As tambin se encuentran mezclados con elementos minerales, como pueden ser arenas y arcillas en

7 Revista tcnica Ingeniera e Investigacin Volumen 27 N 3 ao 2007

8 Anlisis de un asfalto modificado con polmero, Fernando Andres Wulf Rodrigues, Valdivia - Chile. (2008).


30

cantidades variables, debiendo someterse a posteriores procesos de purificacin, para luego

poder ser utilizadas en pavimentacin. En la actualidad, no es muy utilizado este tipo de asfalto por cuanto adolece de uniformidad y pureza.

Fig. 3.2. El asfalto9.

Los asfaltos ms utilizados en el mundo hoy en da, son los derivados del petrleo, los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilacin industrial del crudo. Representan

ms del 90% de la produccin total de asfaltos. La mayora de los petrleos crudos contienen algo de asfalto, sin embargo existen algunos, que no contienen asfalto. En base a

la proporcin de asfalto que poseen, los petrleos se clasifican en:

- Petrleos crudos de base asfltica. - Petrleos crudos de base parafnica. - Petrleos crudos de base mixta (contiene parafina y asfalto).

El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines viales, por cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase discontinua, lo que da como resultado propiedades indeseables, tal como la prdida de ductilidad, con los crudos asflticos esto no sucede, dada su composicin.

9 Anlisis de un asfalto modificado con Icopor y su incidencia en una mezcla asfltica densa en caliente,

Figueroa, Reyes, Hernndez, Jimnez, Bohrquez (2007).


31

El petrleo crudo extrado de los pozos, es sometido a un proceso de destilacin (figura 3.3.) en el cual se separan las fracciones livianas como la nafta y keroseno de la base asfltica mediante la vaporizacin, fraccionamiento y condensacin de las mismas. En consecuencia, el asfalto es obtenido como un producto residual del proceso anterior. El asfalto es adems un material bituminoso pues contiene betn, el cual es un hidrocarburo

soluble en bisulfuro de carbono. El alquitrn obtenido de la destilacin destructiva de un carbn graso, tambin contiene betn, por lo tanto tambin es un material bituminoso pero

no debe confundirse con el asfalto, ya que sus propiedades difieren considerablemente.

El asfalto de petrleo moderno, tiene las mismas caractersticas de durabilidad que el asfalto natural, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado hasta una condicin uniforme, libre de materias orgnicas y minerales extraos.

Fig. 3.3. Productos y Temperaturas tpicas de destilacin (Instituto del Asfalto. Manual del asfalto) 10.

10 Maxil Coyopotl, Roberto y Salinas Hernndez, Marco A. (2006). Ventajas y Desventajas del uso de polmeros en el

Asfalto Tesis de licenciatura, Departamento de Ingeniera Civil, Universidad de las Amricas-Puebla. Pag. 7


32

3.3. Composicin del Asfalto.

El asfalto es considerado un sistema coloidal complejo, de hidrocarburos, en el cual es difcil establecer una distincin clara entre fase continua y dispersa. Las primeras experiencias para descubrir su estructura, fueron desarrolladas por Nellensteyn en 1924, cuyo modelo fue mejorado ms tarde por Pfeiffery Saal en 1940, en base a limitados procedimientos analticos.

Existen varias clasificaciones para los grupos de constituyentes que componen el asfalto (Fig. 3.4) Una de las ms usadas es la que separa el asfalto en:

Asfltenos: Son compuestos de alto peso molecular, principalmente de naturaleza aromtica con pocas ramificaciones, se encuentran en sus cadenas de cantidad apreciables elementos como oxigeno, azufre y nitrgeno. Los asfltenos le dan la caracterstica de dureza al asfalto y se

encuentran disueltos en los maltenos.

Maltenos: a) Resinas: Son molculas de menor peso molecular, que tienen un mayor nmero de ramificaciones en las cadenas. Tambin se observa la presencia de azufre y nitrgeno en sus cadenas, pero en menor frecuencia. b) Aceites: Molculas de peso molecular mucho menor, sus cadenas son menos ramificadas y con pocos anillos.

Podemos decir que los maltenos estn ligados con las propiedades elsticas de los asfaltos.

Observamos que al pasar de los asfltenos a los aceites, existe una disminucin gradual de componentes aromticos y un aumento en el carcter parafnico.


33

Fig. 3.4. Composicin del Asfalto11.

En forma general, la presencia de parafina influye en las propiedades reolgicas del asfalto. La estructura cristalina de la parafina slida ocasiona un endurecimiento mayor en el asfalto; a temperaturas ms elevadas la parafina se licua, lo que ocasiona una variacin sensible en las viscosidades del asfalto.

La parafina disminuye la adhesividad de los asfaltos en los agregados y una elevada cantidad de ella, puede provocar un envejecimiento prematuro del ligante, influyendo sobre la duracin y tiempo de vida til del pavimento.

3.4. Normativa vigente

El ao 2008 la ABC (Administradora Boliviana de Carreteras), publica cinco manuales para diseo y construccin de pavimentos en Bolivia, en los cuales indica todos los ensayos para control de pavimentos y asfaltos, basados en dos Normas de aplicacin a nivel mundial; AASHTO y ASTM, detalladas a continuacin:

3.4.1 Norma AASHTO (American Asociation of Standards Highway and Transportation Officials)

11 Asfltica Revista Tcnica No. 8, Enero 2007, Pg. 48.


34

El gobierno de Estados Unidos, desde los aos 20 realiz una serie de pruebas a escala 1:1,

para determinar frmulas empricas que permitieran disear pavimentos flexibles y rgidos de buenas condiciones de durabilidad y Resistencia.

La prueba de pavimentacin que en su momento se conoci como AASHO, por sus siglas en ingls y debido a que en aquel entonces no estaba integrado el departamento de transporte de E.U. a esta organizacin. Fue concebida y promovida gracias a la

organizacin que ahora conocemos como AASHTO (American Association of StateHighway and Transportation Officials) para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas mviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente. Fue formulada por el consejo de investigacin de carreteras de la academia nacional de ciencias consejo nacional para la investigacin, la planeacin empez en 1951, la construccin del proyecto comenz en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois. EL trfico controlado de la prueba se aplic de octubre de 1958 a noviembre de 1960, o sea, durante ms de dos aos.

3.4.1.1 Ensayos de asfaltos segn AASHTO

Durante aos los expertos de la AASHTO sobre la base de los ensayos ya existentes de la

ASTM (American Society for Testing and Materials), los fueron utilizando y les asignaron un cdigo especfico, paralelamente al cdigo ya asignado por la ASTM, completndolos

con Especificaciones detalladas y especficas.

3.4.1.2 Ensayos de asfaltos segn ASTM

Fue fundado el 16 de mayo de 1898, como American Section of the International Association for Testing Materials por iniciativa de Charles Benjamin Dudley, entonces responsable del Control Calidad de Pennsylvanya Railroad, quien tuvo la iniciativa de hacer que los hasta entonces rivales ferrocarriles y las fundiciones de acero coordinaran sus

controles de calidad.


35

En 1961 ASTM fue redefinida como American Society for Testing and Materials, habiendo sido ampliado tambin su objetivo. A partir de ese momento la cobertura de la ASTM, adems de cubrir los tradicionales materiales de construccin, pas a ocuparse de los materiales y equipos ms variados, como las muestras metalogrficas, cascos para motociclistas, equipos deportivos, etc.

En el 2001 la ASTM asume su nombre actual: ASTM International como testimonio del inters que actualmente han alcanzado las tcnicas de normalizacin.

Tal es as que en los acpites correspondientes y durante el desarrollo del presente trabajo se enunciaran los ensayos de asfaltos, detallndolos por su nombre, seguido del cdigo

AASHTO y ASTM, por ejemplo:

Ensayo de Ductilidad de asfaltos ASTM D-113, AASHTO T-51

3.5. Tipos de Asfalto.

La mayor parte de los asfaltos producidos son utilizados en trabajos de pavimentacin, destinndose una produccin menor para aplicaciones industriales, como impermeabilizante, aislantes, etc.

De acuerdo a su aplicacin, los asfaltos podemos clasificarlos en dos grupos:

Asfaltos para pavimento.

a.1) Cemento Asfltico: Los cementos asflticos son preparados especialmente para el uso en la construccin de pavimentos asflticos. Es un material para su aplicacin en trabajos de pavimentacin, pues aparte de sus propiedades aglomerantes e impermeabilizantes, posee caractersticas de flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la mayora de los cidos, sales y lcalis.


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a.2) Asfaltos cortados: los asfaltos cortados, tambin conocidos como asfaltos diluidos o cut-baks, resultan de la combinacin del cemento asfltico con destilados del petrleo.

Los diluyentes utilizados funcionan como vehculos, resultando productos menos viscosos que pueden ser aplicados con temperaturas ms bajas.

De acuerdo con el tiempo de curado determinado por la naturaleza del diluyente utilizado, los asfaltos cortados se clasifican en:

RC Asfaltos cortados de curado rpido. MC asfaltos cortados de curado medio. SC asfaltos cortados de curado lento.

Sigla normalmente seguida de un nmero que indica su grado de viscosidad.

a.3) Emulsiones asflticas: son dispersiones de cemento asfltico en fase acuosa, con estabilidad variable. El tiempo de quiebre y de viscosidad de las emulsionen dependen,

entre otros factores, de la cantidad y calidad de los agentes emulsificantes.

La cantidad de emulsificantes y aditivos qumicos utilizados varia generalmente de 0.2% a 5% y la cantidad de asfalto es del orden del 95%.

El color de las emulsiones asflticas antes del quiebre es marrn y despus del quiebre negro, constituyendo esta caracterstica un elemento auxiliar para la inspeccin visual y constatacin rpida de la buena condicin del producto. Las partculas de asfalto dispersas en la emulsin son visibles al microscopio variando de su tamao de 0.1 a 10 micrones.

Las emulsiones asflticas se calcifican segn el tipo de carga de la partcula y tiempo de quiebre.

En cuanto a la carga de partcula, pueden ser:


37

Catinicas.

Aninicas.

Y en cuanto al tipo de quiebre:

- Quiebre rpido. - Quiebre medio. - Quiebre lento.

a.4) Asfaltos modificados: En su mayora estos asfaltos son fabricados para la contraccin de carreteras, son los cementos asflticos combinados con algn polmero cuya funcin es mejorar alguna o varias de las propiedades fsicas de ste.

Asfaltos Industriales.

b.1) asfaltos oxidados: los asfaltos oxidados o soplados, son asfaltos calentados y sometidos a la accin de una corriente de aire con el objeto de modificar sus caractersticas normales, a fin de adaptarlos para aplicaciones especiales.

Los asfaltos oxidados son utilizados generalmente para fines industriales como impermeabilizantes, pelcula protectora, etc. El proceso de oxidacin produce en el asfalto las siguientes modificaciones fsicas principales:

aumento de peso especfico y consistencia.

disminucin de ductilidad.

disminucin de susceptibilidad trmica.

En cuanto a la composicin qumica elemental del asfalto, los procesos de oxidacin producen aumento en contenido de carbono y una correspondiente disminucin de hidrogeno.


38

Es preciso aclarar que debido al enfoque de esta investigacin slo se centra la atencin en

los tipos de asfalto (a.1) Cemento Asfltico y (a.4) Asfalto modificado, siendo stos, los asfaltos seleccionados para el proyecto en el diseo.

3.5.1 Asfaltos no modificados

Los asfaltos no modificados son el primer tipo de asfalto utilizado desde el siglo pasado en el diseo de pavimentos. Aos atrs, de acuerdo con la norma AASHTO-M20-70, el asfalto

se clasificaba en cinco grados estndares de consistencia obtenidos de la prueba de penetracin: 40-50, 60-70, 85-100,120-150 y 200-300, donde los nmeros indicaban el valor de penetracin permitido por grado, e iban en un rango de mayor a menor en el orden aqu presentado.

Actualmente, la prueba de penetracin se ha vuelto un mtodo emprico extemporneo, dejado atrs por el gran avance de la tecnologa. En su lugar, la prueba de viscosidad se ha vuelto fundamental para la clasificacin de los asfaltos, misma que los ha graduado segn

su viscosidad, la cual se mide en poises a 60C de temperatura.

Esta clasificacin, segn la norma AASHTO-M226, est dividida en dos series de grados: la primera consiste en grados de AC-2.5, AC-5, AC-10, AC-20, AC-40 y a veces AC-30, donde la numeracin indica la viscosidad en cientos de poises a 60 C, con un margen de error de + 20, y que va de mayor a menor. La segunda, consiste en grados de AR-1000, AR-2000, AR-4000, AR-8000 y Ar-16000, donde la numeracin indica la viscosidad en poises pero despus de que el asfalto ha sido sometido a la prueba de RTFO Rolling Thin Film Oven- Ensayo de pelcula delgada), con un margen de error de + 25. (Ver acpite 4.2.6)


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3.5.2 Asfaltos modificados

Los asfaltos modificados surgen de la inquietud de proveer mejoras a los cementos asflticos existentes en sus propiedades fsicas con el fin de desarrollar una gama ms amplia de productos, tal que su aplicacin sea ms eficaz bajo diferentes condiciones desfavorables de servicio.

Ante esta situacin, se pens en hacer uso de agentes externos que pudieran darle al asfalto

las propiedades necesarias para competir contra condiciones adversas; entonces, surgi la combinacin de asfaltos con adiciones. No obstante que son muchos los aditivos existentes actualmente, el ms comn es el polmero.

3.6. Propiedades Fsico-mecnicas del asfalto.

El asfalto posee las siguientes propiedades de reologa fsico-mecnicas, mismas que son

determinantes para calificar la capacidad de un asfalto:

a) Viscosidad: Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan mayor resistencia a fluir en comparacin de un fluido con baja viscosidad que fluye con facilidad. Es importante mencionar que la viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura; a mayor temperatura, menor viscosidad.

b) Elasticidad: Propiedad que tienen los materiales para recuperar su forma inicial al finalizar o disminuir la carga que los deforma.

c) Resistencia al corte: Es la capacidad de resistencia a altas temperaturas, la cual se determina con un remetro de corte dinmico, que es el aparato que imprime una fuerza cortante con la que se miden dichas resistencias.


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d) Ductilidad: Es la capacidad de disipacin de energa que tiene un material dentro de su rango plstico. La rotura del material es dependiente de la deformacin del mismo. En el caso del asfalto, la ductilidad le permite normalmente tener mejores propiedades aglomerantes, y los asfaltos con una ductilidad muy elevada son usualmente susceptibles a los cambios de temperatura.

e) Prdida de masa: Es la prdida de solventes o ligeros (mximo 0.8% en prueba RTFO).

3.7. Comportamiento fsico-mecnico del asfalto

El comportamiento del cemento asfltico est basado en su naturaleza visco-elstica; entonces, la conducta del mismo est en funcin tanto de las condiciones de carga como de la temperatura. Asimismo, tal conducta tambin depende del envejecimiento del asfalto. Como se muestra a continuacin en la figura 3.5, las altas temperaturas en un corto periodo de tiempo, son directamente proporcionales a lo que ocurre a bajas temperaturas en un largo periodo de tiempo.

Los asfaltos tienen propiedades ligantes y aglutinantes, compuestos en gran parte por

hidrocarburos de consistencia semislida a temperatura ambiente, pero pueden ser mas fluidos en la medida en que se les incrementa la temperatura (Arenas 2000)12

12 Revista Tcnica Ingeniera e investigacin volumen 27 N 3 ao 2007


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Fig. 3.5 Conducta Visco-Elstica.

3.7.1 Reaccin del Asfalto ante Altas Temperaturas

El cemento asfltico expuesto a temperaturas extremadamente calurosas, como los desiertos, o a condiciones de velocidad y cargas sostenidas, como un trailer a velocidad lenta, puede comportarse como un lquido viscoso, por esta razn que se le considera un fluido Newtoniano, puesto que hay una conducta lineal entra la fuerza de resistencia y la velocidad relativa.

A los lquidos viscosos como el cemento asfltico tambin se les conoce como Plsticos, ya que una vez que comienzan a fluir pierden su forma y jams la recuperan, es por esta razn que cuando aplicas este tipo de mezclas en caliente sobre todo en un da caluroso, sta tiende a fluir bajo el trnsito vehicular y el peso del mismo, en pocas palabras su conducta es la de un plstico, lo que puede ocasionar deformaciones y movimiento de las intersecciones. Al mismo tiempo que pierde adherencia entre el agregado y el asfalto, lo cual puede ocasionar un desprendimiento de la carpeta asfltica.


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3.7.2 Reaccin del Asfalto ante Bajas Temperaturas

Como ya se mencion en el inciso anterior, las condiciones climatolgicas pueden llegar a afectar el comportamiento del cemento asfltico, en este caso al ser expuesto a temperaturas extremadamente bajas, o al ser expuesto al trfico pesado a una alta velocidad generando cargas repetitivas, tiende a comportarse como un slido elstico, contrario a los lquidos

plsticos que se comentaron con anterioridad, y con la diferencia de que estos tienen la capacidad para recuperar su forma original una vez que la carga se ha desplazado, pero si se

excede la capacidad de carga, los slidos lquidos no se expandirn simplemente se fracturaran.

Para comprender esto mejor, se debe decir que las tensiones internas que sufre el asfalto se acumulan en el pavimento en el momento en el que este intenta contraerse, al mismo

tiempo que es detenido por la subcapa de la estructura del camino, por lo que se forman hendiduras transversales en la superficie de la misma debido al cambio de temperatura; es por esta razn que esta mezcla se considera frgil. (Fig. 3.6)

Ms aun en Cochabamba, con gradientes trmicos muy grandes, sobre todo en la poca

invernal, con mnimas de -2C y mximas de 34C.

Fig. 3.6 Esfuerzos en el pavimento


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3.7.3 Reaccin del Asfalto a Temperatura Ambiente

Cuando el cemento asfltico se encuentra a temperatura ambiente, la capa asfltica tiende a comportarse de las dos formas descritas anteriormente, lquida plstica y slida elstica, lo cual permite que el asfalto tenga una buena adherencia con el agregado. Por otro lado esto explica el buen funcionamiento de ste, porque utiliza las ventajas de ambos estados, por un lado al calentarse se fluidifica cubriendo el agregado, formando as una mezcla. Despus una vez que el asfalto se enfra, este trabaja como ligante uniendo al agregado formando una mezcla slida, la cual, en su estado final se comporta de manera visco-elstica. Cualquier fuerza ejercida en el asfalto causa una reaccin paralela en el resorte y el amortiguador de aire. En la mezcla en caliente, el resorte representa la respuesta elstica inmediata del asfalto y del agregado. El amortiguador de aire simboliza la reaccin ms lenta y viscosa del asfalto, particularmente en temperaturas ms calientes.

3.7.4 Envejecimiento del Asfalto

La oxidacin es una reaccin qumica del asfalto cuando ste entra en contacto con el ambiente, la cual afecta al cemento asfltico ocasionando que se vuelva ms frgil, ya que

existe un endurecimiento excesivo de la carpeta. Y a pesar de que esta reaccin generalmente se da en forma lenta, sta puede acelerarse cuando el asfalto est expuesto a altas temperaturas. Por otro lado las carpetas asflticas con un nmero considerable de aos, o las que sufrieron una mal compactacin en el proceso de construccin, son candidatas perfectas para presentar oxidacin, la primera por el deterioro, y la segunda por que al estar mal compactada sufre un mayor porcentaje de vacos, lo cual genera una mayor penetracin del oxgeno en la mezcla. (Fig.3.7)


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Fig. 3.7 Vacos en la mezcla

Estas reacciones del cemento asfltico ante las distintas temperaturas descritas anteriormente son conductas generales para cualquier asfalto, sin embargo, estas pueden variar segn la capacidad de las propiedades fsico-mecnicas y qumicas del mismo para mejorar su comportamiento.

Cabe mencionar que esta investigacin slo se enfoca en las mejoras que puede presentar el asfalto con adiciones especiales que se est estudiando con respecto a las conductas

generales ya antes mencionadas.

3.8. Caractersticas del Asfalto.

El asfalto es un lquido viscoso constituido esencialmente por hidrocarburos o sus derivados, a continuacin enlistamos algunas de sus caractersticas:

- Consistencia: Llamado tambin fluidez, plasticidad o viscosidad. Se refiere a la dureza del material, la cual depende de la temperatura. A altas temperaturas se considera el concepto de viscosidad para definirla.

- Durabilidad: Capacidad para mantener sus propiedades con el paso del tiempo y la accin de agentes envejecedores. - Susceptibilidad Trmica: Variacin de sus propiedades con la temperatura. - Pureza: Definicin de su composicin qumica y el contenido de impurezas que posee.


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- Seguridad: Capacidad de manejar el asfalto a altas temperaturas sin peligros de inflamacin.

3.9. Funcin del asfalto en los Pavimentos.

Entre muchas otras, dos son las funciones ms importantes ejercidas por el asfalto en un pavimento.

Aglomerante.

Impermeabilizante.

Como aglomerante proporciona una intima ligazn entre los agregados, capaz de resistir la accin mecnica producidas por las cargas de los vehculos.

Como impermeabilizante garantiza al pavimento una accin eficaz contra la penetracin del agua proveniente, tanto de las precipitaciones como del subsuelo por accin capilar.

Ningn otro material garantiza mejor que el asfalto una ejecucin econmica y simultanea de estas funciones, al mismo tiempo que proporciona al pavimento caractersticas de

flexibilidad que permite su acomodo sin fisuramiento, ante eventuales consolidaciones de las capas subyacentes. Naturalmente, para que el asfalto desempee satisfactoriamente estas funciones que le son inherentes, es necesario que sea de buena calidad, y por sobre todo, que en la ejecucin del pavimento se respeten todas las especificaciones establecidas en el diseo.

3.10. Qu es un asfalto modificado?

Los materiales asflticos modificados son el producto de la disolucin o incorporacin en el asfalto, de un polmero (en nuestro caso caucho molido de neumticos), que son sustancias estables en el tiempo y cambios de temperatura, que se les aade al material asfltico para


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modificar sus propiedades fsicas y reolgicas, para disminuir su susceptibilidad a la

temperatura y a la humedad, as como a la oxidacin.

Los modificadores producen una actividad superficial inica, que incrementa la adherencia en la interfase entre el material ptreo y el material asfltico, conservndola aun en presencia del agua. Tambin aumentan la resistencia de las mezclas asflticas a la

deformacin y a los esfuerzos de tensin repetidos y por lo tanto a la fatiga y reducen el agrietamiento, as como la susceptibilidad de las capas asflticas a las variaciones de

temperatura.

Estos modificadores por lo general se aplican directamente al material asfltico, antes de mezclarlo con el material ptreo.

3.11. Definicin de Polmero.

Los polmeros son sustancias de alto peso molecular formada por la unin de cientos de miles de molculas pequeas llamadas monmeros (compuestos qumicos con molculas simples). Se forman as molculas gigantes que toman formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termo fijas que no pueden ablandarse al ser calentadas, cadenas largas y sueltas.

Algunos modificadores polimricos que han dado buenos resultados, se enlistan a continuacin:

Homopolmeros: que tienen una sola unidad estructural (monmero). Copolmeros: Tienen dos unidades estructurales distintas (EVA, SBS).

Uno de los materiales que se obtienen de los polmetros son los elastmeros, cuya

propiedad tiene es que al estirarlos se sobrepasa la tensin de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la solicitacin. Tiene deformaciones seudo plsticas con poca

elasticidad.


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3.12. Principales modificadores utilizados en el Asfalto.

Desde hace bastante tiempo se emplea caucho como modificador, ya sea natural o sinttico, con tasas no superior al 5 %.

Actualmente existen los polmeros sintticos de formulacin especial que resultan muy competitivos. Asfaltos modificados con estos polmeros han sido ensayados en pavimentos

de varios pases.

Los principales modificadores utilizados en los materiales asflticos son:

POLMERO TIPO I: Es un modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de mezclas asflticas tanto a altas como a bajas temperaturas. Es fabricado en base a bloques de estireno, a polmeros elastmeros radiales de tipo bibloque o tribloque, mediante configuraciones como Estireno Butadieno - Estireno (SBS) o Estireno - Butadieno (SB), entre otras. Se utiliza en mezclas asflticas para carpetas delgadas y carpetas estructurales de pavimentos con elevados ndices de trnsito y de vehculos pesados, en climas fros y

clidos, as como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.

POLMERO TIPO II: Es un modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de mezclas asflticas a bajas temperaturas. Es fabricado en base a polmeros elastmeros lineales, mediante una configuracin de caucho de Estireno, Butadieno-Ltex o Neopreno-Ltex. Se utiliza en todo tipo de mezclas asflticas para pavimentos en los que se requiera mejorar su comportamiento de servicio, en climas fros y templados, as como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.

POLMERO TIPO III: Es un modificador de asfaltos que mejora la resistencia a las deformaciones de las mezclas asflticas, disminuye la susceptibilidad del cemento asfltico a la temperatura y mejora su comportamiento a altas temperaturas. Es fabricado en base a un polmero de tipo elastmero, mediante configuraciones como Etileno Vinil - Acetato (EVA) o polietileno de alta o baja densidad, entre otras. Se utiliza en climas calientes, en mezclas asflticas para carpetas estructurales de pavimentos con elevados


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ndices de trnsito, as como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos

superficiales.

CAUCHO MOLIDO DE NEUMATICOS (GCR Grano de Caucho Reciclado): Es un modificador de asfaltos que mejora la flexibilidad y la resistencia a la tensin de las mezclas asflticas, reduciendo la aparicin de grietas por fatiga o cambios de temperatura,

es fabricado en base al producto de la molienda de neumtico en desuso, el cual puede ser utilizado en carpetas de granulometra abierta y tratamientos superficiales.

La obtencin de una buena mezcla de asfalto y polmero, depender de que el polmero adicionado tenga una estructura qumica que le permita una buena dispersin en el asfalto, de modo de lograr una estructura de malla, la cual a su vez depender del grado de productos aromticos que contenga el asfalto.

El grado de modificacin en la elasticidad depender del tipo de polmero empleado y su concentracin.

Los nuevos procesos en los cuales el polmero se asocia con el asfalto a travs de una

reaccin qumica, incrementan notablemente las propiedades reolgicas del asfalto.

3.13. Por qu se modifican los asfaltos?

Est plenamente probado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mecnicas como de adhesin en una gama amplia de aplicaciones y bajo distintas condiciones climticas y de trnsito. Sin embargo en la actualidad los grandes volmenes de trafico sobre los criterios de diseo vehicular y el exceso de carga, as como el

incremento en la presin de inflado de las llantas y condiciones climticas, hacen que utilizar asfaltos convencionales en la construccin de carreteras actualmente no satisfagan

sus expectativas tal como cumplir un determinado periodo de servicio, es decir, menor resistencia al envejecimiento, la poca durabilidad de un camino reflejndose en deformaciones y fisuraciones dentro de una carpeta asfltica, sin embargo estos problemas


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son causados adems por la seleccin de materiales en los diseos, mal proceso de

construccin, mantenimiento y por la baja calidad del ligante y la necesidad de optimizar las inversiones, provoca que algunos casos, las propiedades de los asfaltos convencionales resulten insuficientes.

Por ejemplo con asfaltos convencionales, an con los grados ms duros no es posible eliminar el problema de las deformaciones producidas por el trnsito, especialmente cuando se afrontan condiciones de temperatura alta. Adems con asfaltos con mayor dureza se

corre el riesgo de formaciones de agrietamientos por efectos trmicos cuando las temperaturas son muy bajas. Una solucin evidente fue mejorar las caractersticas de los asfaltos para mejorar su comportamiento en los pavimentos; ello dio origen a nuevos asfaltos que fueron denominados Asfaltos Modificados.

3.14. Modificacin del Asfalto.

La modificacin del asfalto es una nueva tcnica utilizada para el aprovechamiento efectivo de asfaltos en la pavimentacin de vas carreteras. Esta tcnica consiste en la adicin de

polmeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus caractersticas mecnicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatolgicos y del trnsito (peso vehicular).

Los objetivos que se persiguen con la modificacin de los asfaltos con polmeros, es contar con ligantes ms viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes, de las mezclas que componen las capas o superficie de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el fisuramiento por efecto trmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente contar con un ligante de mejores caractersticas adhesivas.


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3.15. Estructura de los Asfaltos Modificados.

Los asfaltos modificados con polmeros estn constituidos por dos fases, una formada por pequeas partculas de polmero hinchado y otra por asfalto. En las composiciones de baja concentracin de polmeros existe una matriz continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polmero; pero si se aumenta la proporcin de polmero en el asfalto se produce

una inversin de fases, estando la fase continua constituida por el polmero hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella. Est micro

morfologa bifsica y las interacciones existentes entre las molculas del polmero y los componentes del asfalto parecen ser la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polmeros.

El efecto principal de aadir polmeros a los asfaltos es el cambio en la relacin viscosidad temperatura (sobre todo en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asflticas) permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas.

3.16. Compatibilidad de los Polmeros.

Para que los asfaltos modificados con polmeros consigan las prestaciones ptimas, hay que seleccionar cuidadosamente el asfalto base (es necesario que los polmeros sean compatibles con el material asfltico), el tipo de polmero, la dosificacin, la elaboracin y las condiciones de almacenaje.

Cada polmero tiene un tamao de partcula de dispersin ptima para mejorar las propiedades reolgicas, donde por encima de sta, el polmero slo acta como un filler (mineral como: cemento, cal, talco, slice, etc.); y por debajo de sta, pasan a estar muy solubilizados y aumentan la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y la resistencia. Si un polmero se aade a dos diferentes asfaltos, las propiedades fsicas de los productos

finales, pueden ser muy diferentes. Para mayor efectividad, el polmero debe crear una red continua de trabajo en el asfalto; para que esto ocurra, la qumica del polmero y del asfalto necesita ser compatible. (Wulf 2008)


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Los polmeros compatibles producen rpidamente un asfalto estable, usando tcnicas

convencionales de preparacin. Estos sistemas convencionales de preparacin de asfaltos modificados con polmeros son grandes recipientes de mezclado con paletas agitadoras a velocidades lentas, o recipientes especiales que favorecen la recirculacin con agitadores mecnicos de corte de gran velocidad. El polmero puede venir en polvo, en forma de pequeas bolitas o en grandes panes. La temperatura de mezclado depende del tipo de

polmero utilizado. En las microfotografas mostradas en la figura 3.7 nos muestran polmeros tipo SB o SBS

en diferentes asfaltos (lo blanco es polmero y lo negro es asfalto). Las dos primeras presentan una red continua de polmero, teniendo una estructura estable que no se separa, tomando ventaja de las propiedades elsticas del polmer

Asfalto Modificado con llanta resiclada Tesis de Maestria

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