Reymar Medrano Chui – RNI: 50321
Es Ingeniero Civil de la Universidad Mayor de San Simón
RESUMEN
Evidenciando que el grano de caucho se expande y ocupa mayor volumen de vacíos en mezclas asfálticas densas, se planteó estudiar su incorporación en mezclas asfálticas semidensas considerando tres distribuciones granulométricas (fina, media y gruesa) en porcentajes de adición de 0.5, 0.8 y 1.0% sobre el peso de los agregados. El diseño de estas mezclas se realizó mediante del método Marshall con el fin de evaluar la expansión del grano de caucho reciclado.
De los resultados obtenidos, se observa que la adición de 1.0% de granulometría fina de grano de caucho presenta un incremento de expansión del 11.89% para un contenido de 6.5% de cemento asfáltico comparado con una mezcla asfáltica semidensa sin caucho.
Palabras clave: Grano de caucho reciclado, mezclas asfálticas semidensas, cemento asfáltico, método Marshall.
INTRODUCCIÓN
Las llantas provenientes de neumáticos usados es tal vez uno de los elementos que más se desechan en el mundo, según la OMS (Organización Mundial de la Salud) las llantas de desecho en el mundo son más de 3 billones y se prevé que incremente un billón por año (Bravo et al., 2015).
En Bolivia, según un estudio de SWISSCONTACT (2018), se generan alrededor de 2 millones de neumáticos fuera de uso o alrededor de 63.000 toneladas anuales.
La utilización del Grano de Caucho Reciclado (GCR) para modificar las mezclas asfálticas cuenta con grandes beneficios para la infraestructura vial, además de beneficios medioambientales debido al aprovechamiento de las llantas usadas, las cuales son un componente de contaminación a gran escala debido a su corta vida útil y su mala disposición final (Diaz et al., 2017).
DESARROLLO
1.1. Caracterización de materiales a utilizar en mezclas asfálticas semidensas
Se determinó las características de los materiales utilizados con base a la metodología Marshall. Los ensayos que se realizaron para determinar las propiedades de los materiales, agregado y cemento asfáltico, fueron elaborados siguiendo las respectivas normas de la American Society for Testing and Materials (ASTM).
Existen diferentes normativas para el diseño de mezclas asfálticas semidensas, se optó por utilizar la normativa colombiana (INV-E450, 2012), razón por la cual se cuenta con tamices de configuración de la norma americana, esta normativa presenta dos tipos de gradación en agregados, de los cuales se utilizó para fines de esta investigación la Mezcla Semidensa en Caliente de tamaño máximo de 19 mm o 3/4” (MSC-19).
1.2. Diseño y dosificación de la mezcla semidensa convencional y con GCR
1.2.1. Mezcla asfáltica semidensa convencional
El diseño fue elaborado por el método del Instituto del Asfalto (Institute, 2014), tomando un 6% de vacíos como parámetro de diseño y la mezcla asfáltica fue realizada conforme a la norma ASTM-D6926. Los agregados fueron seleccionados mediante bancos y previamente calentados en horno a una temperatura de 15ºC por encima de la temperatura del cemento asfáltico.
1.2.2. Mezcla asfáltica semidensa incorporada con GCR
Para la elaboración de mezclas asfálticas semidensas incorporando GCR, se realizó de la misma forma que la mezcla convencional, previamente se determinó los porcentajes óptimos de GCR mediante un ensayo de sensibilidad a la humedad tomando en cuenta los siguientes aspectos:
- La granulometría del grano de caucho (GCR) fue seleccionado bajo la norma chilena NCh 3258-2012, en la cual se optó por utilizar el promedio del porcentaje pasante, de cada banda granulométrica con las siguientes descripciones, donde: GG= Granulometría Gruesa, GM= Granulometría Media y GF= Granulometría Fina.
- Según los estudios internacionales (Airaudo, 2007; Dupré, 2013), el porcentaje de adición del grano de caucho reciclado “GCR” son: 0.5 a 1.0%.
En esta investigación se adicionó 0.5%=A, 0.8%=B y 1.0%=C con respecto al peso del agregado.
1.3. Resumen de resultados
1.3.1. Determinación del porcentaje de GCR óptimo
Se realizaron 54 cuerpos de prueba, 9 grupos de 6 cuerpos con diferente granulometría de caucho y porcentaje de adición, los cuales se ensayaron la sensibilidad a la humedad (ASTM-D4867, 2009) para determinar los grupos que mejor resultados presenten. Los porcentajes y granulometría que mejores resultados obtuvieron son: AM, BF y CF. La tabla 1 muestra los resultados obtenidos.
Tabla 1 – Resistencia a la humedad - % óptimo de GCR
|
Muestra |
AG |
AM |
AF |
BG |
BM |
BF |
CG |
CM |
CF |
|
TSR (%) |
65.65 |
82.25 |
65.04 |
63.61 |
55.74 |
72.13 |
64.44 |
67.74 |
73.60 |
|
Stm (MPa) |
1.036 |
0.923 |
1.018 |
1.148 |
1.116 |
1.117 |
1.08 |
0.9722 |
1.114 |
|
Std (MPa) |
0.68 |
0.76 |
0.662 |
0.64 |
0.71 |
0.805 |
0.696 |
0.658 |
0.82 |
1.3.2. Diseño Marshall
Se desarrolló siguiendo la norma ASTM-D6927. De los resultados obtenidos en la tabla 2 se puede observar que la mezcla con 0.5%-GM presenta un valor de estabilidad más elevado que la mezcla semidensa convencional.
Tabla 2 – Diseño Marshall de mezcla convencional
|
Parámetro |
Convencional |
0.5%-GM |
0.8%-GF |
1.0%-GF |
|
%C.A. |
5.4 |
5.4 |
5.7 |
5.7 |
|
Densidad (kg/m3) |
2295.2 |
2296.3 |
2247.7 |
2265.0 |
|
Va (%) |
6.0 |
5.9 |
6.0 |
6.1 |
|
VAM (%) |
14.5 |
14.4 |
15,8 |
16.2 |
|
VFA (%) |
59.8 |
59.6 |
56.6 |
56.3 |
|
Estabilidad(N) |
12909.7 |
13093.5 |
10000.8 |
9310.8 |
|
Flujo(0.25mm) |
13.5 |
13.4 |
13.7 |
13.9 |
1.3.3. Evaluación de la expansión del grano de caucho
Posterior a la elaboración y diseño, se realizó la evaluación de los cuerpos de prueba, en los cuales se logra observar un incremento de la altura en los especímenes con grano de caucho reciclado GCR respecto a las convencionales semidensas, las partículas de GCR tienden a hincharse con la acción de cemento asfáltico lo cual provoca la expansión de estos, esto se puede observar en la Tabla 3 y en la Figura 1.
Figura 1 – Altura vs porcentaje de cemento asfáltico en mezcla semidensa convencional y con GCR
Tabla 3 – Promedio de alturas de los diseños Marshall
|
% C.A. |
Convencional |
0.5%-GM |
0.8%-GF |
1.0%-GF |
|
4.5% |
6.44 |
6.6 |
6.64 |
6.7 |
|
5.0% |
6.48 |
6.53 |
6.6 |
6.59 |
|
5.5% |
6.16 |
6.44 |
6.51 |
6.46 |
|
6.0% |
6.01 |
6.34 |
6.48 |
6.4 |
|
6.5% |
5.72 |
6.36 |
6.38 |
6.4 |
CONCLUSIÓN
- Existe un incremento de 11.89% de altura en los cuerpos con grano de caucho respecto a las semidensas convencionales con contenido de 6.5% de cemento asfaltico.
- Se observa que existe un ligero incremento de 1.85% en la altura en cuerpos con 5.0% de cemento asfaltico
- Se puede evidenciar que a mayor cantidad de cemento asfaltico los cuerpos sin GCR tienden a tener una pérdida de altura brusca a diferencia de los cuerpos con GCR.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Airaudo Segovia, R. Estudio del Efecto de la Variación en la Granulometría del Caucho en Mezclas Asfálticas por Vía Seca, Universidad de Chile, Santiago de Chile. 2007.
ASTM. American Society for Testing and Materials. 1898.
ASTM-D4867. Standard Test Method for Effect of Moisture on Asphalt Concrete Paving Mixtures, American Society of Testing and Materials, USA. 2009.
ASTM-D6926. Standard Practice for Preparation of Asphalt Mixture Specimens Using Marshall Apparatus, American Society of Testing and Materials, USA. 2020.
ASTM-D6927. Standard Test Method for Marshall Stability and Flow of Asphalt Mixtures, American Society of Testing and Materials, USA. 2015.
ASTM D6927-15. Método de prueba estándar para Estabilidad y flujo Marshall de mezclas asfálticas. ASTM International 2015.
Bravo, F. M., Duran, M. J. C., Ortiz, A. J., & Soto, A. J. Reutilización de llantas, Universidad Cristiana de Bolivia, 2015.
Diaz, Cesar Mauricio Claros; CELIS, Liliana Carolina Castro. Implementación del grano de caucho reciclado (GCR) proveniente de llantas usadas para mejorar las mezclas asfálticas y garantizar pavimentos sostenibles en Bogotá. Bogotá: Universidad Santo Tomás.
Institute, A. Asphalt Mix Design Methods, Mustansiriyh University, USA. 2014.
INV-E450. INSTITUTO NACIONAL DE VIAS, MINISTERIO DE TRANSPORTE, COLOMBIA. 2012.
SWISSCONTACT, Reciclaje de llantas, productos verdes con valor agregado, Bolivia, 2020.