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  • Agradezco por favor ampliar información sobre el beneficio económico de este uso de GNR en pavimentos.
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  • Promaquiplast Ltda. Empresa Colombiana con amplia experiencia en la Fabricación de Equipos de Reciclaje Plástico y Reciclaje de Llantas Usadas. Fabricamos Líneas Automáticas para la producción de madera plástica, Líneas manuales o automáticas para reciclaje de plásticos rígidos o flexibles, Compactadoras hidráulicas para cualquier uso. Reconstruimos y modificamos equipos de Industria del reciclaje, Agrícola, Minera e Industrial. Brindamos asesorías para la Implementación de Líneas Productivas de Reciclaje, Automatización y Optimización de los procesos productivos. Desplazamos profesionales para la atención de nuestros clientes. Celular: (57) 311 200 65 56. E-mail: promaquiplast@gmail.com . www.promaquiplast.com
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  • 1. SCI VI Jornadas de Pavimentos y Mantenimiento Vial BOGOTÁ D.C. COLOMBIA, 2, 3 y 4 de noviembre de 2011 MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS CON GRANO DE CAUCHO DE LLANTA (Gcr): ESTADO DEL CONOCIMIENTO Y ANÁLISIS DE UTILIZACIÓN EN COLOMBIA Hugo Alexander Rondón Quintana Doctor en Ingeniería. Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Dirección: Vía Circunvalar Venado de Oro, Bogotá D.C. (Colombia). e-mail: harondonq@udistrital.edu.coRESUMENCon base en una amplia revisión bibliográfica, el presente estudio sintetiza las ventajas ydesventajas técnicas, económicas y ambientales de utilizar el grano de llanta molido comomodificador de asfaltos y/o mezclas asfálticas, haciendo énfasis en su uso en la ciudad de BogotáD.C. Como conclusión general se reporta que la utilización de este material de desecho comomodificador de mezclas asfálticas en Bogotá D.C. es interesante, ya que la práctica mundial hademostrado que este tipo de mezclas son más durables, económicas a largo plazo, y disminuyen elimpacto ambiental negativo que generan las llantas cuando se entierran en rellenos sanitarios,almacenan o incineran a cielo abierto. Adicionalmente se enumeran algunas razones por las cualesse justifica la utilización de este desecho como modificador de asfaltos y mezclas asfálticas.Palabras claves: asfalto-caucho, asfalto modificado, mezcla asfáltica modificada, grano de cauchode llanta, elastómero.ABSTRACTBased on an extensive literature review, this study summarizes the technical, economic andenvironmental advantages and disadvantages of use crumb rubber as a modifier of bitumen and/orasphalt mixtures, emphasizing their use in the city of Bogotá D.C. As a general conclusion isreported that the use of this waste material as a modifier of bitumen and/or asphalt mixtures inBogota is interesting, because the world practice has shown that such mixtures are more durable,long-term economic and decrease the negative environmental impact generated by the tires whenthese tires are discharged in open fields or burned generating pollutants resulting from the rubberconstitution. In addition, the paper shows some reasons which justify the use of this waste as amodifier of bitumen and asphalt mixtures.Keywords: asphalt-rubber, modified asphalt, modified asphalt mixture, crumb rubber, elastomer.
  • 2. INTRODUCCIÓNLa llanta proveniente de neumáticos usados es tal vez uno de los elementos que más se desechan enel mundo. Aproximadamente 300 millones de llantas de neumático son desechadas anualmente enlos Estados Unidos (Zhong et al., 2002; Putman, 2005; Shen et al., 2007). De acuerdo con Botero etal. (2005), en Puerto Rico se produce un neumático de desecho por habitante por año (1neu/hab/año). Según Neto et al. (2003), en Brasil se producen anualmente cerca de 45 millones dellantas, de las cuales 30 millones son desechadas. Magalhães et al. (2003) menciona que en Brasilexisten aproximadamente 900 millones de neumáticos colocados de manera inapropiada en elmedio ambiente. Para el caso de México se estima que anualmente se desechan unos 25 millones dellantas con un peso aproximado de 250000 toneladas. Este valor equivale a un cuarto de llanta porhabitante por año.Estos desechos generan un alto impacto ambiental (negativo) al ambiente ya que por lo general sonalmacenados, incinerados al aire libre o utilizados como fuente alterna de energía en hornosartesanales que no cuentan con la tecnología y los sistemas de filtrado apropiados para disminuir losgases y compuestos que contaminan el aire de la atmosfera. Múltiples estudios e investigaciones sehan desarrollado en el mundo con el fin de evaluar la forma como pueden ser reutilizados estosmateriales una vez han sido usados y desechados. Algunos de los usos que se reportan son lossiguientes:  Aprovechamiento energético.  Arrecifes artificiales.  Para control de erosión o estabilización de taludes.  Plantación de árboles.  Señalizaciones.  Protección de equipos.  Paredón en polígonos de tiro.  En áreas deportivas.  Muros de contención.  Barreras en pistas de karts.  Para delimitación de casas.  Modificador de concretos hidráulicos.  Modificador de asfaltos y/o mezclas asfálticas.En la figura 1 se presenta la forma como se distribuye el aprovechamiento de llantas usadas en lacadena de gestíon y uso para el caso Bogotá D.C. (DAMA, 2000). Figura 1. Distribución aprovechamiento de las llantas usadas en la cadena de gestión (% en Ton).
  • 3. De todas las anteriormente mencionada, una de la más utilizadas en el mundo es la de usar el granode llanta de neumático molido o triturado (Gcr) para modificar las propiedades del cementoasfáltico y/o mezclas asfálticas. La tecnología de los asfaltos y las mezclas asfálticas modificadas hasido una técnica ampliamente estudiada y utilizada en el mundo. Con la adición de polímeros alasfalto se modifican las propiedades mecánicas, físicas, químicas y reológicas de las mezclasasfálticas. Cuando se utiliza esta tecnología se pretende mejorar el comportamiento queexperimentan las mezclas tradicionales cuando son sometidas a diferentes condiciones de carga ydel medio ambiente. Por lo general las propiedades que se intentan mejorar son la rigidez, laresistencia bajo carga monotónica, al ahuellamiento, a fatiga, al envejecimiento, y disminuir lasusceptibilidad térmica. El uso de esta tecnología es también frecuente cuando es necesario que lasuperficie de la carretera posea una vida útil más larga de lo normal, o aplicaciones especializadasmediante el cual el uso de asfaltos modificados permiten espesores más delgados de capas asfálticasde lo que normalmente se requiere.Cuando se utiliza esta tecnología, la mayor parte de los ligantes asfálticos que se modifican utilizanpolímeros elastoméricos. Dentro de la gama de los elastómeros, los más utilizados son el cauchonatural o látex obtenido de la Hevea (más conocida como arbol de caucho), los cauchos naturales(SBS), cauchos sintéticos derivados del petróleo (SBR) y el caucho triturado de llanta de neumáticoque en el presente documento se denominará Gcr. De todos los anteriormente mencionados aquelque ofrece los mayores beneficios ambientales, técnicos y económicos para modificar laspropiedades de mezclas asfálticas es el Gcr. Una amplia literatura de referencia confirma la anteriorafirmación y es presentada y sintetisada en el presente artículo.GENERALIDADESEl tamaño de las partículas de caucho proveniente de llantas usadas de neumáticos para ser utilizadocomo modificador de asfalto debe ser menor a 6.3 mm. Existen en el mundo dos técnicas deutilización del grano de llanta triturado (Gcr) para modificar las propiedades de mezclas asfálticas.A estas técnicas de modificación se les denomina vía húmeda y seca. Por vía húmeda, el Gcr esadicionado al asfalto a alta temperatura y luego este ligante ya modificado, es adicionado alagregado pétreo para conformar la mezcla asfáltica (ver proceso de fabricación en la figura 2). Porvía seca, el Gcr reemplaza parte del agregado pétreo (por lo general las fracciones más finas) y seadiciona al mismo a alta temperatura para luego recibir el asfalto y formar la mezcla asfáltica. Engeneral, la literatura de referencia reporta que por vía húmeda las desventajas, entre otras, son elmayor costo inicial de la mezcla (se requiere nuevos equipos en planta como la unidad de mezcladoy almacenamiento del asfalto-caucho, cambio de bombas y tuberías) y el aumento de la temperaturade mezclado (se requiere energía adicional en planta durante el proceso de fabricación de lamezcla). Por vía seca el tiempo de compactación de la mezcla es mayor y demanda mayor cantidadde ligante asfáltico. Sin embargo, el proceso seco es más económico que el húmedo (Velar, 1997)ya que el proceso húmedo, como ya se mencionó, requiere la instalación un tanque dealmacenamiento adicional para el aglutinante (o bitumen), una bomba que pueda manejar estamezcla que resulta ser más viscosa y abrasiva, e instalar además el equipo necesario para hacer lamezcla.De acuerdo con Lougheed y Papagiannakis (1998), el mejor comportamiento de las mezclasasfálticas modificadas se obtiene cuando el proceso de modificación se realiza por vía húmeda. Pormedio del proceso en seco el comportamiento de las modificadas varía entre aceptable a desastroso.La capacidad del Gcr para mejorar las propiedades de las mezclas asfálticas depende del tipo demodificación (húmedo o seco), naturaleza, porcentaje y tamaño máximo de las partículas de cauchoy del tiempo y temperatura de mezclado entre el ligante y el Gcr (Oliver, 1981; Takallou et al.,1986; Kaya, 1992; Neto et al., 2003).
  • 4. Neumáticos desechados Bolsas de grano de caucho Caucho es mezclado con el asfalto Contenedores de agregado pétreo Agregado es calentado en Asfalto-caucho es horno mezclado con agregado Camiones Mezcla asfáltica modificada distribuidores es almacenada en silos Figura 2. Proceso de fabricación del asfalto-caucho (vía húmeda). Tomado de http://www.rubberizedasphalt.org/how.htm.La tecnología de modificar materiales bituminosos con caucho no es reciente. En 1840’s aparece enInglaterra la primera patente de un ligante asfáltico modificado con caucho natural (Allison, 1967).Estudios sobre modificación de asfaltos con grano de llanta triturada (Gcr) han sido desarrolladosdesde la década de los 50´s (Hanson et al., 1994). Sin embargo fue solo hasta la década de los 60´sque Charles H. MacDonald descubrió con éxito una forma de incorporar el Gcr al asfalto, y a dichamezcla la denominó ―asfalto-caucho‖. Una descripción histórica detallada sobre el tema de asfaltosy mezclas modificadas con Gcr puede ser consultada en Carlson y Zhu (1999). Por vía seca, elprimer desarrollo data de la década de los 60’s en Suecia y fue inicialmente denominado ―Rabit‖.De acuerdo con IDU y Universidad de Los Andes (2002), algunos de los métodos utilizados en laactualidad para recuperar algunos de los componentes de las llantas y destruir aquellos que sonpeligrosos son:  Trituración mecánica. También denominado método de granulación a temperatura ambiente, es un proceso puramente mecánico sin emisión alguna al medio ambiente cuya tecnología incluye trituradoras que reducen los neumáticos a partículas muy finas que alcanzan a pasar el tamiz No. 30 en un ensayo de granulometría por cribado. Cuenta con sistemas de separación y clasificación que remueven los pedazos de metal y otros residuos.  Trituración criogénica. En este proceso se emplea nitrógeno líquido, por lo general para congelar trozos de llanta con el fin de cristalizarlos y poder romperlos más fácilmente. Este método requiere de instalaciones complejas y costosas que lo hacen poco rentable. Adicionalmente la obtención del caucho de las llantas es complejo lo que lo hace un sistema poco recomendable. De acuerdo con Glover et al. (2000) el proceso de trituración criogénico de llantas es mucho menos efectivo que el caucho triturado mecánicamente.  Termólisis. Es un método que tiene como objetivo descomponer un material en distintos componentes mediante su calentamiento.  Pirolisis. Método cuyo objetivo consisten en obtener los compuestos originales de las llantas a través de la aplicación a las mismas, de altas temperaturas en un espacio con ausencia de oxigeno, destruyendo los enlaces químicos de los neumáticos.
  • 5. A pesar de que se ha intentado desprestigiar la producción de asfalto-caucho afirmando que durante su proceso de fabricación se contamina el ambiente, son diversos los estudios que confirman que las emisiones contaminantes que se obtienen durante dicho proceso son menores a los límites permitidos (Rinck y Napier, 1991; Gunkel, 1994; Van Kirk, 1997; IDU y Universidad de Los Andes, 2002). ESPECIFICACIONES COLOMBIANAS Actualmente, Colombia cuenta con las especificaciones del Instituto Nacional de Vías – INVIAS (2007) para la caracterización de cementos asfálticos (CA) modificados. Dentro de la clasificación general se cuentan con cinco tipos de CA modificado (ver tabla 1). El tipo I utiliza como modificador polímeros del tipo Etileno Vinil Acetato (EVA) o Polietileno y se recomienda su utilización para la fabricación de mezclas drenantes. Los tipos II, III y IV utilizan copolímeros del tipo estirénico como modificadores tales como el Estireno-Butadieno-Estireno (SBS por sus siglas en inglés). El tipo II se recomienda para la fabricación de mezclas drenantes, discontinuas y de concreto asfáltico. El tipo III se recomienda para la fabricación de mezclas discontinuas y de concreto asfáltico en zonas de alta exigencia y el tipo IV para la fabricación de mezclas antirreflectivas como las del tipo arena-asfalto. El tipo V es un CA modificado para la elaboración de mezclas de alto módulo. Para el caso de Bogotá D.C., la ciudad cuenta con una especificación para la ―Aplicación de Grano de Caucho Reciclado (Gcr) en mezclas asfálticas en caliente (vía húmeda)‖ según Resolución No. 3841 del 5 de septiembre de 2011 (Instituto de Desarrollo Urbano – IDU y Alcaldía Mayor de Bogotá D.C., 2011). En dicha especificación se describen los objetivos, alcances, tipos de materiales, condiciones para el recibo de los trabajos, la forma de producción del asfalto-caucho y la forma de medida y pagos entre otros aspectos. Para hacer un resumen de los aspectos más importantes de la especificación, en las tablas 2-4 se presentan los intervalos recomendados para realizar la modificación del cemento asfáltico con el Gcr, los requisitos mínimos de calidad que debe cumplir el asfalto-caucho y las mezclas fabricadas con este ligante. Dichas especificaciones son producto principalmente de estudios realizados en laboratorio y pista de prueba a escala real (carrusel de fatiga) por el IDU y la Universidad de Los Andes (2002, 2005). Tabla 1. Requisitos mínimos de calidad del CA modificado. Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V Ensayo Método Unidad Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx.Penetración (25°C, 100 g, 5 s) INV. E-706 0.1 mm 55 70 55 70 55 70 80 130 15 40Punto de ablandamiento INV. E-712 °C 58 - 58 - 65 - 60 - 65 -Ductilidad (25°C, 5cm/min) INV. E-702 cm - - 15 - 15 - 30 - - -Recuperación elástica por INV. E-727 % 15 - 40 - 70 - 70 - 15 -torsión a 25°CEstabilidad al INV. E-726 No se exigirá este requisito cuando los elementos de transporte y almacenamiento esténalmacenamiento provistos de un sistema de homogeneización adecuado, aprobado por el InterventorDiferencia en el punto de INV. E-712 °C - 5 - 5 - 5 - 5 - 5ablandamientoContenido de agua INV. E-704 % - 0.2 - 0.2 - 0.2 - 0.2 - 0.2Punto de ignición INV. E-709 °C 230 - 230 - 230 - 230 - 230 - Residuo del ensayo de pérdida por calentamiento en película delgada en movimiento (INV E-720)Pérdida de masa INV. E-720 % - 1 - 1 - 1 - 1 - 1Penetración al residuo luegode la pérdida porcalentamiento (INV. E-720) INV. E-706 % 65 - 65 - 65 - 60 - 70 -en % de la penetraciónoriginalDuctilidad al residuo (25°C, INV. E-702 cm - - 8 - 8 - 15 - - -5cm/min)
  • 6. Tabla 2. Valores característicos recomendados para modificar el CA con el Gcr. Variables Unidad Mínimo Máximo Cantidad de Gcr % (sobre el peso del ligante) 10 20 Tiempo de reacción Mín. 55 75 Velocidad de agitación en lab. Mín. 100 750 Temperatura de mezclado °C 155 170 Tabla 3. Especificación de asfalto modificado con Gcr. Característica Unidad Norma de ensayo Mínimo MáximoViscosidad Brookfield 163°C Pa-s ASTM D 4402-87 1.5 3.0Penetración a 25°C 0.1 mm INV E-706 40 60Punto de ablandamiento °C INV E-712 - 55 Pruebas al residuo después del RTFOTPérdida de masa % INV E-720 - 1 % (de la penetración INV E-706 65 -Penetración original)Recuperación elástica % AASHTO T-301-95 50 - Tabla 4. Propiedades mínimas de mezclas modificadas con asfalto-Gcr. Ensayo Norma Valores admisibles Marshall INV. E-748 =97% Compacidad Resistencia conservada tras inmersión INV. E-738 >75% Ahuellamiento, Máx. velocidad de def. en el >75% INV. E-756 intervalo de 105 a 120 min. 20 mm/min Módulo a 15°C y 10 Hz INV. E-754 >4600 MPa Fatiga, 6 (15°C, 25 Hz) NF P 989-261 1800x106 En Colombia actualmente las mezclas que pueden ser fabricadas con CA modificado con Gcr son las siguientes: ▪ Concreto asfáltico o mezclas densa, semidensa y gruesa en caliente. ▪ Mezclas abiertas en caliente. ▪ Mezclas asfálticas drenantes. ▪ Mezclas discontinuas o microaglomerados en caliente. VENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DEL ASFALTO-CAUCHO (GCR) Entre las ventajas que se reportan en la literatura de referencia sobre la utilización del CA modificado con caucho para la modificación de mezclas asfálticas se enuncian:  Mezclas más resistentes a los fenómenos de fatiga, ahuellamiento (Takallou et al., 1986; McQuillen y Hicks, 1987; Takallou y Takallou, 1991; Heitzman, 1992; Raad et al., 1993; Hicks et al., 1995; McGennis, 1995; Billiter et al., 1997; Raad y Saboundjian 1998; ARRB Transport Research, 1999; IDU y Universidad de Los Andes, 2002; Mull et al., 2002; Way, 2003;
  • 7. Soleymani et al., 2004; Shen et al., 2006; Huang et al., 2007; Xiao et al., 2007, 2009; Cao y Bai, 2008; Khodary, 2010; Dong y Tan, 2011; Hsu et al., 2011; Punith et al., 2011). Kaya (1992), describiendo los estudios reportados por Roberts et al. (1989), Piggott y Woodhams (1979), Jimenez y Meier (1985), concluye que adicionando 5% de Gcr a la mezcla en peso, la misma duplica la vida a fatiga con respecto a la convencional. Sibal et al. (2000) modificaron mezclas asfálticas por vía seca adicionando desechos de caucho molido (grano-caucho) de llantas de neumáticos al agregado pétreo, con el fin de evaluar su efecto sobre la resistencia a fatiga a diferentes temperaturas. En la figura 3 se observa que dicha adición genera mezclas mucho más resistentes al fenómeno de fatiga para cualquier temperatura de ensayo. Conclusiones similares fueron reportadas por Elseifi et al. (2003) modificando mezclas de concreto asfáltico con elastómero tipo SBS y por Romanoschi et al. (2006) modificando una mezcla asfáltica fabricada con un CA (PG 70-28) modificado con SBS.Figura 3. Ley de fatiga para mezclas asfálticas modificadas con grano-caucho (Sibal et al., 2000). Ruth y Roque (1995), Way (2003), Sebaaly et al. (2003) y Huang et al. (2007) demostraron que mezclas asfálticas modificadas con caucho son más resistentes al fenómeno de ahuellamiento y fatiga. Adicionalmente, Holleran y Van (2000) señalaron que este tipo de mezclas modificadas disminuyen el espesor del pavimento. La figura 4 muestra los resultados de ensayar en un APA (Asphalt Pavement Analyzer, AASHTO TP 63) la resistencia a la deformación permanente de una mezcla asfáltica modificada con caucho molido de llanta. Se observa un incremento en la resistencia a la deformación permanente cuando se aumenta entre 5-15% el contenido de caucho molido a la mezcla (Shen et al., 2006). Xiao et al. (2007) utilizando el mismo rango de adición de caucho, observaron un incremento notable de la resistencia en tracción indirecta bajo carga monotónica y en la deformación permanente medido en un APA. Ellos reportan adicionalmente que existe un tamaño de grano de caucho en el cual la resistencia al ahuellamiento es óptimo (ver figura 5). Lee et al. (2007) presentan en la figura 6 el aumento en la resistencia a la deformación que experimenta una mezcla asfáltica cuando se modifica el CA (PG 64-22) empleando 10% y 15 % de caucho molido de llanta y otro CA (PG 76-22) modificado con 3% de SBS.
  • 8. Figura 4. Influencia del caucho molido de Figura 5. Influencia del tamaño de grano de llanta (Shen et al., 2006). caucho molido de llanta (Xiao et al., 2007). Figura 6. Influencia del caucho y el SBS (Lee et al., 2007). Aumenta la resistencia al envejecimiento y oxidación del ligante asfáltico (Heitzman, 1992; Liang et al., 1996; Lougheed y Papagiannakis, 1998; Cao y Bai, 2008; Huang, 2008; Xiao y Amirkhanian, 2009; Reed, 2010; Dong y Tan, 2011; Punith et al., 2011). Aumenta la resistencia de la mezcla al agrietamiento por bajas temperaturas (Dempster, 1978; Ohta, 1983; McQuillen et al., 1988; Cano y Charania, 1989; Esch 1982; ARRB Transport Research, 1999; Choubane et al. 1999; Epps, 2000; Huang et al., 2007; Cao y Bai, 2008; Khodary, 2010). La mezcla asfalto-caucho es más flexible a bajas temperaturas y a altas temperaturas es menos plástica, es decir, es menos susceptible a los cambios de temperatura (ARRB Transport Research, 1999; Roberts et al., 2002; Othman, 2006; Khodary, 2010; Shutang et al., 2010; Dong y Tan, 2011). Un estudio realizado por el IDU y Universidad de Los Andes (2002) concluye que el grado de desempeño (PG por sus siglas en inglés) de los CA’s colombianos de Apiay y Barrancabermeja incrementaron desde PG 58-22 a PG 88-16 y PG 58-16 a PG 76-22 cuando se adicionó 13% y 15% de Gcr respectivamente con respecto al peso del CA. Aumenta la resistencia a la humedad (Dong y Tan, 2011; Punith et al., 2011).
  • 9.  Ligante asfáltico más resistente al calor y al sobrecalentamiento debido al proceso de vulcanización de la llanta (IDU y Universidad de Los Andes, 2002, 2005).  Aumento de la elasticidad del ligante (Gagle et al., 1973; Dempster, 1978; Oliver, 1981; Shuler et al., 1985; King y King, 1986; Lougheed y Papagiannakis, 1998; Huang, 2008; Khodary, 2010).  Mayor resistencia al desgaste por abrasión, medido principalmente sobre mezclas porosas, abiertas y/o drenantes (Punith et al., 2011).  Disminuye el ruido de rodadura (McQuillen et al., 1988; Rubber & Plastic News, 1998b; Roschen, 2000; IDU y Universidad de Los Andes, 2002; Putman et al., 2005; Anderson et al., 2008; Wang et al., 2009). La disminución promedio de ruido reportada en diversos estudios es de aproximadamente 4 a 10 decibeles.  Mejoras las propiedades reológicas del asfalto (AI-Dubabe et al., 1998; IDU y Universidad de Los Andes, 2002, 2005; Huang, 2008; Kumar et al., 2010; Punith et al., 2011). Estas mejoras se traducen en un ligante asfáltico con mayor rigidez (módulo viscoelástico) y menor ángulo de fase (comportamiento elástico).  Mezclas más durables y por lo tanto con menor necesidad de mantenimiento (Lalwani et al., 1982; Rose y Hensley, 1991; Van Kirk, 1997; Velar, 1997; Hicks et al., 1998; Rubber & Plastic News, 1998b; Huang et al., 2002; IDU y Universidad de Los Andes, 2002; Wang y Zeng, 2006; Cooper et al., 2007; Lee et al., 2008). De acuerdo con IDU y Universidad de Los Andes (2005), el empleo del Gcr incrementa la vida útil de un pavimento. Ellos reportan que para el proceso por vía seca, en el diseño de una mezcla tipo MDC-2 (INVIAS, 2007) con una probabilidad de falla del 50% la vida útil se incrementó en 58% para contenidos de GCR de 1%, y 232% con 2% de GCR. De acuerdo con ese mismo estudio, la vida útil que se logra en un pavimento haciendo uso del proceso húmedo es superior a la obtenida mediante el proceso por vía seca. Schnormeier (1992) concluye que la durabilidad del asfalto-Gcr es dos a tres veces mayor que el convencional.  Menor espesor de capa asfáltica (Holleran y Van, 2000).  Ayuda a disminuir el impacto ambiental negativo que producen las llantas usadas (Ruth y Roque, 1995; Carlson y Zhu, 1999; Palit et al., 2004; Huang et al., 2007; Wang et al., 2009; Xiao y Amirkhanian, 2009).  Mejora la resistencia al deslizamiento (Dempster, 1978; McQuillen et al., 1988; Takallou and Takallou, 1991; Hicks et al., 1995; Xiao et al., 2009).Debido a las amplias ventajas de utilización mencionadas, este tipo de ligante asfáltico modificadoha sido y está siendo considerablemente utilizado en el mundo para la construcción de pavimentosasfálticos (Zhong et al., 2002; Thomson, 2004; Lee et al., 2006; Lee et al., 2007). En especial se hautilizado principalmente para la modificación de mezclas de concreto asfáltico y mezclas porosas, yen los últimos años se ha venido incrementando los estudios que demuestran la utilización enmezclas recicladas (RAP por sus siglas en inglés) (p.e., Crockford et al., 1995; NCHRP, 2001; Shenet al., 2006; Xiao et al., 2007). Adicionalmente, estudios recientes han reportado su posibleutilización en mezclas tibias (WMA por sus siglas en inglés) (p.e, Akisetty et al., 2009). Carlson yZhu (1999) reportan un incremento de 0.9 millones de toneladas de mezcla asfáltica modificada conGcr desde 1994 hasta 1998 en los estados de Arizona, California y Florida en los Estados Unidos.
  • 10. Estudios de campo que demuestran la amplia capacidad que tiene el Gcr de mejorar las propiedadesde mezclas asfálticas puede ser consultado en Shuler et al. (1985), Charania y Schnormeier (1991),Kaya (1992), Maupin (1996), Stroup-Gardiner et al. (1996), Brown et al. (1997), Carlson y Zhu(1999), Glover et al. (2000), IDU y Universidad de Los Andes, (2002, 2005), Cooper et al. (2007).Estados del conocimiento sobre el tema pueden ser consultados en Heitzman (1992), Kaya (1992),Lougheed y Papagiannakis (1998), Rondón et al. (2008).DESVENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DEL ASFALTO-CAUCHO (GCR)Las desventajas reportadas en la literatura de referencia sobre la utilización de la tecnología demodificación del CA con Gcr son:  El incremento de la viscosidad genera un aumento en la temperatura de fabricación en planta y extensión en obra de la mezcla asfáltica modificada lo que genera una mayor dificultad y complejidad a la hora de construirla in situ (Oliver, 1982; Ohta, 1983; Bahía y Daves, 1994). De acuerdo con Stroup-Gardiner et al. (1993), la viscosidad de un CA modificado con Gcr puede ser de hasta 2.3 y 10.5 veces la alcanzada por el CA sin modificar cuando se adiciona el Gcr al CA en una relación entre el 10 y el 20% de la masa respectivamente. Heitzman (1992) reporta incluso que este incremento en viscosidad puede ser de hasta 100 veces cuando se adiciona una relación entre el Gcr y CA del 21%.  En planta, la modificación del CA con el Gcr se realiza a temperaturas entre 180-200°C lo que genera la necesidad de mayor energía para la fabricación de la mezcla (Hurley y Prowell, 2005; Dong y Tan, 2011). Adicionalmente se requiere de equipo especial para mezclar el asfalto con el Gcr y almacenarlo, lo que incrementa el costo inicial de la mezcla. De acuerdo con Lougheed y Papagiannakis (1998) este incremento del costo inicial de la mezcla modificada puede oscilar entre 40 y 80% con respecto a aquella que utiliza un ligante tradicional. Según Rubber & Plastic News (1998b), el costo del asfalto-caucho es aproximadamente el doble del convencional y el IDU y la Universidad de Los Andes (2002) estimaron un incremento en el precio unitario de la mezcla convencional entre el 26% y 42% cuando se modifica la mezcla con Gcr por vía seca. A pesar de lo anterior investigadores como Carlson y Zhu (1999) y Way (1999) mencionan que este mayor costo inicial se ve compensado con el aumento en la durabilidad de la mezcla cuando se modifica y en la disminución de los mantenimientos periódicos de las mismas. IDU y Universidad de Los Andes (2002) mencionan que el costo/eje (beneficio-costo) puede disminuirse en un 20% y 57% cuando se modifica la mezcla por vía seca utilizando 1% y 2% de Gcr respectivamente con respecto al peso total de la mezcla. De acuerdo con Rubber & Plastic News (1998a), desde el punto de vista económico, es más favorable la utilización de Gcr como modificador de asfaltos, en vías importantes con altos volúmenes de tránsito y magnitud de carga o en zonas con condiciones climáticas extremas.  La captación de aceites del asfalto por parte del caucho puede afectar las propiedades de adherencia y cohesión.JUSTIFICACIÓN DE UTLILIZACIÓN EN COLOMBIA DE MEZCLAS ASFÁLTICASMODIFICADAS CON GRANO DE CAUCHO DE LLANTAAlgunas razones por las que se justifica la utilización de la tecnología del asfalto y mezclasasfálticas modificadas con grano de caucho de llanta en Colombia, se enumeran y describen acontinuación.
  • 11. 1. Las llantas de desecho constituyen un problema ambiental ya que son residuos voluminosos que ocupan gran espacio en los rellenos sanitarios y en los basureros a cielo abierto. En época de lluvias, las llantas se convierten en sitios de incubación de mosquitos, contaminan visualmente el ambiente y, cuando son expuestas al aire libre, pueden incendiarse accidentalmente, emitiendo grandes cantidades de humos tóxicos. Adicionalmente, la forma común de eliminación de las llantas en Colombia es quemándolas a cielo abierto produciendo emisiones de gases que afectan el sistema respiratorio, la piel, las membranas mucosas, el sistema nervioso central, y en muchas ocasiones contienen contaminantes carcinogénicos (causan cáncer) y mutagénicos (problemas en desarrollo de bebés).2. De acuerdo con el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (2010), un estudio realizado por la Unión Temporal OCADE LTDA / SANIPLAN / AMBIENTAL S.A. concluyó que durante el año 1999 se generaron 1.981.375 unidades de llantas usadas para la ciudad de Bogotá. Para mediados de agosto del año del 2010 se estimó una generación de llantas usadas en la ciudad de Bogotá D.C. de 2.642.938, es decir, un 25% más que el año 1999. Adicionalmente, en el marco nacional se estimó para el año 2008 un consumo de 4.493.092 de llantas discriminadas así: 1.067.072 llantas de camiones y busetas, y 3.426.020 llantas de automóviles y camionetas. Considerando un promedio de recambio de llantas de 18 meses y pesos promedio para carcasas usadas de 7 kg por llanta para auto, de 15 kg para camioneta y de 50 kg para camión, la generación de residuos de llantas de automóvil, camioneta, camión y buseta se estima en 61.000 toneladas al año.3. Un cálculo aproximado de consumo de llanta para modificar un carril de un km de vía de 3.5 m de ancho y entre 3 y 33 cm de mezcla asfáltica modificada es de 2 y 27 toneladas respectivamente. De acuerdo con Botero et al. (2005), el consumo se estima en unos 1553 neumáticos por kilómetro-carril para una capa de 5.08 cm de espesor de mezcla modificada con asfalto-caucho. Rubber & Plastic News (1998b) reportan un promedio de utilización de llantas de 13.6 toneladas para un km de vía pavimentada con mezcla modificada con Gcr.4. De acuerdo con IDU y Universidad de Los Andes (2002) el costo/eje (beneficio-costo) puede disminuirse en un 20% y 57% cuando se modifica la mezcla por vía seca utilizando 1% y 2% de Gcr respectivamente con respecto al peso total de la mezcla. Las mezclas modificadas con asfalto-Gcr son más durables y por lo tanto con menor necesidad de mantenimiento (Lalwani et al., 1982; Rose y Hensley, 1991; Van Kirk, 1997; Velar, 1997; Hicks et al., 1998; Rubber & Plastic News, 1998b; Way, 1999; Huang et al., 2002; IDU y Universidad de Los Andes, 2002; Wang y Zeng, 2006; Cooper et al., 2007; Lee et al., 2008) (ver ejemplo en la figura 7). Figura 7. Costo de mantenimiento de vías pavimentadas con mezclas convencionales y modificadas con asfalto-Gcr en Arizona (USA). Way (1999).
  • 12. Hicks et al. (1998) hicieron un análisis de costos del ciclo de vida de mezclas asfálticas modificadas con Gcr en un período de estudio de 40 años. Reportan como resultado que este tipo de mezclas modificadas presentan mayores beneficios económicos respecto a las convencionales (sin modificar) (ver tabla 5). Tabla 5. Análisis costo del ciclo de vida de mezclas asfálticas con y sin modificación con Gcr (extraída de Botero et al., 2005).5. La tecnología de utilización de Gcr para modificar y mejorar las propiedades de mezclas asfálticas en caliente ha sido utilizada con éxito ampliamente en países desarrollados. Se cuenta entonces con la experiencia, estudios y especificaciones internacionales que regulan el proceso de gestión, aprovechamiento y producción de este tipo de residuo para la modificación de mezclas asfálticas.6. Colombia presenta especificaciones técnicas de construcción y de materiales que reportan los requisitos mínimos de calidad que deben cumplir los cementos asfálticos modificados con polímeros del tipo elastómero y plastómero. Dentro de la especificación aparece como uno de los modificadores el caucho Gcr. Bogotá D.C., presenta una especificación propia para reglamentar la utilización de asfaltos y mezclas asfálticas en caliente modificadas por vía húmeda con el Gcr.7. La introducción en Bogotá D.C., del Sistema Integrado de Transporte Público mejorará (SITP) la movilidad vehicular por las vías de la ciudad ya que se disminuirá el número de vehículos de servicio de transporte público. Sin embargo, los nuevos vehículos pasarán por las vías más cargados, por el carril derecho y a menor velocidad generando mayor agresividad y deterioro de las estructuras de pavimento (Rondón, 2011). Lo anterior conduce a la necesidad de construir estructuras de pavimentos con materiales más durables y resistentes a cargas cíclicas y monotónicas.8. La mayor parte de las estructuras que se diseñan y construyen en Colombia son flexibles. De acuerdo con ASOPAC (Asociación de Productores y Pavimentadores Asfálticos de Colombia, 2004), más del 90% de las vías en el mundo y más del 65% de las vías en Bogotá D.C. están construidas en pavimento asfáltico.9. De acuerdo con el Ministerio de Transporte - MINTRANSPORTE (2008), La red de carreteras del país, está constituida por aproximadamente 164 mil kilómetros, distribuida en 16.776 de red primaria a cargo de la nación, de los cuales son 13.296 km a cargo del Instituto Nacional de Vías y 3.380 km concesionados; 147.500 km entre red secundaria y terciaria repartidos así: 72.761 km a cargo de los departamentos, 34.918 a cargo de los municipios, 27.577 del Instituto Nacional de Vías, y 12.251 km de los privados. El INVIAS, actualiza permanentemente el estado de la red vial a su cargo, clasificándola en vías pavimentadas y no pavimentadas. A julio de 2009 el estado de la red vial nacional a cargo del INVIAS se presenta en la tabla 6.
  • 13. En la tabla 6 se observa que gran parte de la malla vial pavimentada y en afirmado a cargo del INVIAS se encuentra en mal y regular estado (45.33% y 87.6% respectivamente). A lo anterior se debe sumar que del total de la red vial nacional a cargo del INVIAS (13579.24 km), el 23.5% (3188.98 km) aún no ha sido pavimentado, y de acuerdo al MINTRANSPORTE (2008), la red secundaria y terciaria presenta un estado crítico y paulatinamente ha venido deteriorándose por la carencia de mantenimiento debido los bajos recursos de que disponen los departamentos y la Nación para inversión en infraestructura vial. Tabla 6. Estado de la red vial nacional RED PAVIMENTADA ESTADO MB B R M MM Longitud [km] 0.0 5.680,15 3.059,33 1.650,17 0.0 Porcentaje [%] 0.0 54.67 29.45 15.88 0.0 RED AFIRMADA ESTADO MB B R M MM Longitud [km] 0.0 395,43 1.483,4 1.310,15 0.0 Porcentaje [%] 0.0 12.4 46.5 41.1 0.0 RED TOTAL ESTADO MB B R M MM Longitud [km] 0.0 6.075,58 4.543,33 2.960,32 0.0 Porcentaje [%] 0.0 44.7 33.5 21.8 0.0 MB: muy buena; B: buena; R: regular; M: mal; MM: muy mal.10. De acuerdo con el Instituto de Desarrollo Urbano - IDU (2009), la malla vial a diciembre de 2009 en la ciudad de Bogotá D.C., alcanza 15657.3 km-carril de los cuales el 94.53% corresponden al Subsistema Vial (malla vial arterial con una composición del 19%, intermedia con 28% y local con 53%) y el porcentaje restante (5.47%) al Subsistema de Transporte (troncales de Transmilenio). Del Subsistema Vial en estado malo y regular se encuentran el 63.2% de las vías (malo 40.3% y regular 22.9%).11. En Colombia, la tendencia del parque automotor en los últimos 30 años ha sido incrementar en número y magnitud de cargas. El promedio de crecimiento anual del tránsito en los últimos años y la tasa anual promedio de crecimiento de la capacidad instalada de carga de acuerdo con MINTRANSPORTE (2004, 2006) ha sido del 4.6% y 5.08% respectivamente. Lo anterior genera en las capas del pavimento, mayores magnitudes de esfuerzo y deformación. Estos mayores niveles de carga deben ser contrarrestados con materiales que presenten mejores comportamientos que los tradicionales.12. El problema anterior se agrava porque los pesos máximos de carga permitidos en las carreteras colombianas son excedidos en muchas ocasiones, como se observa en las tablas 7 y 8.13. La máxima velocidad de circulación por vías nacionales de 120 km/h establecida en la ley 1383 de 2010 disminuyó a 100 km/h debido a los efectos invernales ocurridos entre el año 2010 y el 2011, al mal estado de las vías, obras de drenaje y estructuras de contención de laderas.14. En Colombia la movilización de carga por las vías nacionales (uno de los indicadores más importantes que muestra el crecimiento de la economía de un país), expresada en miles de toneladas, creció entre 1991 y el año 2003 en 42107 (MINTRANSPORTE, 2005). La tasa de crecimiento anual de movilización de productos del sector agrícola, manufacturero, minero y pecuario crecieron en 5.47%, 14.82%, 19.11% y 4.88% respectivamente. Entre el año 2003 al
  • 14. 2009 la carga movilizada por carretera creció, en miles de toneladas, desde 73034 hasta 177057 (MINTRANSPORTE, 2010). Tabla 7. Peso máximo permitido, porcentaje de excedidos y peso máximo registrado de camiones tipo C2 en cinco vías colombianas (Mintransporte et al., 2003) Bogotá - Ibagué - Buga - Medellín - Santamaría - Camión C2 Girardot Cali Buenaventura La Pintada Bosconia Muestra eje sencillo, 3380 1035 2014 2615 999 llanta sencilla Mayores al permitido 8 4 3 25 5 (6 ton.) % de excedidos 0.2 0.4 0.2 1.0 0.5 Muestra eje sencillo, 3380 1035 2014 2615 999 llanta doble Mayores al permitido 1025 368 651 747 542 (11 ton.) % de excedidos 30.3 35.6 32.3 28.6 54.3 Tabla 8. Peso máximo permitido, porcentaje de excedidos y peso máximo registrado de camiones tipo C3 en cinco vías colombianas (Mintransporte et al., 2003) Bogotá- Ibagué- Buga - Medellín - Santamaría- Camión C3 Girardot Cali Buenaventura La Pintada Bosconia Muestra eje sencillo, 934 586 795 678 355 llanta sencilla Mayores al permitido 123 116 132 - 82 (6 ton.) % de excedidos 13.2 19.8 16.6 - 23.1 Muestra eje tándem, 934 586 795 678 355 llanta doble Mayores al permitido 138 246 88 142 104 (22 ton.) % de excedidos 14.8 42.0 11.1 20.9 29.3 15. De acuerdo con MINTRANSPORTE (2005), ―Durante los últimos años no se han realizado inversiones en la expansión de la red rural debido a que la prioridad ha sido mantener, conservar y mejorar lo existente antes de abrir nuevas vías…‖. 16. Entre el año 1996 al 2004 la red vial de carreteras se desmejoró notablemente debido a una reducción presupuestal de 1.437.288 millones de pesos MINTRANSPORTE (2005).17. De acuerdo con el Banco Mundial (2004), Colombia es uno de los países del mundo con mayor atraso en infraestructura vial. Entre las causas de la crisis vial se identifican entre otras: falta de recursos, demoras excesivas en la terminación de contratos, topografía adversa, planeación equívoca, corrupción, falencias en la interventoría, deficiencia de materiales para construcción de pavimentos, continuo aumento de los límites legales de carga, inexistencia de apoyo por parte de la administración vial a la investigación y al desarrollo tecnológico. 18. Según Sabogal (2001), la densidad de carreteras pavimentadas en Colombia con 0.013 km/km2 es una de las más bajas de América, la longitud de carreteras de 4 o más carriles (270 km) es la menor entre países de similares niveles de tránsito y desarrollo económico, la baja densidad de longitud de carreteras pavimentadas por cada mil habitantes (0.34 km) coloca a Colombia en uno de los últimos lugares del continente, la tasa de mortalidad en accidentes de tránsito (152 por cada millón de habitantes) indica la escasa seguridad en las vías del país, los límites legales de carga por eje y total vehicular son los más altos del continente y se encuentran entre
  • 15. los más generosos del mundo, y las tendencias hacia las sobrecargas por parte de los transportadores son altas, en general cercanas a 30% cuando no hay operativos de control.19. Colombia cuenta con normatividad ambiental que fomenta el reciclaje de las llantas para su posterior reutilización. La Resolución 1457 del 29 de julio del 2010, expedida por el Ministerio de Medio Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial, regula y establece el Sistema de Recolección Selectiva y Gestión Ambiental de llantas usadas.REFERENCIASAI-Dubabe, I. A., Wahhab, H. I., Asi, I. M. and Ali, M. F. Polymer Modification of Arab Asphalt. Journal ofMaterials in Civil Engineering, Vol. 10, No. 3, 161-167, 1998.Airey, G. D., Singleton, T. M. and Collop, A. C. Properties of Polymer Modified Bitumen after Rubber-Bitumen Interaction. Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 14, No. 4, 344-354, 2002.Akisetty, C. K., Lee, S.-J. and Amirkhanian, S. N. Effects of Compaction Temperature on VolumetricProperties of Rubberized Mixes Containing Warm-Mix Additives. Journal of Materials in Civil Engineering,Vol. 21, No. 8, 409-415, 2009.Allison, K. Those Amazing Rubber Roads. Rubber World, Vol. 78, No. 3-4, 47-52, 91-106, 1967.Anderson, K. W., Pierce, L. M., Uhlmeyer, J. S. and Weston, J. Evaluation of Long-Term PavementPerformance and Noise Characteristics of Open-Graded Friction Courses. Post Construction & PerformanceReport, Experimental Feature WA 05-06, Contract 7134, WA-RD 683.1, 2008.ARRB Transport Research. The use of recycled crumb rubber. Austroads Pavement Research Group, aprg,Technical Note 10, 1999.Asociación de Productores y Pavimentadores Asfálticos de Colombia – ASOPAC. Cartilla del PavimentoAsfáltico. Bogotá D.C., Colombia, 2004.Bahia, H. U. and Davies, R. ―Effect of Crumb Rubber Modifiers CRM on Performance-Related Propertiesof Asphalt Binders. Electron. J. Assoc. Asph. Paving Technol., 63, 414–449, 1994.Bethard, T. and Zubeck, H. Polymer-Modified Asphalt Emissions from Alaskan Hot Plants – AQuestionnaire Study. Cold Regions Engineering, 336-347, 2002.Billiter, T. C., Davison, R. R., Glover, C. J. and Bullin, J. A. Physical Properties of Asphalt Rubber Binder.Pet. Sci. Technol., 15, 3-4, 205–236, 1997.Botero, J. H., Valentín, M. O., Suárez, O. M., Santos, J., Acosta, F. J., Cáceres, A. y Pando, M. A. GomasTrituradas: Estado del Arte, Situación Actual y Posibles Usos como Materia Prima en Puerto Rico. Rev. Int.de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 5, No. 1, 69-86, 2005.Bradley J., Putman, A. M. and Amirkhanian, S. N. Characterization of the Interaction Effect of CrumbRubber Modified Binders Using HP-GPC. Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 22, No. 2, 153-159, 2010.Brown, D. R., Jared, D., Jones, C. and Watson, D. Georgia’s Experience with Crumb Rubber in Hot-MixAsphalt. Transportation Research Record, 1583, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 45–51,1997.Cano, J. O. and Charania, E. The Phoenix Experiences Using Asphalt-Rubber Proceedings. National Seminaron Asphalt-Rubber, Kansas City, Mo., 1989.
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