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ANÁLISIS SISTEMÁTICO DE LITERATURA REFERENTE A LA VIABILIDAD TÉCNICA
DE UN DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA CON ADICIÓN DE FIBRA DE LLANTA
RECICLADA QUE CUMPLA CON LA NORMATIVIDAD VIGENTE.
MAHILIN YULIETH HERNANDEZ VELASQUEZ
LIZETH YAZMIN LOZANO ANTIA
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
VILLAVICENCIO
2020
ANÁLISIS SISTEMÁTICO DE LITERATURA REFERENTE A LA VIABILIDAD TÉCNICA
DE UN DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA CON ADICIÓN DE FIBRA DE LLANTA
RECICLADA QUE CUMPLA CON LA NORMATIVIDAD VIGENTE.
MAHILIN YULIETH HERNANDEZ VELASQUEZ
LIZETH YAZMIN LOZANO ANTIA
Análisis sistemático de literatura como requisito para optar al título de Ingeniero Civil.
Asesor técnico
ING. JUAN MANUEL CRUZ RODRÍGUEZ
Asesor Metodológico
DRA. SANDRA REYES ORTIZ
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
VILLAVICENCIO
2020
AUTORIDADES ACADÉMICAS
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
DRA. MARITZA RONDON RANGEL
RECTOR NACIONAL
DR. CESAR AUGUSTO PEREZ LONDOÑO
DIRECTOR ACADÉMICO SEDE VILLAVICENCIO
DRA. RUTH EDITH MUÑOZ
SUBDIRECTORA ADMINISTRATIVA
DRA. NANCY GIOVANA COCUNUBO
DIRECTORA DE INVESTIGACIÓN DE LA SEDE
ING. RAUL ALARCON BERMUDEZ
DECANO FACULTA DE INGENIERÍAS
ING. MARIA LUCRECIA RAMIREZ SUAREZ
JEFE DE PROGRAMA
DRA. SANDRA REYES ORTIZ
COORDINADORA DE INVESTIGACIÓN DEL PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................................. 9
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................ 11
3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................ 13
4. OBJETIVOS ........................................................................................................................................ 14
4.1 Objetivo general .......................................................................................................................... 14
4.2 Objetivos específicos ................................................................................................................... 14
5. MARCO DE REFERENCIA .............................................................................................................. 15
5.1 MARCO TEÓRICO .................................................................................................................... 16
5.1.1 ASFALTOS ......................................................................................................................... 16
5.1.2 TIPOS DE ASFALTOS ...................................................................................................... 16
5.1.2.1 Cementos asfalticos ......................................................................................................... 16
5.1.2.2 Asfaltos líquidos .............................................................................................................. 16
5.1.2.3 Asfaltos emulsificados .................................................................................................... 16
5.1.3 AGREGADOS PÉTREOS .................................................................................................. 17
5.1.3.1 Agregados naturales ........................................................................................................ 17
5.1.3.2 Agregados de triturados ................................................................................................... 17
5.1.3.3 Agregados artificiales ...................................................................................................... 17
5.1.4 CAPAS O CAPAS DE BASE ............................................................................................. 17
5.1.5 CAPA DE RODADURA .................................................................................................... 18
5.1.6 MEZCLAS ASFÁLTICAS ................................................................................................. 19
5.1.7 MEZCLAS DENSAS EN CALIENTE ............................................................................... 21
5.1.8 GRANULOMETRÍA .......................................................................................................... 22
5.1.9 FIBRA DE LLANTA RECICLADA .................................................................................. 22
5.1.10 RECICLAJE DE LAS LLANTAS ...................................................................................... 22
5.1.11 COMPOSICIÓN FÍSICA DE LAS LLANTAS .................................................................. 23
5.1.12 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS LLANTAS ............................................................. 24
5.1.13 MÉTODO POR VÍA HÚMEDA ......................................................................................... 25
5.1.14 MÉTODO POR VÍA SECA ................................................................................................ 25
5.1.15 MÉTODO MARSHALL: Según el instituto Nacional de Vías (INVIAS) ......................... 25
5.1.16 ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUJO .......................................................................... 26
5.1.16.1 Relación Estabilidad-flujo. .......................................................................................... 27
5.1.17 MÉTODO DE FULLER...................................................................................................... 27
5.1.18 GRANULOMETRÍA EN MEZCLAS DENSAS EN CALIENTE ..................................... 28
5.1.19 ÍNDICE DE ALARGAMIENTO Y APLANEAMIENTO ................................................. 28
5.1.20 ÍNDICE DE FORMA Y DE TEXTURA DE LAS PARTÍCULAS DE AGREGADO ...... 28
5.1.21 PESO ESPECÍFICO DE AGREGADOS GRUESOS ......................................................... 29
5.1.22 PESO ESPECÍFICO DE ARENAS ...................................................................................... 29
5.2 MARCO LEGAL ........................................................................................................................ 30
6. METODOLOGÍA ............................................................................................................................... 36
7. ANTECEDENTES .............................................................................................................................. 37
8. MÉTODOS .......................................................................................................................................... 40
8.1 POR VÍA SECA .......................................................................................................................... 40
8.2 POR VÍA HÚMEDA ................................................................................................................... 42
9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS ........................................................................................................ 44
9.1 VENTAJAS ................................................................................................................................. 44
9.2 DESVENTAJAS ......................................................................................................................... 44
10. RESULTADOS DE LA REVISIÓN REALIZADA ....................................................................... 45
10.1 MÉTODOS .................................................................................................................................. 45
10.1.1 ESPECIFICACIÓ TÉCNICA ............................................................................................. 45
10.2 EQUIPOS Y MATERIALES ...................................................................................................... 46
10.3 COSTOS ...................................................................................................................................... 47
10.4 BENEFICIOS .............................................................................................................................. 49
11. CONCLUSIONES........................................................................................................................... 52
12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................ 54
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Proceso para la obtención de pavimento con grano de caucho ....................................... 41
Figura 2. Proceso de adición polvo al asfalto por vía húmeda ....................................................... 43
Figura 3. Resultados de la revisión literaria realizada ................................................................... 51
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Composición física de las llantas .................................................................................................. 24
Tabla 2. Composición química de las llantas .............................................................................................. 24
Tabla 3. Intervalo de valores característicos recomendados para modificar el ligante con GCR ............... 46
Tabla 4. Cuadro Comparativo de materiales y equipos. .............................................................................. 46
Tabla 5. Beneficios de cada método ............................................................................................................ 50
1. INTRODUCCIÓN
Los diseños de mezclas asfálticas se realizan con el fin de obtener buenas propiedades en
la carpeta asfáltica, ya que de esto depende el desempeño de la capa de rodadura y su periodo de
servicio. En estos diseños se tiene en cuenta la selección de los agregados y granulometría a
emplear, así como el tipo y cantidad de asfalto dependiendo de ciertas características como el tipo
de vía, el clima del lugar, entre otros. Para un buen cemento asfaltico de muy buena calidad es
necesario que las propiedades de los materiales, el diseño, la producción, etc, sean los adecuados,
es por eso que cada día se busca la implementación de nuevos materiales en las mezclas
asfálticas, logrando cada vez realizar mezclas de mejor calidad.
Uno de los materiales usados en estas mezclas es el uso de grano de caucho reciclado, este
se ha venido implementando en distintos países desde hace unos años, esto con el fin de buscar
una solución a los impactos negativos para el medio ambiente como la quema indiscriminada a
cielo abierto de este desecho, generando emisiones de CO2 uno de los gases más tóxicos y
contaminantes del mundo. La implementación de este material a parte de reducir la
contaminación ambiental, mejora ciertas propiedades mecánicas (resistencia a la fatiga, mayor
fricción, resistencia al calor, etc.) de las mezclas asfálticas convencionales aumentando su vida
útil y reduciendo costos en mantenimiento a largo plazo de funcionamiento.
Para la integración de este material hasta el momento se conocen dos métodos que son el
método por vía húmeda y el método por vía seca. Por vía seca el caucho es adicionado como una
parte de los agregados y por vía húmeda es adicionado directamente al ligante, lo cual es
importante conocer estos métodos capaces de emplear eficazmente este material a las mezclas
asfálticas convencionales, ya que se ha demostrado mediante las investigaciones realizadas en los
últimos años que las mezclas asfálticas con caucho son más durables respecto a las mezclas
convencionales.
Este análisis sistemático de literatura se realiza con el fin de ver la viabilidad que hay en
la implementación de la fibra de llanta reciclada en mezclas asfálticas convencionales, de tal
manera que cumplan con las especificaciones técnicas de la normatividad vigente para el diseño
de mezclas asfálticas en caliente.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En los últimos años se ha presentado un aumento vertiginoso y desproporcionado en la venta
y compra de vehículos en el mundo debido a que el hombre busca la forma de poder movilizarse
de un lugar a otro. Este incremento nos lleva a que cada día se tenga un desperdicio mayor en
elementos no biodegradables como lo son las llantas usadas que al terminar su vida útil se
vuelven en una problemática que afectan el entorno social y ambiental.
El desecho de llantas genera un impacto ambiental que afecta nuestro entorno, ya que
actualmente no existen procesos adecuados para la manipulación de este desecho que son las
llantas. Debido a los materiales y elementos que se requieren para la creación de una llanta, en el
momento de terminar su vida útil este producto no es de fácil descomposición (puede tardar hasta
1000 años en descomponerse) para el medio ambiente y las formas que se usan para desecharlas
son de un inadecuado manejo y disposición. Con este problema se pueden observar distintos tipos
de afectación ambiental.
Una de las afectaciones qué más puede notar la sociedad es la contaminación visual que
genera este desecho en el ambiente, ya que este residuo se puede encontrar arrojados en
montículos en espacios públicos, dándole esto un mal aspecto al lugar. Algunos de los sitios en
los cuales podemos encontrar estos desechos son los corredores viales, andenes, parques entre
otros.
Al no contar con un lugar adecuado para el almacenamiento de las llantas, estas son arrojadas
en cualquier parte de la ciudad, permitiendo que en esos depósitos se encuentre aguas
almacenadas dentro de ellas, dando paso a la proliferación de distintas especies como: moscos,
zancudos, roedores, entre otros. La reproducción de cualquiera de estas especies animales causa
gran afectación al entorno humano debido a que estos son portadores de distintas enfermedades
perjudiciales para el hombre.
Otra de las prácticas inadecuadas para el desecho de llantas, es la realización de la quema de
estas a cielo abierto, ya que esta actividad provoca altas emisiones de gases como lo son el
monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), bióxido de azufre (SO2), entre otros los
cuales son gases prohibidos según el protocolo de Kioto. Estos aparte de ser dañinos para el
medio ambiente, son nocivos para la salud del ser humano.
Ya que esto es un problema que afecta a todo el mundo, varias organizaciones protectoras del
medio ambiente buscan la manera de darle solución a este conflicto y una de esas soluciones es el
uso de grano de caucho reciclado en mezclas asfálticas ya sea por vía húmeda o vía seca.
3. JUSTIFICACIÓN
A lo largo de los años la implementación de materiales desechables en mezclas asfálticas
se ha vuelto algo común, ya que se han venido incorporando modificaciones de las mezclas con
materiales como: el caucho, desechos plásticos, fibras, entre otros, buscando mejoras en las
mezclas y de paso ayudando a la mitigación que estos residuos generan en el ambiente. En este
caso se hará un enfoque a un material que se ha venido usando para la creación de mezclas
asfálticas.
La contaminación generada por el mal manejo de las llantas recicladas ha despertado la
necesidad de buscar una alternativa amigable con el medio ambiente para tratar esta
problemática. Una de las opciones que se ha venido trabajando desde hace unos años es la
adición de grano de caucho reciclado (GCR) en mezclas asfálticas, de esta manera se disminuye
la contaminación generada por este desecho y se ha demostrado que mejora ciertas propiedades
mecánicas de las mezclas convencionales.
Esto se realiza con el fin de conocer los métodos o procesos que existen actualmente
sobre la incorporación de la fibra de llanta reciclada a las mezclas asfálticas; además de mostrar
algunas de las ventajas y desventajas que hay en la implementación de estas mezclas, buscando
mejorar las propiedades y la reducción de costos en la construcción de mezclas asfálticas y de
paso darle un uso a este material no biodegradable, ya que la idea de incluir caucho en los
pavimentos, ayudara a reducir la contaminación causada por ellos en el ambiente.
.
4. OBJETIVOS
4.1 Objetivo general
Realizar un análisis sistemático de literatura referente a la viabilidad técnica de un diseño
de mezcla asfáltica con adición de fibra de llanta reciclada que cumpla con la normatividad
vigente.
4.2 Objetivos específicos
Analizar el método por vía húmeda y por vía seca y ver cuál es más viable para el diseño de
mezclas asfálticas con adición de fibra de llanta reciclada.
Identificar los beneficios que se obtienen al hacer uso de mezclas asfálticas con fibra de
llanta.
Reconocer las características que aporta la fibra de llanta en las mezclas convencionales.
5. MARCO DE REFERENCIA
Anualmente en Colombia se desechan 61 mil toneladas de neumáticos, de los cuales gran
parte terminan arrojados en vías, lugares deshabitados y ríos, al no existir una correcta
disposición de estas, genera uno de los más grandes problemas del medio ambiente y no solo en
Colombia sino también en todo el mundo. (Auto Crash, 2018)
Según los materiales con los cuales se elaboran las llantas (caucho, acero, fibras) se puede
presentar distintas alternativas en su aprovechamiento y disposición final contribuyendo a
minimizar el impacto ambiental que este desecho genera y de esta manera reutilizar estos
elementos como nuevas materias primas en diversas aplicaciones civiles e industriales como: la
fabricación de suelos elásticos prefabricados en forma de baldosas, canchas de tenis sintéticas, en
pavimentos, rompe olas, rellenos, entre otras, esto es gracias a la maleabilidad que ofrece el
caucho dando muchas posibilidades de reciclarlo y reutilizarlo.
La incorporación de las llantas en mezclas asfálticas se ha venido utilizando hace unas
décadas y ha tenido muy buena aceptación por parte de los distintos países que lo han
implementado, ya que este material brinda al pavimento una mejor elasticidad y mayor
resistencia a la fatiga; y de paso se ayuda a mejorar la problemática ambiental que generan las
llantas usadas y además en el 2012 el Instituto de Desarrollo Urbano informo que en las calles de
Bogotá se debían realizar la incorporación de este material. (Instituto de Desarrollo Urbano,
2012)
5.1 MARCO TEÓRICO
5.1.1 ASFALTOS
Los asfaltos son el resultado directo de la destilación del petróleo crudo, ya sea ésta
realizada natural o industrialmente. El asfalto natural se forma cuando el crudo sube a la
superficie terrestre a través de grietas. La acción del sol y del viento separa los aceites ligeros y
los gases, dejando un residuo negro y plástico, que es el asfalto natural. La mayor parte de los
asfaltos naturales están impregnados con un alto porcentaje de arcilla o de arena muy fina,
recogidas durante el viaje del crudo hacia la superficie terrestre. (Montejo Fonseca, 2008)
5.1.2 TIPOS DE ASFALTOS
A continuación se describirán los diversos tipos de ligantes asfalticos empleados en los
pavimentos bituminosos:
5.1.2.1 Cementos asfalticos
El cemento asfaltico es un producto bituminoso semi – solido a temperatura ambiente,
preparado a partir de hidrocarburos naturales mediante un proceso de destilación, el cual contiene
una proporción muy baja de productos volátiles, posee propiedades aglomerantes y esencialmente
soluble en tricloroetileno.
5.1.2.2 Asfaltos líquidos
Compuestos de una base asfáltica (cemento asfaltico) y un fluidificante volátil, en el cual
el agregado es solvente para disminuir la viscosidad del asfalto y de esta manera poderlo mezclar
con los agregados. (Diaz Claros & Castro Celis, 2017)
5.1.2.3 Asfaltos emulsificados
Es un compuesto bituminoso de aplicación en frío, color negro - café, elaborado con
materias primas de calidad controlada y utilizada para la impermeabilización de elementos donde
se necesite una barrera que actúe contra el agua y la humedad.
5.1.3 AGREGADOS PÉTREOS
Son materiales de un mineral duro e inerte, usado en forma de partículas gradadas o
fragmentos. Los agregados se usan tanto en las capas de base granular como para la elaboración
de mezclas asfálticas. Podemos encontrar dos tipos de agregados: naturales y procesados.1
5.1.3.1 Agregados naturales
Son aquellos que se utilizan solamente después de una modificación de su distribución
de tamaño para adaptarse a las exigencias según su disposición final.
5.1.3.2 Agregados de triturados
Son aquellos que se obtienen de la trituración de diferentes rocas de cantera o de
las granulometrías de rechazo de los agregados naturales. Se incluyen todos los
materiales canterables cuyas propiedades físicas sean adecuadas.
5.1.3.3 Agregados artificiales
Son los subproductos de procesos industriales, como ciertas escorias o
materiales procedentes de demoliciones, utilizables y reciclables.
5.1.4 CAPAS O CAPAS DE BASE
1 Asociación de Productores y Pavimentadores Asfálticos de Colombia. (2004). Cartilla del pavimento asfatico.
Bogotá (Colombia: Panamericana. https://es.slideshare.net/sairusheyla/cartilla-de-asfalto
Las capas en la estructura del pavimento flexible que se encuentran inmediatamente por
debajo de la capa de rodadura o de la capa de liga se denominan capas de base (excepto en las
repavimentaciones en las que se requiere una capa de nivelación para emparejar el pavimento
viejo). Las capas de base pueden ser mezclas asfálticas, bases estabilizadas con aditivos o bases
granulares. (Herrera Diaz, Nunpaque Barajas, & Oliverso Alvarez, 2015)
En este último caso, los requisitos básicos que debe cumplir una base granular son:
CBR superior a 80.
Límite líquido máximo 25,
índice de plasticidad inferior a 3, preferible N.P.
Caras fracturadas mínimo 50%.
Desgaste inferior a 50% (a veces 40%).
Gradación densa o abierta, dependiendo de las circunstancias. Generalmente se
siguen las curvas de Fuller cuando se busca máxima densidad.
5.1.5 CAPA DE RODADURA
La capa de rodadura es la capa superior del pavimento, es un tratamiento superficial no
muy espeso, ya que es menor a los 4 centímetros, conformado por una mezcla de agregados
pétreos y asfalto. Esta capa se puede producir en frio o en caliente y tiene como finalidad
proteger la superficie del pavimento de losa gentes externos que puedan causarle daño.
La capa de rodadura debe tener las siguientes características y cumplir las siguientes
funciones:
Proveer al tráfico una superficie tersa y silenciosa.
Ser resistente al desgaste del tráfico.
Ser altamente estable para resistir la formación de surcos, los desplazamientos u otras
deformaciones superficiales.
Tener un alto coeficiente de rozamiento para resistir el deslizamiento y suministrar
buena tracción.
Tener suficiente densidad para ser impermeable y así resistir la acción del clima.
5.1.6 MEZCLAS ASFÁLTICAS2
Es una combinación de cemento asfaltico y agregados pétreos en proporciones exactas y
previamente especificadas. Las proporciones relativas de estos materiales determinan las
propiedades y características de la mezcla. Las mezclas asfálticas se pueden fabricar en caliente o
en frio.
Características y propiedades consideras en las mezclas asfalticas:
- Estabilidad: es la capacidad para resistir la deformación bajo las cargas del tránsito. Un
pavimento inestable presenta ahuellamientos, corrugaciones y otras señas que indican
cambios en la mezcla.
- Durabilidad: es la capacidad de resistir la acción de los agentes climáticos y del tránsito,
que se observa en desintegración del agregado, cambios en las propiedades del asfalto y
separación de las películas de asfalto.
- Impermeabilidad: es la resistencia al paso de aire y agua hacia el interior del pavimento.
- Flexibilidad: es la capacidad del pavimento para acomodarse sin agrietamientos, a
movimientos y asentamientos graduales de la subrasante.
2 Asociación de Productores y Pavimentadores Asfálticos de Colombia. (2004). Cartilla del pavimento asfatico.
Bogotá (Colombia: Panamericana https://es.slideshare.net/sairusheyla/cartilla-de-asfalto
- Resistencia a la fatiga: es la resistencia a la flexión repetida bajo las cargas de tránsito.
Expresa la capacidad de la mezcla a deformarse sin fracturarse.
- Resistencia al deslizamiento: capacidad de proveer suficiente fricción para minimizar el
deslizamiento o resbalamaiento de las ruedas de los vehículos, particularmente cuando la
superficie esta mojada.
- Flujo: Es la deformación total que se produce en una muestra asfáltica, desde la carga
cero hasta la carga máxima, al ser ensayada mediante la prueba Marshall. El flujo
propiamente es medido en centésimas de pulgada. La deformación está indicada por la
disminución en el diámetro vertical de briqueta.
- Peso específico bulk: Este procedimiento sirve para determinar la gravedad específica
Bulk de especímenes compactados de mezclas bituminosas recubiertas de parafina, a
través de muestras que contengan espacios vacíos o interconectados o que absorban más
del 2% de agua por volumen. Esto se indica en la norma INV E – 736 o INV E – 799.
o Gravedad específica bulk: En una mezcla compactada es la relación entre la
masa (o peso en el aire) de un volumen de mezcla (teniendo en cuenta los vacíos
que quedan entre las partículas recubiertas con asfalto) y la masa de un volumen
igual de agua a una temperatura establecida. Su valor es adimensional.
o Densidad bulk: Es la masa por unidad de volumen a una determinada
temperatura. En el caso de una mezcla compactada es igual a la gravedad
específica Bulk multiplicada por la densidad del agua a la temperatura a la
que se determinó la gravedad específica Bulk, generalmente 25° C.
- Vacíos de aire: Son las bolsas de aire que se encuentran entre las partículas de
agregados cubiertos con asfalto, en una mezcla asfáltica compactada. El porcentaje
de vacíos se calcula a partir del peso específico total de cada probeta compactada y
del peso específico teórico de la mezcla de pavimentación (sin vacíos). Existen dos
tipos de vacíos en una mezcla. (Burgos Garcia , Hernández Hortua , & Rojas
Hernandez , 2015)
o Mezcla Asfáltica Densa: Es una
o mezcla asfáltica en la cual, una vez compactada, los vacíos con aire son
menores del 10%.
o Mezcla Asfáltica Abierta: Es una mezcla asfáltica en la cual los vacíos con aire
son del 10% o más, después de compactada.
- Vacíos en el agregado mineral: Los vacíos en el mineral (VAM) son los espacios de aire
que existen entre las partículas del agregado en una mezcla compactada de
pavimentación, incluyendo los espacios que están llenos de asfalto. Los vacíos en el
agregado mineral representan el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo de
asfalto (todo el asfalto menos la porción que se pierde, por absorción en el agregado)3.
5.1.7 MEZCLAS DENSAS EN CALIENTE
La mezcla asfáltica en caliente consiste en una combinación de agregados uniformemente
mezclados y recubiertos por cemento asfáltico. Para secar los agregados y obtener suficiente
fluidez del cemento asfáltico y adecuada trabajabilidad y mezclado, tanto el agregado como el
asfalto deben ser calentados antes del mezclado; de ahí el término “mezcla en caliente”. Las
mezclas asfálticas en caliente pueden ser producidas para un amplio rango de combinaciones de
3 MAILA, Manuel (2013). Comportamiento de una mezcla asfáltica modificada con polímero etileno vinil
acetato (EVA). Ecuador: Universidad central del Ecuador. https://core.ac.uk/download/pdf/71898835.pdf
agregados, cada uno con sus características particulares adecuadas al diseño específico y a sus
usos en la construcción.
5.1.8 GRANULOMETRÍA
Es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado, tal como se determina
por análisis de tamices. Es la medición de los granos de una formación sedimentaria y el cálculo
de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala
granulométrica.4
5.1.9 FIBRA DE LLANTA RECICLADA
Es el material obtenido de las llantas en desuso de los vehículos automotores, que por lo
general tiene un destino no muy controlado ambientalmente. Se obtiene mediante procesos de
molienda de llantas usadas, este material es usado en diferentes obras de ingeniería civil como en
rellenos de terraplén, materiales de contención, pisos de parques y como modificadores de
mezclas asfálticas.
5.1.10 RECICLAJE DE LAS LLANTAS
El reciclaje de las llantas desechadas es complejo debido a que es una materia difícil de separar
por los compuestos que tiene donde podemos encontrar caucho, lonas textiles y lonas metálicas.
Por eso existen distintos procesos para reciclar este material. (Canta Huarcaya & Vivas Jinas,
2018)
4EcuRed. https://www.ecured.cu/Granulometr%C3%ADa
- Regeneración: Este proceso consiste en separar las cadenas que conforman el material, la
cual se obtiene una materia que no varía mucho del original por lo que lo utilizan para
fabricar otros productos de caucho.
- Termólisis: Consiste en calentar el caucho de llanta reciclado en un lugar determinado sin
poner oxigeno lo cual sirve para destruir los enlaces químicos.
- Pirolisis: Este procedimiento complejo debido a la separación de los compuestos
carbonados.
- Incineración: Consiste en producir la combustión de neumáticos reciclados, lo que
genera un gasto enorme. Este proceso se utiliza para poder obtener energía atrás de la
combustión misma.
- Trituración criogénica: Este método es muy complejo de realizar debido que para
obtener el caucho de las llantas se requieren muchas maquinarias haciendo este trabajo
poco rentable.
- Trituración mecánica: En este proceso se obtienen productos de buena calidad, siendo el
más económico de los procesos ya que consiste en fragmentar en varias partes las llantas
separándolos por partes, por esta razón los productos finales se pueden utilizar para
generar otros o aplicarlos en distintos campos.
5.1.11 COMPOSICIÓN FÍSICA DE LAS LLANTAS
Para la fabricación de llantas se requiere de diferentes materiales que garanticen su
elasticidad, resistencia y durabilidad. En la tabla 1, se identifican los elementos con su respectiva
composición:
Tabla 1. Composición física de las llantas
MATERIAL
COMPOSICIÓN (%)
AUTOS CAMIONES
Caucho natural 14 27
Caucho sintético 27 14
Negro de humo (Carbono) 28 28
Acero 14-15 14-15
Otros Aditivos 16-17 16-17
Antioxidantes y rellenos 17 16
Fuente: Viabilidad técnica de un diseño de mezcla para la elaboración de asfaltos modificados
con llantas reciclables usando fibras de llanta en proporción de mezcla entre el 0 y 2.5%
5.1.12 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS LLANTAS
Las llantas para su fabricación requieren de materias primas y compuestos químicos de
múltiples orígenes como hidrocarburos, textiles, acero, azufre, pigmentos, entre otros. De esta
manera, el porcentaje de composición de elementos químicos de las llantas se encuentra en la
siguiente tabla.
Tabla 2. Composición química de las llantas
ELEMENTO O COMPUESTO PORCENTAJE (%)
Carbono Hidrogeno (H) 7
Azufre (S) 1,3
Cloro (Cl) 0,2- 0,3
Hierro (Fe) 15
Óxido de Zinc (ZnO) 2
Dióxido de Silicio (SiO2) 5
Cromo (Cr) 0.0097
Níquel (Ni) 0.0077
Plomo (Pb) 0.0060 – 0.76
Cadmio (Cd) 0.0005-0.001
Talio (TI) 0.00002 - 0.00003
Fuente: Viabilidad técnica de un diseño de mezcla para la elaboración de asfaltos modificados
con llantas reciclables usando fibras de llanta en proporción de mezcla entre el 0 y 2.5%
5.1.13 MÉTODO POR VÍA HÚMEDA
En el proceso húmedo el GCR es mezclado con el cemento asfaltico para producir una
mezcla modificada asfalto – caucho que es usada de la misma manera que un ligante modificado.
5.1.14 MÉTODO POR VÍA SECA
El proceso seco es cualquier método donde el GCR es adicionado directamente a la
mezcla asfáltica caliente, siendo usualmente mezclado antes de adicionar el cemento asfaltico.
Este proceso se lleva a cabo cuando se requiere usar el GCR como un agregado de la mezcla
asfáltica, por lo general, como un sustituto de una pequeña parte del agregado fino de la mezcla.
(Arias Alvarado , Florez Perez , & Rojas Carreño, 2014)
5.1.15 MÉTODO MARSHALL: Según el instituto Nacional de Vías (INVIAS)
El procedimiento consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de 101.6 mm (4") de
diámetro y 63.5 mm (2 ½”) de altura, preparadas como se describe en esta norma, rompiéndolas
posteriormente en la prensa Marshall y determinando su estabilidad y deformación. Si se desean
conocer los porcentajes de vacíos de las mezclas así fabricadas, se determinarán previamente las
gravedades específicas de los materiales empleados y de las probetas compactadas, antes del
ensayo de rotura, de acuerdo con las normas correspondientes.
El procedimiento se inicia con la preparación de probetas de ensayo, para lo cual los
materiales propuestos deben cumplir con las especificaciones de granulometría y demás, fijadas
para el proyecto. Además, se deberá determinar previamente la gravedad específica bulk de los
agregados, así como la gravedad específica del asfalto, y se deberá efectuar un análisis de
Densidad-Vacíos de las probetas compactadas.
Para determinar el contenido óptimo de asfalto para una gradación de agregados dada o
preparada, se deberá elaborar una serie de probetas con distintos porcentajes de asfalto, de tal
manera que al graficar los diferentes valores obtenidos después de ser ensayadas, permitan
determinar ese valor óptimo.5 Norma INV E 748-07
5.1.16 ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUJO
Se colocan las probetas en un baño de agua durante 30 o 40 minutos o en el horno durante
2 horas, manteniendo el baño o el horno a 60° ± 1° C (140° ± 1.8° F). Se limpian perfectamente
las barras guías y las superficies interiores de las mordazas de ensayo antes de la ejecución de
éste, y se lubrican las barras guías de tal manera que la mordaza superior se deslice libremente.
La temperatura de las mordazas se deberá mantener entre 21. Io C y 37.8° C (70° F a 100° F),
empleando un baño de agua cuando sea necesario.
Se retira una probeta del baño de agua u horno y se coloca centrada en la mordaza
inferior; se monta la mordaza superior con el medidor de deformación y el conjunto se sitúa
5INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, INVÍAS. Documentos Técnicos. Manual de diseño de pavimentos
asfalticos para vías con bajos volúmenes de tránsito. 2013.
centrado en la prensa. Se coloca el medidor de flujo en posición, se ajusta a cero, y se mantiene
su vastago firmemente contra la mordaza superior mientras se aplica la carga de ensayo.
Se aplica, a continuación, la carga sobre la probeta con la prensa a una rata de
deformación constante de 50.8 mm (2") por minuto, hasta que ocurra la falla, es decir cuando se
alcanza la máxima carga y luego disminuye, según se lea en el dial respectivo. Se anota el valor
máximo de carga registrado en la máquina de ensayo o, si es el caso, la lectura de deformación
del dial indicador, la cual se convierte a carga, multiplicándola por la constante del anillo. El
valor total en Newtons (kgf) que se necesite para producir la falla de la muestra se registrará
como su valor de Estabilidad Marshall.
Si el espesor de la probeta es diferente de 63.5 mm, el valor registrado de Estabilidad
Marshall deberá ser corregido, multiplicándolo por el factor que corresponda.
Se anota la lectura en el medidor de flujo en el instante de alcanzar la carga máxima. Este
será el valor del "flujo" para la probeta, expresado en mm, e indica la disminución de diámetro
que sufre la probeta entre la carga cero y el instante de la rotura. El procedimiento completo, a
partir de la sacada de la probeta del baño de agua, se deberá completar en un período no mayor de
30 segundos.6
5.1.16.1 Relación Estabilidad-flujo.
Esta prueba se realiza con el propósito de conocer los valores de cohesión, (estabilidad) y
fricción (flujo) de la mezcla asfáltica, mediante la aplicación de una carga a deformación.
5.1.17 MÉTODO DE FULLER
6 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, INVÍAS. Documentos Técnicos. Manual de diseño de pavimentos
asfalticos para vías con bajos volúmenes de tránsito. 2013.
Este método consiste en mezclar los áridos para que se ajusten, lo más posible, a una
curva granulométrica ideal denominada parábola ideal de fuller.
5.1.18 GRANULOMETRÍA EN MEZCLAS DENSAS EN CALIENTE
INVE-213. Artículo 450-02, mezcla densa en caliente. Artículo 453-02, mezcla drenante.
Este método de ensayo tiene por objeto determinar, cuantitativamente, los tamaños de las
partículas de agregados gruesos y finos de un material, por medio de tamices de abertura
cuadrada. Este método también se aplica usando tamices de laboratorio de abertura redonda, y no
se empleará para agregados recuperados de mezclas asfálticas. Mediante este ensayo se
determina la distribución de los tamaños de las partículas de una muestra seca del agregado, por
separación, a través de tamices dispuestos sucesivamente de mayor a menor abertura (Herrera
Diaz, Nunpaque Barajas, & Oliverso Alvarez, 2015)
5.1.19 ÍNDICE DE ALARGAMIENTO Y APLANEAMIENTO
Este procedimiento se sigue, para la determinación de los índices de aplanamiento y de
alargamiento, de los agregados que se van a emplear en la construcción de carreteras. Esta norma
se aplica a los agregados de origen natural o artificial, incluyendo los agregados ligeros. INV E
230.
5.1.20 ÍNDICE DE FORMA Y DE TEXTURA DE LAS PARTÍCULAS DE
AGREGADO
El método proporciona un valor índice para las características relativas de forma y textura
de las partículas del agregado. Este valor es una medida cuantitativa de aquellas características de
forma y de textura que pueden afectar el desempeño de mezclas para vías y pavimentos. El
método ha sido usado exitosamente para indicar los efectos de dichas características sobre la
compactación y la resistencia de las mezclas de suelo-agregado y de concreto asfáltico. INV E –
231.
5.1.21 PESO ESPECÍFICO DE AGREGADOS GRUESOS
Esta norma describe el procedimiento que debe seguirse para la determinación de los
pesos específicos aparente y nominal, así como la absorción, después de 24 horas de sumergidos
en agua, de los agregados con tamaño igual o mayor a 4,75 mm (tamiz 4). INV E – 223.
5.1.22 PESO ESPECÍFICO DE ARENAS
Esta norma describe el procedimiento que debe seguirse para la determinación del peso
específico aparente y real a 23/23°C (73,4/73,4 °F), así como la absorción después de 24 horas de
sumergidos en agua, de los agregados con tamaño inferior a 4,75 mm (tamiz 4). INV E – 222.
5.2 MARCO LEGAL
Norma INV E – 104 – 07 Procedimientos para la preparación de muestras de suelos
por cuarteo. Objeto. Mediante estos procedimientos, se pueden dividir las muestras de suelos
obtenidas en el campo, para poder obtener porciones que sean representativas y que tengan los
tamaños adecuados para los diferentes ensayos que se necesite desarrollar. Hay procedimientos
manuales y mecánicos; de acuerdo con el tamaño de la muestra de campo y de la muestra
requerida, se pueden aplicar los métodos que se describen.
Norma INV E – 122 – 07 Determinación en laboratorio del contenido de agua del
suelo, roca y mezclas de suelo agregado. Objeto. Este método cubre la determinación de
laboratorio de contenido de agua (humedad) de suelo, roca, y mezclas de suelo – agregado por
peso. Por simplicidad, de aquí en adelante, la palabra “material” se refiere a suelo, roca o mezclas
de suelo - agregado, lo que sea aplicable.
Norma INV E – 123 Análisis granulométrico de suelos por tamizado. Objeto. El
análisis granulométrico tiene por obejto la determinación cuantitativa de la distribución de
tamaños de partículas de suelo.
Norma INV E – 125 – 07 Determinación del límite líquido de los suelos. Objeto. El
límite líquido de un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado
en el horno, cuando éste se halla en el límite entre el estado líquido y el estado plástico.
Norma INV E – 126 – 07 Límite plástico e índice de plasticidad de suelos. Objeto. El
limite plástico de un suelo es el contenido más bajo de agua, determinado por este procedimiento,
en el cual el suelo permanece en estado plástico. El índice de plasticidad de un suelo es el tamaño
del intervalo de contenido de agua, expresado como un porcentaje de la masa seca de suelo,
dentro del cual el material está en un estado plástico. Este índice corresponde a la diferencia
numérica entre el límite líquido y el límite plástico del suelo.
Norma INV E - 213 – 07 Análisis granulométrico de agregados finos y gruesos.
Objeto. Este método de ensayo tiene por objeto determinar cuantitativamente la distribución de
los tamaños de las partículas de agregados gruesos y finos de un material, por medio de tamices
de abertura cuadrada progresivamente decreciente. Este método también se puede aplicar usando
mallas de laboratorios de abertura redonda, y no se empleará para agregados recuperados de
mezclas asfálticas.
Norma INV E – 218 Resistencia al desgaste de los agregados de tamaños menores de
37.5 mm (1 ½”) por medio de la máquina de Los Ángeles. Objeto. Este método se refiere al
procedimiento que se debe seguir para realizar el ensayo de desgaste de los agregados gruesos
hasta de 37.5 mm (1 ½”) por medio de la máquina de Los Ángeles. El método se emplea para
determinar la resistencia al desgaste de agregados naturales o triturados, empleando la citada
máquina con una carga abrasiva.
Norma INV E – 227 – 07 Porcentaje de caras fracturadas en los agregados. Objeto.
Esta norma describe el procedimiento para determinar el porcentaje, en masa o por conteo de una
muestra de agregado grueso compuesta por partículas fracturadas que cumplen con los requisitos
específicos.
Norma INV E – 702 Ductilidad de los materiales asfálticos. Objeto. Se describe el
procedimiento de la ductilidad de los materiales asfálticos, de consistencia sólida y semisólida. El
procedimiento consiste en someter una probeta de material asfáltico a un ensayo de tracción en
condiciones determinadas de velocidad y temperatura en un baño de agua de igualdad densidad,
definiéndose la ductilidad como la distancia máxima en cm que se estira la probeta hasta el
instante de la rotura.
Norma INV E – 704 Agua en los materiales asfálticos por destilación. Objeto. Esta
norma describe el procedimiento que se debe seguir para la determinación del contenido de agua
en los materiales asfálticos en general, como crudos de petróleo, alquitranes y productos
derivados de ambos materiales.
Norma INV E – 706 Penetración de los materiales asfálticos. Objeto. Esta norma
describe el procedimiento que se debe seguir para determinar la consistencia de los materiales
asfálticos, sólidos o semisólidos en los cuales el único o el principal componente es un asfalto.
Norma INV E – 707 Gravedad específica de materiales asfalticos sólidos y
semisólidos. Método del Picnometro Objeto. Esta norma describe los procedimientos que se
deben seguir para la determinación de la densidad y gravedad especifica de los materiales
asfálticos sólidos y semisólidos y de alquitranes blandos, mediante el empleo de un picnómetro.
Norma INV E – 721 Ensayo al horno de lámina asfáltica delgada. Objeto. Este método
se refiere a la determinación del efecto del calor y del aire sobre una película de materiales
asfálticos semisólidos. Los efectos de este procedimiento se determinan a partir de la medición de
ciertas propiedades seleccionadas del asfalto, antes y después del ensayo.
Norma INV E – 733 – 07 Gravedad especifica Bulk y densidad de mezclas asfálticas
compactadas no absorbentes empleando especímenes saturados y superficie seca. Objeto.
Este método se refiere a la determinación de la gravedad específica bulk y densidad de especímenes
de mezclas asfálticas compactadas.
Norma INV E – 736 – 07 Porcentaje de vacíos de aire en mezclas asfálticas
compactadas densas y abiertas. Objeto. Esta norma se refiere a la determinación del porcentaje de
vacíos de aire en mezclas asfálticas densas y abiertas compactadas.
Norma INV E – 744 Espesor o altura de especímenes compactados de mezcla
asfáltica. Objeto. Este método se refiere a la determinación del espesor (o la altura) de
especímenes compactados de mezclas asfálticas para pavimento.
Norma INV E – 748 – 07 Resistencia de mezclas asfálticas en caliente empleando el
aparato Marshall. Objeto. Esta norma describe el procedimiento que se debe seguir para la
determinación de la resistencia a la deformación plástica de especímenes cilíndricos de mezclas
asfálticas para pavimentación, empleando el aparato Marshall. El procedimiento se puede
emplear tanto para el proyecto de mezclas en el laboratorio como para el control en obra de las
mismas. El método es aplicable a mezclas elaboradas con cemento asfáltico y agregados pétreos
con tamaño máximo menor o igual a 25.4 mm (1").
Norma INV E – 749 Ensayo de tensión indirecta para determinar el módulo
resiliente de mezclas asfálticas. Objeto. Este método se refiere a los procedimientos para
preparar y ensayar núcleos fabricados en el laboratorio o recuperados de mezclas asfálticas
colocadas en el terreno, para determinar los valores del módulo resiliente, aplicando el ensayo de
tensión indirecta con carga repetida. El procedimiento descrito aplica variaciones de
temperaturas, cargas, frecuencia y duraciones de carga.
Norma INV E – 756 Resistencia a la deformación plástica de las mezclas asfálticas
mediante la pista de ensayo de laboratorio. Objeto. Esta norma describe el procedimiento que
se debe seguir para determinar la resistencia la deformación plástica de una mezcla asfáltica,
trátese de mezclas preparadas en el laboratorio o de testigos procedentes de pavimentos.
Norma INV E – 799 – 07 Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en
caliente. Objeto. Esta norma proporciona los procedimientos para llevar a cabo el análisis
volumétrico de especímenes de mezcla asfáltica en caliente (MAC).
Norma INV E 782 – 13 Análisis granulométrico de los agregados extraídos de la mezcla
asfáltica.
Capítulo 4. Pavimentos asfalticos, Art 413 – 13 Suministro de cemento asfáltico
modificado con grano de caucho reciclado. Se refiere al suministro de grano de caucho en el sitio
de elaboración de las mezclas asfálticas que se elaboren con dicho producto, de conformidad con lo
establecido en los artículos correspondientes de estas especificaciones
Capítulo 4. Pavimentos asfalticos, Art 467. Mezclas asfálticas en caliente con cemento
asfáltico modificado con grano de caucho reciclado (GCR). La presente especificación hace
referencia a las mezclas asfálticas en caliente en donde se haya efectuado la incorporación del grano
de caucho reciclado (GCR) como un agente modificador del asfalto. El GCR obtenido del proceso de
reencauchado de las llantas o de su troceado mediante acción mecánica, puede ser utilizado en las
mezclas asfálticas como un agente modificador del asfalto.
Art 450 – 07 Mezclas asfálticas en caliente. Es la especificación técnica para el diseño de
pavimentos asfálticos de INVIAS. Este artículo se refiere a las mezclas asfálticas en caliente de tipo
denso (MDC), semidenso (MSC), y grueso (MGC), diferenciadas por su granulometría de aplicación.
IDU 560 – 11 Especificación técnica: Mezclas asfálticas en caliente con asfaltos
modificados con caucho. Esta especificación hace referencia a la incorporación del grano de caucho
reciclado (GCR) en las mezclas asfálticas como un agente modificador del asfalto. El grano de
caucho reciclado, obtenido del proceso de reencauchado de las llantas o de su troceado mediante
acción mecánica, puede ser utilizado en las mezclas asfálticas como un agente modificador del
asfalto.
Resolución 1457 expedida el 29 de julio del 2010, articulo 3 del primer capítulo. Se
establecen sistemas de recolección selectiva y gestión ambiental de llantas usadas y se adoptan
otras disposiciones.
Resolución 1488 de 2003. Se establecen los requisitos, las condiciones y los límites
máximos permisibles de emisión, bajo los cuales se debe realizar la disposición final de llantas
usadas y nuevas con desviación de calidad, en hornos de producción de clinker de plantas
cementeras.
Resolución 1326 del 2017. Por la cual se establece los sistemas de recolección selectiva y
gestión ambiental de las llantas usadas y se dictan otras disposiciones.
6. METODOLOGÍA
Para el desarrollo de un trabajo o investigación, es necesario contar con un desarrollo
metódico bien organizado. La metodología implementada para este trabajo será la metodología
cuantitativa de tipo descriptivo en donde se acude a documentación pertinente del tema buscando
conocer la viabilidad que hay en el uso de mezclas asfálticas con adición de fibra de llanta
reciclada; esto se logra con la ayuda de estudios y trabajos ya realizados, en los cuales no se
piensa alterar ningún dato de estas guías. Este tipo de investigación se conoce como aquella que
se concreta exclusivamente en la recopilación de diversas fuentes de información e indagación
sobre el tema. (Palella Stracuzzi & Martins Pestana, 2012)
7. ANTECEDENTES
El uso del caucho en mezclas no es reciente, a mediados del siglo XlX en Inglaterra
aparecio la primera patente de un ligante modificado con caucho natural. Fue en tan solo los años
60 que Charles H. McDonald encontró una excelente forma de incorporar el grano de caucho
reciclado a las mezclas asfálticas y ha esta la nombro Asfalto – Caucho. (Martínez, 2016) El uso
de ligantes con llanta molida en mezclas asfálticas se empezó a generalizar en 1985, en Arizona y
California. (Gonzáles Vera , Parra Landinez , & Sandoval Herrera , 2017)
En el 2016, por la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, fue desarrollado un
modelo que permitió comparar el comportamiento de una mezclas asfáltica convencional con una
que tuviera grano de caucho reciclado, este fue aprobado en una vía de 160 m de longitud, que da
acceso al Parque Tecnológico Ambiental de La Sabana Tecniamsa en Mosquera (Cundinamarca).
La vía se dividió en siete tramos, tres de ellos con asfalto convencional y los otros cuatro con
adición de grano de caucho reciclado. (Patiño & Rodríguez Ramos, 2017)
En Ecuador el Ministerios de Transporte y Obras Públicas (MTOP) desarrolló algunas
pruebas preliminares tanto por vía seca como por vía húmeda en el año 2014 con sus respectivos
ensayos para determinar el desempeño de este tipo de mezcla modificada con polvo de caucho.
En el 2015 se construyó un tramo de prueba con caucho añadido por vía húmeda en dos carriles,
además se incluyó el polvo de caucho no solo en pruebas de mezclas asfálticas sino también en la
preparación de material para sello asfáltico que se utiliza en el sello de fisuras. Los resultados de
las pruebas no dieron los mejores resultados. (Ayala Cabrera & Heredia Miranda, 2019)
La ingeniera Ramirez Palma Nayade Irene desarrolló su tesis titulada “Estudio de la
utilización de caucho de neumáticos en mezclas asfálticas en caliente mediante proceso seco” en
la cual quería estudiar el comportamiento mecánico de las mezclas asfálticas a las que se les
añadió caucho como agregado fino; se llegó a la conclusión que la incorporación del caucho a las
mezclas asfálticas mejora las propiedades mecánicas, utilizándolo como modificador del ligante
(Vía húmeda) o como agregado (Vía seca). (Salazar Saldaña, 2019)
En el 2002 el Instituto de Desarrollo Urbano junto con la Universidad de los Andes
realizaron unas pruebas en donde se construyeron dos tramos de prueba de igual estructura con el
fin de comparar una mezcla asfáltica convencional vs una modificada con grano de caucho
reciclado, estos dos tramos fueron construidos en el carrusel de la fatiga donde se realizó un
completo seguimiento y auscultación del cual se obtuvieron datos sobre densidad de fisuración,
perfiles transversales, deflexiones estáticas, deformaciones permanentes y medición de
temperatura. (Instituto de desarrollo urbano & Universidad de Los Andes, 2002) Y en el 2005 el
estudio se llevó a tramos de prueba con cargas reales y expuestas a la influencia climática de
cualquier pavimento en servicio en la ciudad de Bogotá. El corredor vial escogido fue de 300 m
de longitud en este estudio fueron colocadas 5 tipos de mezclas con ligantes diferentes pero de
igual granulometría. Entre esas mezclas 2 eran con de fibra de llanta y una de ellas tuvo muy
buenos resultados. (Instituto de desarrollo urbano & Universidad de Los Andes , 2005)
En el corredor Girardot – Ibague – Cajamarca, realizada por el concesionario San Rafael,
en donde se aplicó la mezclas asfáltica en 600 metros de la variante Picaleña. En el Viaducto el
gran Manglar se utilizó el asfalto con caucho reciclado para minimizar el ruido en la zona de
anidación de aves y otra obra fue el proyecto de transformación del aeropuerto de Barranquilla
Ernesto Cortissoz. (Lubo Gómez & Martínez Giraldo, 2019)
En Bucaramanga se llevó a cabo un estudio sobre “Modificación de un asfalto con caucho
reciclado de llanta para su aplicación en pavimentos” en el año 2005, en la Universidad Industrial
de Santander, facultad de Ingeniería Fisicoquímica, el cual tenía como objetivo principal el
aprovechamiento de los residuos sólidos que representan las llantas usadas, con el fin de ofrecer
una alternativa de solución a los problemas que afectan al asfalto y consecuentemente a las
carpetas asfálticas, y la contaminación producido por dichos residuos, situación que aún no ha
sido resuelta a nivel nacional y que continua afectando la estabilidad ambiental. (Gomez Flores,
Morales Niño, & Herrera Gutierrez, 2016)
8. MÉTODOS
La incorporación del grano de caucho reciclado (GCR) en las mezclas asfálticas ha tenido
muy buena aceptación desde hace algún tiempo debido al buen desempeño que se ha presentado
en los pavimentos asfalticos. Para la incorporación de este material es posible a través de dos
métodos: vía seca y vía húmeda.
8.1 POR VÍA SECA
En este proceso el caucho se mezcla directamente con los agregados antes de ser
incorporado el cemento asfaltico, el caucho es usado como una porción del agregado fino (por lo
general es sustituido por una pequeña parte del agregado lo cual varía entre el uno y tres por
ciento), es decir se convierte en una mezcla mejorada con caucho, (Instituto de desarrollo urbano
& Universidad de Los Andes, 2002). El caucho se mezcla con los agregados a una temperatura
dentro de 155°C – 170°C; también se requiere un tiempo de mezclado mayor a la convencional.
La mezcla debe estar almacenada por el tiempo suficiente para completar la digestión,
esto se determina en el laboratorio ya que depende del tipo de muestra y de los materiales. En el
momento de la aplicación no se recomienda trabajar con temperaturas menores a los 120°C, pues
la alta viscosidad hace más difícil el manejo de la mezcla, y así mismo, se recomienda colocarlo
cuando la temperatura del ambiente sea menor a 10°C. (Rodríguez Castro, 2016). En la
ilustración se muestra el diagrama de flujo del proceso.
Figura 1. Proceso para la obtención de pavimento con grano de caucho
Fuente: Guia para el manejo de llantas usadas, 2006
Las dos tecnologías más usadas en Estados Unidos para el uso del grano de llanta
reciclada por vía seca es: Plus Ride y Genérica o tecnología genérica o sistema TACK, otra
tecnología muy popular en España es la convencional y es actualmente usada en muchos países.
(Instituto de desarrollo urbano & Universidad de Los Andes, 2002). La tecnología Plus Ride fue
originalmente desarrollado en Suecia a finales del año 1960 y fue registrada en Estados Unidos
con el nombre de Plus Ride por la firma EnviroTire, por medio de esta tecnología el GCR se
agrega en tamaños entre 1 a 3 por ciento del peso total de los agregados. La tecnología genérica
fue desarrollada en el año 1980 y se utiliza para mezclas asfálticas densas en caliente, en este
caso el caucho se adiciona como material fino, al utilizar esta tecnología el caucho no puede
superar el 2% del peso total de la mezcla. (Rodríguez Castro, 2016)
Otro método implementado es el convencional que fue desarrollado en España en donde
se emplean granulometrías convencionales que no implica el consumo elevado del cemento
asfáltico, pero se agrega menos cantidad del GCR más o menos un 2% del peso total de los
agregados. (Instituto de desarrollo urbano & Universidad de Los Andes, 2002)
Este proceso es usado para mezclas asfálticas en caliente con granulometrías densas,
abiertas o discontinuas. No puede ser usado en otro tipo de procesos como mezclas en frio,
sellantes o tratamientos superficiales ya que el ligante no se modifica. (Instituto de desarrollo
urbano & Universidad de Los Andes, 2002)
8.2 POR VÍA HÚMEDA
En este método el grano de caucho reciclado actúa como modificador del cemento
asfaltico conocido como asfalto – caucho, el cual se usa como un ligante modificado y resulta de
la integración del GCR con el ligante. (Ayala Cabrera & Heredia Miranda, 2019). En el proceso
de la integración del cemento asfaltico con el grano de caucho, este reacciona hinchándose y
ablandándose por la absorción de aceites aromáticos, estos componentes le dan al asfalto una
consistencia para que sea trabajable notándose un aumento de viscosidad, ya que este proceso no
es una reacción tipo química. (Martínez, 2016). En la ilustración 2 se muestra el proceso de
obtención de esta mezcla.
Figura 2. Proceso de adición polvo al asfalto por vía húmeda
Fuente: Guía para el manejo de llantas usadas, 2006
Las aplicaciones se puede usar como: ligante en la reparación de grietas y sello de juntas,
tratamientos superficiales, membranas retardantes de fisuras y en la elaboración de mezclas
asfálticas en caliente. (Instituto de desarrollo urbano & Universidad de Los Andes, 2002)
Tanto por vía húmeda como seca, el caucho bien dosificado en las mezclas asfálticas
mejora la resistencia al fisuramiento por fatiga y evita el ahuellamiento del pavimento a altas
temperaturas, aumentando la vida útil del mismo y disminuyendo los costos de mantenimiento.
Por otro lado mejora el agarre de los neumáticos de los vehículos al pavimento, reduce el
envejecimiento por oxidación del ligante, ayuda a la preservación del medio ambiente, y a
disminuir el ruido generado por el tráfico al contacto con el pavimento. (Castro, Fuentes , &
Martínez Arguelles, 2016)
9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
El uso de la fibra de llanta reciclada en las mezclas asfálticas se conoce que genera ciertos
beneficios en las mezclas convencionales y en el medio ambiente, pero también tiene ciertas
desventajas, en los siguientes ítems se mostrara las ventajas y desventajas de implementar la fibra
de llanta reciclada en mezclas asfálticas.
9.1 VENTAJAS
Son más durables a comparación de las convencionales y más económicas a largo
plazo, ya que se disminuyen los futuros mantenimientos en el periodo de servicio.
Mejora el agarre de los neumáticos del vehículo al pavimento y disminuye el ruido
generado por el tráfico.
Mejora la resistencia al fisuramiento por fatiga y evita el ahuellamiento del pavimento
a altas temperaturas.
Reduce el envejecimiento por oxidación al ligante.
Contribuye a la disminución del impacto ambiental generada por el desecho de llantas.
9.2 DESVENTAJAS
Altos costos en la fabricación de este tipo de mezclas que superan el valor de las
mezclas convencionales.
Para el proceso por vía húmeda se requiere la modificación de las plantas y equipos
para la producción de esta mezcla por este método.
Se requiere un mayor tiempo de compactación en la obra.
10. RESULTADOS DE LA REVISIÓN REALIZADA
Se conoce que en los últimos años la alta demanda automotora que hay genera la
necesidad de fabricar constantemente neumáticos, esto genera problemas medioambientales muy
graves en el mundo ya que al acabarse su vida útil no es fácil deshacerse de ellos de forma
limpia. Es por eso que en los últimos años varias entidades Nacionales e Internacionales han
experimentado con agregados de caucho reciclado en el asfalto, con el fin de mejorar sus
principales propiedades y en las cuales se ha obtenido éxito. (Lubo Gómez & Martínez Giraldo,
2019)
10.1 MÉTODOS
Los dos métodos que por el momento se conocen para la incorporación de este material es
el método por vía húmeda y por vía seca, por ambos métodos se logran mejorar las propiedades
mecánicas de las mezclas asfálticas, pero aun así en los distintos estudios que se han realizado
comparando ambos métodos se opta más por la vía húmeda ya que se obtiene mejores resultados
comparados con los resultados del método por vía seca.
10.1.1 ESPECIFICACIÓ TÉCNICA
Actualmente la única especificación técnica que se conoce es la 560 – 11, especificación
realizada por el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), la cual nos da una pequeña base para poder
desarrollar estas mezclas aunque únicamente la especificación esta para realizar mezclas por la
vía húmeda, esta norma se llama “Mezclas asfálticas en caliente con asfaltos modificados con
caucho por vía húmeda”, en este se encuentra las especificaciones que debe tener normalmente
los agregados, los equipos necesarios para poder desarrollar esta mezcla y los cuidados que se
debe tener para aplicarla. En la tabla 4 se puede observar los intervalos recomendados por el
(Instituto de Desarrollo Urbano , 2020)
Tabla 3. Intervalo de valores característicos recomendados para modificar el ligante con GCR
VARIABLE MÍNIMO MÁXIMO
Porcentaje de GCR sobre el
peso del ligante.
10 20
Tiempo de reacción, min 55 75
Velocidad de agitación, rpm 100 750
Temperatura de mezclado 155 170
Fuente: Sección 560 – 11. Especificación técnica: Mezclas asfálticas en caliente con asfaltos
modificados con caucho por vía húmeda.
10.2 EQUIPOS Y MATERIALES
Los materiales y equipos utilizado en la ejecución de las mezclas asfálticas
convencionales Vs las mezclas asfálticas con caucho (se compararon los dos métodos también),
se asemejan en los materiales y equipos que se requieren para realizar las mezclas como se
muestra en el siguiente cuadro, en donde se realizó las comparaciones que hay en una mezcla
convencional vs una mezcla con caucho por vía seca vs una mezcla con caucho por vía húmeda.
Tabla 4. Cuadro Comparativo de materiales y equipos.
Mezcla Asfáltica
Convencional
Mezcla Asfáltica con Caucho
Vía Seca Vía Húmeda
MATERIALES
Agregado grueso Agregado grueso Agregado grueso
Agregado fino Agregado fino Agregado fino
Asfalto Asfalto Asfalto
Fibra de llanta Fibra de llanta
EQUIPOS
Planta de asfalto Planta de asfalto
Planta de asfalto modificada con
tuberías y bombas para trabajar con
este tipo de mezclas
Equipo para el
procesamiento de
agregados
Equipo para el
procesamiento de
agregados
Equipo para el procesamiento de
agregados
Equipo de
transporte
Equipo de
transporte Equipo de transporte
Equipo para la
extensión de la
mezcla
Equipo para la
extensión de la
mezcla
Equipo para la extensión de la
mezcla
Equipo de
compactación
Equipo de
compactación Equipo de compactación
Tolva para el GCR.
Un tanque de reacción capaz de
calentar y sostener la temperatura
requerida del cemento asfáltico para
la reacción del GCR.
Un tanque de almacenamiento capaz
de mantener la mezcla asfalto-
caucho en agitación constante y a la
temperatura de almacenamiento
establecida
Fuente: Elaboración Propia
Como se mencionada anteriormente sus equipos y materiales son algo semejantes, se
puede observar que por el método húmedo se requiere más de unos equipos especiales para
realizar la mezcla por este método; este cuadro se realizó con ayuda de especificaciones técnicas
realizadas por el IDU, se tomó información de la Sección 510 – 11 y la sección 560 – 11.
10.3 COSTOS
Una de las ventajas de implementar mezclas asfálticas con fibra de llanta reciclada es que
a largo plazo se consideran más económicas que las convencionales, pero en el momento de
realizarlas sucede lo contrario. Según (Ruiz Galeano & Rodriguez Medina , 2016) se plantea una
serie de factores que elevan los costos en estas mezclas:
- La obtención de la materia prima, proviene de las llantas en desuso, que se compran a
recicladores, servitecas y demás empresas que vendan llantas.
- La obtención del grano de caucho se obtiene a través de procesos industriales en
donde se realiza la separación de los componentes que constituyen a una llanta como
lo es el acero y las fibras. Estos procesos generan un costo adicional a la hora de
comprar el material ya que para quienes lo transformas se les genera gastos
energéticos, gastos en mano de obra y gastos en recolección y transporte de ellos.
- La falta de competitividad del producto, ya que no se cuenta con muchas trituradoras
de llantas.
- Transporte de la mezcla, debido a que, si es por vía húmeda la mezcla debe de estar
en agitación para evitar que se separen los materiales.
Según el estudio realizado por el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), en el 2005, los costos se
incrementan por lo siguiente:
- Cantidad adicionada de GCR, tamaño pasa por el tamiz 30.
- Incremento en la cantidad de asfalto requerido.
- Mayores tiempos de compactación en obra.
- Labores de premezclado del GCR y los agregados finos; este costo se tiene en cuenta
cuando en la planta no se cuenta con un equipo especial que mezcle homogéneamente
y suministre las cantidades adecuadas de agregado fino y caucho.
10.4 BENEFICIOS
La adición de fibra de llanta reciclada contribuye a la reducción del daño ambiental que
generan las llantas. En un estudio realizado en Chile (Calahorra Jimenez, Gimenez, Herrera, &
Martinez , 2016) se obtuvieron los siguientes resultados: al utilizar caucho existe una reducción
de emisiones de co2, equivalente, reducción de 3 a 4 decibeles en el nivel sonoro de la rodadura y
una reducción del 41.69% de los costos de mantenimiento del pavimentos.
Según (Herrera Diaz, Nunpaque Barajas, & Oliverso Alvarez, 2015) para 1m3
de mezcla
asfáltica con fibra de llanta se utiliza aproximadamente 40.7 Kg de GCR y una llanta tiene un
peso promedio de 9 Kg, es decir que, para 1m3 se estarían implementando 4 llantas.. Según el
Instituto de Desarrollo Urbano, empleo una norma en la que es obligatorio utilizar fibra de llanta
en mezclas asfálticas. Esto permitirá que se le de uso a las 61 mil toneladas de neumáticos que
son desechados al año en Colombia.
Y los beneficios que genera el GCR como tal en la mezcla asfáltica es que mejora la
susceptibilidad a la temperatura del asfalto, ya que es un material visco elástico, el cual presenta
cambios continuos en sus características según el rango de temperaturas de operación: en bajas
temperaturas es rígido y en altas es fluido. (Lubo Gómez & Martínez Giraldo, 2019)
Según (Ruiz Galeano & Rodriguez Medina , 2016) concluyo algunas cosas de los
beneficios que se obtienen de los método de adición de GCR, los cuales se muestran en la
siguiente tabla.
Tabla 5. Beneficios de cada método
Vía Seca Vía Húmeda
Mayor resistencia a la fatiga La resistencia al envejecimiento
Mejor adherencia neumático – pavimento El comportamiento elástico aportando
flexibilidad
Menor reflejo de luz La susceptibilidad térmica
Disminuye el ruido contacto neumático –
pavimento La durabilidad ante agentes agresores
No se requieren grandes cambios en la planta Resistencia a la fatiga
Fuente: Elaboración propia.
Figura 3. Resultados de la revisión literaria realizada
Fuente: Elaboración propia
11. CONCLUSIONES
Para la implementación de las mezclas asfálticas con fibra de llantas se han realizado
múltiples estudios a nivel Nacional e Internacional, buscando la manera de poder implementarlas
en todo el mundo y así lograr combatir la contaminación ambiental causado por este desecho.
Estas investigaciones han dado respuestas positivas, ya que se ha demostrado que mejora ciertas
características en las mezclas asfálticas convencionales.
El uso de la fibra de llanta reciclada es utilizada para mejorar las propiedades mecánicas
de las mezclas asfálticas ya sea por vía seca (agregado) o por vía húmeda (modificador del
ligante), en ambos casos el coste de fabricación de estas mezclas es un poco más elevado que el
coste de fabricación de las mezclas convencionales. Entre los dos métodos, el más económico es
el método por vía seca ya que este tiene un proceso de mezclado muy similar al convencional y
no requiere modificaciones en los equipos o plantas de mezclado, a comparación del proceso por
vía húmeda.
Según algunos estudios el método por vía seca no dio los resultados que se esperaba, ya
que las mezclas realizadas por este proceso presentaban baja adherencia y poca resistencia en los
ensayos desempeñados y recomiendan profundizar en el tema de la granulometría. Por otro se
tiene el método por vía húmeda el cual presento mejor resistencia a la fatiga y al ahuellamiento.
Según los diferentes estudios que se han realizado se observa con mejor viabilidad el método por
vía húmeda ya que este cuenta con una especificación técnica para poder realizar mezclas
asfálticas modificadas con caucho.
La implementación de la fibra de llanta en las mezclas asfálticas ha presentado múltiples
beneficios, el más importante de estos es que gracias al uso de estas mezclas se logra disminuir
los impactos negativos causados por la llantas al medio ambiente como, la proliferación de
insectos, la quema indiscriminada de llantas, entre otros. Y como tal los beneficios de la mezcla
son que a largo plazo son más económicas y mejora sus propiedades mecánicas mejorando su
periodo de diseño.
Como lo hemos venido mencionando en el desarrollo de este trabajo el uso de la fibra de
llanta mejora ciertas características de las mezclas asfálticas convencionales, entre las cuales
podemos mencionar: el caucho modifica la reología del asfalto, de tal manera que aumenta su
elasticidad y resiliencia a temperaturas elevadas y disminuye la susceptibilidad térmica, son más
resistentes a la fatiga y el ahuellamiento, mejora el agarre neumático – asfalto y disminuye el
ruido.
12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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