INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA

 

Utilización de caucho de neumáticos reciclados
en mezclas asfálticas para pavimento

 

 

Ing. Efraín Pérez Chavarría
Ingeniero Civil, Docente - Investigador de la Carrera de Ingeniería Civil de la Facultad de Ciencias Exáctas y Tecnología de la U.A.G.R.M.

 

 

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ANTECEDENTES

En la ciudad de Santa Cruz de la Sierra, de acuerdo a datos obtenidos*, alrededor de 3 a 4 mil de unidades de llantas de vehículos por semana se encuentran fuera de uso, las mismas son llevadas al vertedero de residuos sólidos "Normandía". Este enorme volumen de productos utilizados no son biodegradables, además por la forma geométrica estos elementos son reservorios adecuados para la generación de la contaminación biológica, causando preocupación en las autoridades y población en general.

 

ALGUNAS IMÁGENES QUE ILUSTRAN LA CONTAMINACIÓN

 

OBJETIVOS

Establecer recomendaciones sobre el empleo de los materiales obtenidos en la trituración fina del caucho procedente de neumáticos fuera de uso en la fabricación de mezclas bituminosas en caliente para pavimentación de vías vehiculares o peatonales.

 

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar en laboratorio valores comparativos de los materiales sin y con mezcla de residuo de neumáticos reciclados y evaluar el comportamiento de estas mezclas.

 

MATERIALES Y SUS PROPIEDADES

Asfalto: Es un material ligante sólido y semi-solido, de color entre negro y marrón oscuro, que generalmente se funde al calentarlo, en el cual los constituyentes que predominan son betunes, es obtenido por destilación del petróleo o bien combinaciones de los betunes mencionados, entre ellos con petróleos o derivados del mismo, se trata de un ligante poderoso, rápidamente adhesivo, muy permeable y durable. Es una sustancia plástica e imparte flexibilidad, controlable a las mezclas de los agregados con las cuales se combina usualmente.

Betunes: Son mezclas de hidrocarburos naturales o pirogenados, o combinación de ambos, que pueden ser gaseosos, líquidos, semi-solidos o sólidos, y que son completamente solubles en bisulfuro de carbono (CS₂).

Cemento asfáltico: Es un asfalto refinado o una combinación de asfalto refinado y fluxante de consistencia adecuada para fines viales, su penetración normal oscila entre 40 y 300mm/seg.

Neumáticos: Los neumáticos se pueden clasificar en radiales y diagonales según la estructura de la carcasa. Los mismos centran un gran porcentaje de la industria del caucho constituyendo el 60 % de la producción anual del mismo. Los elastómeros o cauchos son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden variar según sea el tipo de esfuerzo al que son sometidos, volviendo a su forma cuando el esfuerzo se retira. El caucho natural se extrae a partir del árbol Hevea Brasiliensis que es un látex con partículas de caucho en suspensión. Después de un proceso de secado y de ahumado se utilizan diferentes productos. Hoy en día alcanza el 30% del mercado de los cauchos, el resto lo ocupan los cauchos sintéticos.

Los tipos de caucho más empleados en la fabricación de los neumáticos son:

• Caucho Natural (NR)

• Estireno -Butano (SBR)

• Poli butadienos (BR)

• Polisoprenos (IR)

La combinación se realiza de modo que los cauchos naturales proporcionen elasticidad y la sintética estabilidad térmica. Esta combinación de efectos favorece la durabilidad y la capacidad de adaptarse a las nuevas exigencias del tránsito.

Vulcanización: El proceso de vulcanización a que se someten los neumáticos es un entrelazamiento de cadenas de polímeros con moléculas de azufre a alta presión y temperatura.

En el proceso de vulcanización, el caucho un material termoplástico pasa a ser un elastómerico. Las posibilidades de deformación son muy diferentes, como se muestra en la figura 3.

Fuente: Centro de investigaciones Viales LEMaC, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Argentina; Adrián Cuattrocchio, Gerado Botasso, Óscar Rebollo, Cecilia Soengas.

Los niveles de molienda del caucho se puede clasificar en:

Nivel de trituración previa

Se realiza un triturado previo con trituradoras de 2 o más ejes, con cuchillas que giran entre 15 a 20 rpm. El tamaño de producción puede no ser estable, pero eso no tiene gran importancia en esta etapa porque se considera la trituración macro.

Nivel de trituración final

Existen dos métodos en los que se requiere que previamente haya sido retirado el componente metálico.

• A temperatura ambiente: Con molinos clásicos y por cilindros se separa la parte textil.

• Criogénesis: Se realizan entre -60°C y -70°C dando un producto más a fin y de mejor finura de hasta valores que pasan un 100% la malla N°100 de ASTM.

Dentro de las alternativas razonables para su reutilización, una de las que se considera más apropiada, corresponde a la trituración del neumático, separación selectiva de sus componentes, molido e incorporación del caucho en las mezclas bituminosas en caliente, para mejorar las propiedades reológicas de la mezcla asfáltica. Por sus características de constitución, se hará una diferencia entre los polímeros que habitualmente se utilizan en la modificación de betunes y el polvo de neumáticos.

Los tamaños de trituración pueden ser de diferentes tamaños, como se puede observar en la figura siguiente:

 

ALTERNATIVAS DE INCORPORACION DE CAUCHO RECICLADO

La incorporación de polvo de caucho a una mezcla bituminosa modifica sus propiedades reológicas y mejora sus prestaciones como material para carreteras. Esta incorporación se puede hacer de dos alternativas:

Vía húmeda

Es la técnica que consiste en la mezcla previa del polvo de caucho con el betún para su posterior empleo como ligante en la mezcla bituminosa. El betún que ha estado modificado o mejorado con polvo de neumático es conocido como betún-caucho, y es el resultado de la interacción de los dos materiales.

Vía seca

Es la técnica que consiste en la incorporación del polvo de caucho procedente de neumáticos fuera de uso NFU, directamente en la amasadora de la planta de fabricación de la mezcla bituminosa, como si de un árido mineral se tratara, pero las partículas más finas interaccionan con el betún modificando sus propiedades, consiguiendo mejorar el comportamiento de la mezcla bituminosa. Este proceso se utiliza cuando se quiere utilizar polvo de neumático como sustituto de una pequeña parte del árido fino.

A diferencia del proceso de vía húmeda, este no requiere ningún equipo especial; solamente necesita de un sistema de alimentación (silo) que proporcione la cantidad deseada de polvo y que se incorpore en el momento en que los áridos lleguen a una cierta temperatura y antes de añadir el betún.

En los procedimientos por vía seca el polvo de caucho se introduce directamente en el mezclador de la central de fabricación de mezclas bituminosas como si fuese un árido más.

 

UTILIZACION - VÍA SECA

Ventajas:

• Tecnología accesible a las empresas fabricantes de mezclas bituminosas y no sólo a las que fabrican betunes modificados.

• Trabajar directamente con el polvo de caucho de la zona sin costes de traslados adicionales.

• Proceso que puede consumir gran cantidad de neumáticos.

• Se obtienen mezclas bituminosas más baratas, además de aprovechar un residuo (ventaja medioambiental).

Inconvenientes:

• Necesita procesos específicos de fabricación y condiciones controladas de ejecución (temperatura, extendido, compactación).

• Se precisan empresas adiestradas y con control de calidad riguroso.

• No se garantiza la homogonidad de la mezcla.

• Aumento de costes (polvo de caucho, incremento de la dotación de betún, equipos adicionales, incremento de la temperatura de fabricación) en comparación a las mezclas convencionales, pero hay que compararlos con los beneficios obtenidos.

 

UTILIZACION - VÍA HUMEDA

Ventajas:

• Se puede suministrar a los productores de mezclas asfálticas como si se tratara de betunes modificados con polímeros.

• Existencia de economía escala, ya que una sola central suministra varias plantas asfálticas.

• Posibilidad de someterlo a control de calidad. Estables al almacenamiento y transporte.

• Mejora las características de las mezclas de forma económica y medioambiental.

Inconvenientes:

• Requiere inversiones de equipos adicionales.

• Aumento de costes (polvo de caucho, incremento de la dotación de betún, equipos adicionales, incremento de la temperatura de fabricación) en comparación a las mezclas convencionales, pero hay que compararlos con los beneficios obtenidos.

• Las altas temperaturas empleadas en algunos procesos, puede aumentar las emisiones durante la fabricación. Hay estudios en USA, que demuestran estar dentro de los límites autorizados.

 

SECUENCIA DEL TRABAJO REALIZADO

 

VALORES COMPARATIVOS

 

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS - METODO MARSHALL

 

CONCLUSIONES

Debido af alta de medios tecnológicos para la obtención de caucho triturado con granulometría muy fina, las mezclas para las pruebas en laboratorio se utilizaron caucho triturado con una granulometría de fácil obtención como es el pasante por la malla N°30, este producto se obtuvo de las empresas recauchutadoras de neumáticos locales, para las mezclas se utilizaron diferentes porcentajes de caucho reciclado triturado como ser: 10%; 14% y 17% con estas dosificaciones se hicieron pruebas en el laboratorio y además se realizó las pruebas del cemento asfaltico sin adición de caucho reciclado con penetración 60/70 de procedencia brasilera.

Los resultados obtenidos del cemento asfaltico sin mezcla sirvió como parámetro de referencia para determinar el comportamiento de las mezclas asfálticas con diferentes dosificaciones, sobre la base de estas pruebas se pudo determinar que el mejor resultado se obtuvo con la dosificación del 10% de adición de partículas de caucho reciclado.

Los resultados de los diferentes ensayos de laboratorio están contenidos en las planillas de ensayos, sin embargo el resultado de los ensayos con la adición del 10% del caucho reciclado se indica en el cuadro siguiente:

Criterios de Diseño de Mezcla Marshall

 

RECOMENDACIONES

Sobre la base de los resultados obtenidos se puede indicar que la utilización del caucho reciclado es adecuado su uso en las mezclas con una dosificación adecuada como es en este caso el 10% utilizando partículas de caucho reciclado pasante por la malla N°30, este tipo de partículas es relativamente fácil de obtener en nuestro medio.

Con la utilización de la dosificación óptima se pueden utilizar como material de pavimentación en carreteras de alto tráfico, mediano y liviano, además el caucho reciclado se puede utilizar para diferentes tipos de usos como ser:

• Defensa de muelles o embarcaciones.

• Barreras sonoras.

• Elemento de seguridad vial.

Los trozos o tiras de caucho reciclado

• Rellenos ligeros

• Drenaje de gas en vertederos

• Para filtración de lixiviados en vertederos

• Aislante térmico

Como material granulado y en polvo

• Carreteras

• Campos de fútbol

• Campos de juego y gimnasia

• Pistas de atletismo

• Pistas ecuestres

• Relleno de césped artificial

• Camas para ganado

• Calzados baldosas

• Rellenos de cables

• Decoración

• Mezclas de caucho

Y de acuerdo a referencias obtenidas el caucho se puede utilizar como energía calorífica constituyéndose como un buen combustible, las mismas pueden utilizarse en centrales térmicas, cementeras, industrias papeleras, cerámicas, producción de vapor para maquinas ya que la combustión del caucho es menos contaminante que el carbón y además producen un poder calorífico de aproximadamente 7500kcal/kg.

Se recomienda a los profesionales tanto de medio ambiente como de otras carreras técnicas tomar en cuenta la utilización del caucho reciclado para diferentes actividades como se indicó en el párrafo anterior, ya que estas pueden disminuir la contaminación ambiental y contribuir al ahorro de energía de recursos no renovables.