INTRODUCCIÓN

En el mundo hay aproximadamente 800 millones de vehículos comerciales en uso y cerca de 70 millones de unidades se añaden a ese número cada año (Bureau of International Recycling, 2016). Además de eso, de acuerdo con Peláez, Velásquez y Giraldo (2017), en 2014 se estimó que el consumo mundial de esta materia prima fue de 28,9 millones de toneladas, aumentando en un 0,7% en el 2015. De toda esa cantidad mundial mencionada, en “Ecuador cada año se desechan alrededor de 2.4 millones de neumáticos” (Castro, 2015, p. 2) y, al ser ideado como un producto que ofrece la mayor resistencia posible al desgaste en su uso, se estima que su descomposición natural ocurrirá en un periodo mayor a 600 años. La composición de estos neumáticos incluye elementos peligrosos como el plomo, el cromo, el cadmio y otros metales pesados que, cuando se eliminan de manera inapropiada, constituyen una amenaza para la salud y el medio ambiente (Bertalot, 2017). El reciclado de pavimentos asfálticos se realiza sobre materiales deteriorados que han perdido en gran medida sus propiedades iniciales. El aprovechamiento de los materiales fresados mediante el reciclado resulta técnicamente viable, lo cual se enriquece con la adición de materiales pétreos (Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas, 2011).

Por otro lado, Sánchez (2012) señala que “los materiales que se obtienen tras el tratamiento de los residuos de neumáticos, una vez separados los restos aprovechables en la industria, pueden [tener varios usos]” (p. 29). Además, los estudiosos Sánchez (2012), Martín (2015) y Grytsenko, Pozdniakova y Vnukova (2015) coinciden en mencionar que una de las aplicaciones del caucho es funcionar como componente de las capas asfálticas que se usan en la construcción de carreteras, con lo que disminuye la extracción de áridos en canteras. Asimismo, le confieren características especiales, ya que puede ser utilizado como caucho en la capa de rodadura, para que ayude a obtener una mayor media de vida, más elasticidad, menos deformaciones, mayor resistencia al agrietamiento, mayor resistencia al arrastramiento. Aparte de lo dicho, también tiene la característica de pavimento drenante y le otorga a la mezcla asfáltica impedimento en la acumulación de agua, lo que incrementa su adherencia, evita las proyecciones de agua y concede buenas condiciones ópticas y bajo nivel de ruido. De esta forma, presenta tanto beneficios ambientales como económicos, ya que las vías, con la incorporación de caucho, se vuelven más resistentes, durables y menos frágiles, incluso ofrecen oposición a que se quiebren y tiene una vida útil de 10 años (Amorim y Lima, 2018).

Por otro lado, Lacamara (2014) nos ofrece un dato relevante, el cual evidencia que “se pueden emplear entre 1000 y 7000 neumáticos por kilómetro de carretera de dos carriles. Cifras tan elevadas colocan el pavimento asfáltico como una de las grandes soluciones para emplear los neumáticos fuera de uso” (párr. 13). Así, el reciclado de pavimentos constituye una alternativa de rehabilitación de pavimentos más competitiva y sostenible, puesto que permite minimizar la utilización de recursos no renovables, agregados naturales y asfalto; además, previene la creación de residuos y la ocupación de botaderos (Paiva y Ramos, 2014). Asimismo, comprende una serie de técnicas constructivas con tendencia al aprovechamiento integral de materiales envejecidos de firmes y pavimentos. Por ello, es de vital importancia desarrollar una propuesta sostenible para las personas que[…] basan sus ingresos en la recuperación informal de lo que otros desechan, están expuestos a peligros [sanitarios] […]. Dentro de este sector informal, es importante el número de niños y niñas que encuentran en el trabajo de recuperación de residuos la única forma de sobrevivir ante una sociedad muchas veces indiferente (Lecitra, 2010, p. 4)De esta forma, se propone diseñar mezclas asfálticas integrando residuos sólidos de neumáticos fuera de uso (elastómero) y pavimento asfáltico envejecido en el Cantón Bolívar, provincia de Manabí, Ecuador.

METODOLOGÍA

1. Diseño experimental.

En la investigación se utilizó el diseño completamente al azar (DCA) en un arreglo bifactorial GxE+1 con trece tratamientos y tres repeticiones, donde G corresponde a la granulometría y E, al elastómero. Se utilizó el software InfoStad para determinar el coeficiente de variación (CV%), y en las variables donde se constató diferencias estadísticas se realizó la prueba de Tukey al 5% con probabilidad del error.

2. Dosificación de los áridos.

La dosificación de los materiales y la tolerancia fueron determinadas de acuerdo con los valores de la Tabla 1, la cual es la recomendada por las especificaciones generales para la construcción de caminos y puentes realizados (Ministerio de Transportes y Obras Públicas del Ecuador, 2002).

3. Granulometría de los materiales.

Se realizó el ensayo de abrasión al material de 1/2, el cual se realizó con la gradación B, que consiste en obtener material extraído de la granulometría, utilizando 2500 g ± 2 pasante del tamiz 19 mm o N.° 3/4, retenidos en el 12,5 mm o N° 1/2 y 2500 g ± 2, pasante del tamiz 12,5 mm o N.° 1/2, retenidos en el 9,5 mm o N.° 3/8, y se coloca en la máquina de los Ángeles, donde se dan 500 vueltas. Una vez terminado, se saca el material y se lo tamiza por el 1,70 mm o N.° 12, se lava y se seca a 110 °C. Luego de secarlo, se procede a pesarlo para su cálculo de coeficiente de desgaste.

El ensayo de masa unitaria o peso volumétrico consistió en tener los materiales (1/2, 3/8, cisco y arena) totalmente secos, moldes metálicos con pesos y volúmenes conocidos para realizar el ensayo, el cual consiste en añadir material de una forma constante hasta llenar el recipiente enrazando y pesando. Así, se repite el procedimiento por 3 ocasiones para conocer la masa unitaria suelta. Por otro lado, para la masa unitaria compactada se llena el recipiente en tres capas iguales y se da 25 varilladas por capa. Una vez realizados los ensayos a los materiales de 1/2 (árido 1), 3/8 (árido 2), cisco (árido 3) y arena (árido 4) se procede a la digitación y cálculo de resultados, como se muestra en la Tabla 2.

4. Determinación del porcentaje óptimo de asfalto.

Ello se obtiene con el porcentaje óptimo de asfalto definido a partir de la curva de vacíos, con la cual se obtuvo 6,2%, como se observa en la Tabla 3. Además, se procedió a conseguir los otros resultados de las curvas, tales como pesos unitarios (densidad), vacíos, estabilidad, vacíos de agregado mineral, flujo y VFA.

5. Integración del pavimento asfáltico envejecido y del elastómero.

El moldeo y ensayo de las briquetas en la investigación se las realizó de forma similar, solo con la inclusión del polvo de neumático, pasante del tamiz N.° 10 y retenido en el tamiz N.° 40 y pavimento asfáltico envejecido. Los agregados pétreos fueron mezclados individualmente sin adición de residuos sólidos, manteniendo temperaturas con máximos y mínimos (160 ºC - 80 ºC). De acuerdo con Figueroa, Fonseca, Amaya y Prieto (2008), a esta temperatura se presenta un mejor proceso de mezclado, logrando una mayor homogenización en el ligante asfáltico modificado. En la Tabla 4 se muestran los valores promedio de las exigencias del diseño de Marshall, donde se utilizó 52% de pavimento asfáltico envejecido y se determinó que el pavimento asfáltico no cumple con las exigencias propuestas por el Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador (2002) y Garnica, Delgado, Gómez, Alonso y Alarcón (2004), por lo que se incluyeron agregados pétreos.

Las Tablas 5, 6 y 7 muestran las granulometrías con 52% de pavimento asfáltico envejecido enriquecido con agregados pétreos.

Una vez establecido el porcentaje óptimo de asfalto en la mezcla, que resultó ser el 6,2%, se procede a agregar, mediante el proceso de vía seca, el polvo de neumático en diferentes porcentajes, partiendo desde el 4% hasta el 16%.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1. Densidad bulk.

En la Tabla 8 se observan los valores promedios de la variable “Densidad bulk”. El análisis de varianza (ADEVA) no determinó diferencias estadísticas para el factor G, ni para el factor E, ni en la interacción GxE ni en la comparación factorial versus testigo.

2. Porcentaje de vacíos en la mezcla.

En la Tabla 8 se observan los valores promedios de la variable “% de vacíos en la mezcla”; el ADEVA no determinó diferencias estadísticas para el factor E, ni en la interacción GxE, ni en la comparación factorial versus testigo, a excepción del factor G. La prueba de significancia determinó dos rangos de similitud estadística en el factor G, donde el mejor “% de vacíos en la mezcla” correspondió a G1 con 4,26%, seguido de G2. En ese sentido, el Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador (2002) señala que el 5% es el valor máximo exigido en el porcentaje de vacíos, por lo tanto la granulometría gruesa con el 5% no cumple con las exigencias; además, vale añadir que el porcentaje permitido de vacíos en muestras de laboratorio para capas de base y capas superficiales se encuentra entre 3 % y 5%.

3. Estabilidad.

En la Tabla 8 se observan los valores promedios de la variable “Estabilidad”, el ADEVA determinó diferencias estadísticas significativas para el factor G, el factor E, la interacción GxE y para la comparación factorial versus testigo. En la prueba de significancia realizada en el factor G, se establecieron dos rangos de similitud estadística, de los cuales fue G2 quien obtuvo mayor estabilidad con 2880,86 lb; en cambio, G3, con 2640,34 lb, obtuvo la estabilidad más baja. Asimismo, en la prueba de significancia realizada al factor E, se determinaron tres rangos de similitud estadística, donde E3 se destacó con mayor estabilidad con 3018,59 lb; y E4, con 2472,87 lb, obtuvo la estabilidad más baja. En la prueba de significancia realizada a la interacción GxE, se establecieron cuatro rangos de similitud estadística, donde G2E3 (G media-12% de elastómero) y G1E3 (G fina-12% de elastómero) tuvieron 3119,73 lb y 3042,36 lb, respectivamente. Además, G2E3 y G1E3 se destacaron con la mayor estabilidad, mientras que G3E4 (G gruesa-elastómero 16%) obtuvo la estabilidad más baja con 2310,61 lb. En la comparación factorial versus testigo, se establecieron tres rangos de similitud estadística, donde destacaron el factor G con 2790,10 lb, seguido del factor E con 2640,10 lb y, en último lugar, el testigo con 2605,67 lb de estabilidad.

Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas repetitivas […] Las especificaciones de estabilidad deben ser lo suficiente altas para acomodar adecuadamente el tránsito esperado, pero no más altas de lo que exijan las condiciones de transito [sic] ( Carrasco, 2004, p. 65).

Asimismo, el Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador (2002) exige estabilidades mayores a 1800 lb, para que todos los tratamientos cumplan con las exigencias del diseño de Marshall.

4. Flujo

En la Tabla 9 se observan los valores promediosde la variable “Flujo”; el ADEVA no determinódiferencias estadísticas para la interacción GxE; por el contrario, se evidenciaron diferenciasestadísticas para el factor G, el factor E y la comparaciónfactorial versus testigo. La prueba de significanciarealizada al factor G estableció dos rangosde similitud estadística, donde resultaron G2 y G1con 14,42 in/100 y 14,83 in/100, respectivamente, ydestacaron sobre la granulometría gruesa con 15,17in/100. En la prueba estadística realizada al factorE, se establecieron dos rangos de similitud estadística,derivando E1, E2 y E3, con 14,44 in/100, 14,56in/100 y 14,89 in/100, respectivamente, los cualesdestacaron con buenos valores de flujo en comparacióna las 15,33 in/100 de E4. La prueba de significanciarealizada a la comparación de la factorialversus el testigo estableció dos rangos de similitudestadística, de los cuales es el testigo quien obtuvoel mejor valor de flujo con 13 in/100, seguido de losfactores G y E con 14,81 in/100 en ambos casos.

De esta manera, las mezclas asfálticas con materialreutilizable solo cumplen las exigencias para tráficoliviano y medio, lo que coincide con el Ministerio deTransporte y Obras Públicas del Ecuador (2002),que establece que el mínimo debe ser 8 in/100 para todos los tipos de tráfico, tales como, muy pesado,pesado, medio y liviano. El valor de flujo máximo exigido para los tráficos muy pesado y pesado será14 in/100; en cambio, para los tráficos medio y liviano puede extenderse hasta el máximo de 16 in/100.

5. Vacíos en agregados minerales

En la Tabla 9 se observan los valores de la variable “% de vacíos en agregados minerales”; el ADEVA no determinó diferencias estadísticas significativas para el factor E, interacción GxE y comparación factorial versus testigo; no obstante, determinó diferencias estadísticas para el factor G. En la prueba de significancia realizada al factor G se establecieron dos rangos de similitud estadística, donde destacóel factor G3 con 15,82% de vacíos en agregadosminerales, mientras que G1 y G2 tuvieron 15,40%y 15,12%, respectivamente, y se obtuvieron valoresbajos en “% de vacíos en agregados minerales”.Las exigencias del Ministerio de Transporte yObras Públicas del Ecuador (2002) no establecen valores máximos a considerar, por ende, es errado afirmar que cuanto mayor sean los vacíos en agregados minerales (VAM) más espacio habrá disponible para las películas de asfalto. De tal forma,según Carrasco (2004):

Existen valores mínimos para VMA [oVAM] los cuales están recomendados yespecificados como función del tamañodel agregado. Estos valores se basan enel hecho de que cuanta más gruesa sea lapelícula de asfalto que cubre las partículasde agregado, más durable será la mezcla(pp. 62-63).

6. Vacíos en rellenos de asfalto

En la Tabla 9 se observan los valores promedios de la variable “%de vacíos en rellenos de asfalto”; el análisis de varianzano determinó diferencias estadísticas para el factor E, interacción GxE y comparación factorial versus testigo; sin embargo, se evidenciaron diferencias estadísticas para el factor G. En la prueba de significancia realizada al factor G se establecieron dos rangos de similitud estadística, en el cual destacó G3 con 68,47%, seguido de G2 con 70,36%y, por último, G1 con 71,80%. De esta manera, los resultados coinciden con las exigencias del diseño de Marshall, el cual establece un valor mínimo de 65% y el máximo de 75% (Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador, 2002).

CONCLUSIONES

1. 1. La adición de 4%, 8% y 12% de elastómero en el diseño de mezclas asfálticas con pavimento asfáltico envejecido derivó en un buen proceder, lo que sirve para ser utilizado a nivel de campo en mezclas asfálticas modificadas.
2. 2. Las granulometrías media y fina, en el diseño de mezclas asfálticas con pavimento asfáltico envejecido, contribuyeron a obtener una buena conducta con la reutilización del elastómero y del pavimento asfáltico, por lo tanto, puede ser utilizado a nivel de campo en mezclas asfálticas modificadas.

Referencias

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