Evaluación del comportamiento de una mezcla asfáltica en caliente para rodadura incorporando por vía seca Pead reciclado

Abstract

La producción anual de plástico genera una gran cantidad de materiales de desechos, el destino final de estos materiales genera problemas medio ambientales. De acuerdo con el Ministerio del Ambiente, cada persona utiliza, en promedio, 30 kg de plástico al año y diariamente en Lima Metropolitana y el Callao se genera 886 toneladas de residuos plásticos, representando el 46 % de estos residuos a nivel nacional. La presente tesis se enfoca en el uso de los residuos plásticos identificados como Polietileno de Alta Densidad (PEAD) reciclado que gracias a sus propiedades térmicas se puede emplear como un método alternativo para la modificación de una mezcla asfáltica en caliente. Esto debido a que la temperatura a la cual se elabora la mezcla, una parte del PEAD reciclado toma una consistencia tal que cumple la función de trabazón entre las partículas de los agregados. Además, la fracción más volátil se anidará a la cadena hidrocarbonada del asfalto pudiendo modificar la morfología de este y/o sus propiedades reológicas, sin alcanzar a degradarse. El estudio inició con los ensayos de calidad de los agregados, estos ensayos fueron obtenidos de la cantera La Gloria (ubicado a la altura del km 14,5 de la carretera Central, en el distrito de Ate). Se realizaron ensayos de calidad del agregado fino y el agregado grueso; ensayos de caracterización del asfalto PEN 60/70, así como también ensayos para el diseño de mezcla asfáltica. Se realizó la adición (por vía seca) de PEAD reciclado, la adición fue en porcentajes de 0,5 %, 1,0 % y 1,5 %, del peso total de los agregados, estos porcentajes fueron comparados con una mezcla asfáltica sin la adición de PEAD reciclado con el objetivo de observar el comportamiento entre estos mismos. Los ensayos fueron desarrollados en el laboratorio Central de la Dirección de Estudios Especiales de la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles del Ministerio de Transportes y Comunicaciones. El objetivo principal del estudio fue encontrar el porcentaje de PEAD reciclado adicionado a la mezcla asfáltica con mejores resultados en base a sus propiedades (mecánicas y volumétricas). Para el logro del objetivo se utilizó la metodología Marshall, esta metodología está enfocada en diseñar mezclas asfálticas y se basa en aplicar carga vertical diametral a un espécimen cilíndrico, la temperatura adecuada para el ensayo es 60°C, considerada la temperatura aproximada del pavimento en verano. Los resultados obtenidos muestran una mejora debido a la adición de PEAD reciclado en la mezcla asfáltica en caliente. La adición de 0,5 % de PEAD reciclado logró la mayor ventaja; con este porcentaje de PEAD se obtuvo una estabilidad de 14,7 kN, un valor de flujo de 17,8, medido en 0,25 mm, 2,337 g/cm3 de densidad, 4,0 % de vacíos, 19,4 % de VMA y 79,6 % de VFA. Los resultados de la mezcla asfáltica óptima fueron comparados con los resultados de la mezcla asfáltica convencional, el cual no cuenta con adición de PEAD reciclado, para este caso se obtuvo 10,3 kN de estabilidad, un flujo de 21,3, medido en 0,25 mm, 2,335 g/cm3 de densidad, 4,5 % de vacíos, 20,3 % de VMA y 78 % de VFA. La investigación concluye que el uso de PEAD reciclado como adición por vía seca en la mezcla asfáltica, técnicamente le atribuye mejores propiedades. De esta manera brinda otra posibilidad de su uso a fin de evitar su destino en rellenos sanitarios, botaderos, vertederos, ríos, entre otros.

The annual production of plastic generates a large amount of waste materials; the final destination of these materials generates environmental problems. According to the Ministry of the Environment, each person uses, on average, 30 kg of plastic per year and daily in Metropolitan Lima and Callao 886 tons of plastic waste are generated, representing 46% of this waste nationwide.

This thesis focuses on the use of plastic waste identified as recycled High Density Polyethylene (HDPE), which, thanks to its thermal properties, can be used as an alternative method for modifying a hot asphalt mix. This is because the temperature at which the mixture is made a part of the recycled HDPE takes on a consistency such that it fulfills the function of interlocking between the aggregate particles. Moreover, the more volatile fraction will nest in the hydrocarbon chain of the asphalt, being able to modify its morphology and / or its rheological properties, without actually degrading.

The study began with the quality tests of the aggregates, these tests were obtained from the La Gloria quarry (located at km 14,5 of the Central highway, in the district of Ate). Quality tests on the fine aggregate and the coarse aggregate; PEN 60/70 asphalt characterization tests, as well as tests for the asphalt mix design were carried out. The addition (by dry way) of recycled HDPE was carried out, the addition was in percentages of 0,5 %, 1,0 % and 1,5 %, of the total weight of the aggregates, these percentages were compared with an asphalt mix without the addition of recycled HDPE in order to observe the behavior between them. The tests were developed in the Central Laboratory of the Directorate of Special Studies of the General Directorate of Roads and Railways of the Ministry of Transport and Communications.

The main objective of the study was to find the percentage of recycled HDPE added to the asphalt mix with the best results based on its properties (mechanical and volumetric). To achieve the objective, the Marshall methodology was used; this methodology is focused on designing asphalt mixtures and is based on applying diametrical vertical load to a cylindrical specimen, the appropriate temperature for the test is 60 ° C, considered the approximate temperature of the pavement in summer. The results obtained show an improvement due to the addition of recycled HDPE in the hot mix asphalt. The addition of 0,5 % recycled HDPE achieved the greatest advantage; With this percentage of HDPE, a stability of 14,7 kN was obtained, a flow value of 17,8, measured in 0,25 mm, 2,337 g / cm3 of density, 4,0 % voids, 19,4 % of VMA and 79,6 % VFA. The results of the optimal asphalt mix were compared with the results of the conventional asphalt mix, which does not have the addition of recycled HDPE, for this case 10,3 kN of stability was obtained, a flow of 21,3, measured in 0,25 mm, 2,335 g / cm3 of density, 4,5 % voids, 20,3 % VMA and 78 % by VFA.

The research concludes that the use of recycled HDPE as a dry addition in the asphalt mix, technically attributes better properties to it. In this way, it offers another possibility of its use in order to avoid its destination in sanitary landfills, dumps, landfills, rivers, among others.