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TÍTULO DEL PROYECTO
Rehabilitación sustentable de pavimentos flexibles con mezclas recicladas y elastómeros
GENERALIDADES
Dynasol Elastómeros S.A de C.V es una unidad de negocio perteneciente a grupo
KUO S.A.B de C.V dedicada a la fabricación y comercialización de elastómeros Estireno –
Butadieno del tipo SBS, SSBR y SEBS. Cuenta con una red de distribución global que
opera en más de 70 países bajo sus marcas registradas Solprene® y Calprene®, lo que la
convierte en una de las empresas líderes en el negocio del caucho sintético.
Cuenta con dos plantas productivas ubicadas en Altamira México y Santander
España, con una capacidad conjunta superior a las 200,000 toneladas anuales. Ambas
plantas disponen de los equipos e instalaciones más modernos que con en conjunto con la
experiencia y conocimiento de su personal altamente calificado, constituyen la más
avanzada tecnología tanto en eficiencia y características de los productos finales, como en
cumplimiento de los más altos estándares de calidad, seguridad y medio ambiente.
La tecnología de polimerización aniónica en solución con la que Dynasol cuenta, le
permite tener un control específico sobre la estructura molecular de todos sus productos.
Por esta razón, es capaz de comercializar materiales dirigidos a las necesidades específicas
de una gran diversidad de mercados y aplicaciones entre las que destacan; la fabricación de
adhesivos termofundibles, selladores base solvente, adhesivos no sensitivos a la presión,
compuestos técnicos, compuestos vulcanizados, modificación de plásticos, modificación de
asfaltos para carreteras, membranas impermeabilizantes, juntas de dilatación y emulsiones
modificadas con polímero.
Teniendo como enfoque principal la Innovación, el desarrollo de tecnología y
aplicaciones y la investigación, Dynasol cuenta con dos Centros de Innovación Tecnológica
ubicados también en Altamira México y Santander España. En ellos, lo último en
tecnologías de polimerización y análisis de materiales se conjuga para el desarrollo de
nuevas y avanzadas estructuras perfectamente escalables a nivel industrial. Adicionalmente,
sus laboratorios de aplicaciones brindan soporte al cliente en términos de desarrollo de
formulaciones, solución de problemas y recomendaciones de uso, consolidando así el
liderazgo de Dynasol en la distribución de caucho sintético, no solo como un proveedor de
elastómeros si no como un hacedor de soluciones tecnológicas integrales.
Dentro del plan estratégico de Dynasol 2015 se incluye el desarrollo de tecnologías,
productos y aplicaciones, orientados a la innovación y el desarrollo sustentable; ejes dentro
de los cuales, se han identificado oportunidades importantes de negocio. En este orden de
ideas, el proyecto aquí propuesto complementará las inversiones de Dynasol orientadas al
desarrollo de emulsiones asfálticas modificadas con elastómeros como una alternativa
sustentable de rehabilitación de pavimentos flexibles a través del reciclado de pavimentos
antiguos y deteriorados.
RESPONSABILIDADES
Para los fines que el proyecto demanda, Dynasol considera necesaria la vinculación
con la Universidad Autónoma de Tamaulipas (UAT) como institución académica con las
competencias necesarias para el diseño de pavimentos flexibles. Por otro lado, dada su
experiencia en el desarrollo y caracterización analítica de materiales poliméricos, se
considera también de importancia la vinculación con el Instituto Tecnológico de Ciudad
Madero (ITCM).
La tabla 1 muestra la relación de integrantes en el equipo de trabajo del proyecto,
así como una descripción general de sus responsabilidades en el mismo.
Tabla 1. Grupo de trabajo
Integrante CVU Porcentaje de
participación Responsabilidad
Gabriel Hernández Zamora (Dynasol) 74784 25 Coordinación Dynasol
Jesús Alberto Mexicano García
(Dynasol)
649953 50 Pruebas de laboratorio
Tomas Lozano Ramirez (ITCM) 31863 4 Coordinación ITCM
José Áaron Melo Banda (ITCM) 21838 3 Pruebas de laboratorio
Ana Beatriz Morales Cepeda (ITCM) 121441 3 Pruebas de laboratorio
Ricardo Tobias Jaramillo (UAT) 244254 3 Coordinación UAT
Rodolfo Barragán Ramirez (UAT) 293940 4 Pruebas de laboratorio
Juana Treviño Trujillo (UAT) 240623 3 Informe Técnico
Víctor Manuel González Saldierna 732566 1 Soporte técnico
Julio Cesar Rolón Aguilar 201455 1 Soporte técnico
Marcos Alfredo Azuara Hernandez 242390 1 Soporte técnico
Rene Bernardo Elias Cabrera Cruz 175636 1 Soporte técnico
David Ángel Moreno Ramos (UAT) 294052 1 Soporte técnico
JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
En nuestros días, el reciclado de pavimentos flexibles (asfálticos) es una alternativa
sustentable para la rehabilitación de caminos que se utiliza cada vez con más frecuencia en
países como EUA, Francia y España. Esta tendencia es debida al gran número de ventajas
medioambientales, económicas y sociales que pueden obtenerse con la aplicación de esta
tecnología.
Dentro del gran abanico de posibilidades que existen para realizar un tratamiento de
reciclado resulta particularmente atractivo el uso de la tecnología de reciclado en frio con
emulsión asfáltica, pues con el uso adecuado de esta técnica se potencían aún más las
ventajas inherentes del reciclado.
El objetivo central de este proyecto es desarrollar la tecnología de mezclas asfálticas
renovables y sustentables, a partir de pavimentos flexibles reciclados (RAP por sus siglas
en inglés), rejuvenecidos con emulsión asfáltica modificada con elastómeros y que puedan
ser aplicados como una mezcla fría, utilizando diferentes niveles de RAP.
Esto permitirá promover el uso de las emulsiones asfálticas modificadas con
polímero como un aditivo rejuvenecedor para pavimentos reciclados, que permite recuperar
e incluso mejorar el desempeño original del pavimento rehabilitado; adicionalmente,
sentará las bases tecnológicas para el uso controlado de este tratamiento en los caminos que
así lo ameriten.
Las familias de polímeros Estireno – Butadieno a evaluar durante el desarrollo del
proyecto son:
SB Dibloque.- Copolímero de estructura simple formado por un bloque de
Estireno y uno de Butadieno con buenas propiedades adherentes y de dispersión en
asfalto modificado.
SBS’s lineales.- Copolímeros tribloque de estructura lineal formados por un
bloque central de Butadieno y un bloque de Estireno en cada extremo de la cadena.
Presentan altas prestaciones elásticas y de resistencia cuando son sometidos a un
esfuerzo de deformación.
SSBR.- Copolímeros de bloque parcial o aleatorizados con altas propiedades
adherentes y de excelente dispersión en asfaltos modificados.
SB multifuncional.- Copolímero de nueva generación con alta respuesta elástica y
dúctil, excelente dispersión en asfaltos modificados y buenas propiedades
adherentes.
Los elementos que motivan el desarrollo de este proyecto son:
Conciencia ecológica de reciclado
La explosión demográfica y el desarrollo acelerado de las sociedades modernas han
provocado un incremento considerable en la demanda de vías terrestres de
comunicación en los últimos años. Por otro lado, la obtención de materiales pétreos
y cementos asfálticos para construcción es cada vez más complicada e implica la
sobre explotación de recursos que lamentablemente son no renovables. En ese
sentido, la tecnología de reciclado de pavimentos es una opción que permite
reutilizar áridos y bases asfálticas de buena calidad, evitando con ello el
desperdicio de recursos que pueden ser utilizados por las generaciones venideras.
Ahorro de energía
Actualmente, los procesos típicos de rehabilitación de pavimentos a partir de
asfaltos reciclados utilizan procedimientos denominados “en caliente” que
consumen grandes cantidades de energía. La utilización de la tecnología de
reciclado en frio con emulsiones asfálticas representa una reducción en el consumo
energético de hasta 150 MJ por tonelada de mezcla asfáltica preparada para
pavimentación.
Reducción de emisiones
La figura 1 expone las emisiones totales promedio en kg de CO2 por tonelada de
mezcla asfáltica que se generan al utilizar cada una de las técnicas más comunes de
pavimentación. De acuerdo con esta información, la tecnología de reciclado en frio
con emulsiones asfálticas es “cero emisiones” lo que enfatiza su carácter ecológico.
Figura 1. Comparativo de emisiones de CO2
Difusión de la tecnología de emulsiones asfálticas modificadas con polímero
Actualmente, la producción de emulsiones asfálticas poliméricas se encuentra
íntimamente relacionada con el uso de látices de SSBR como aditivo modificador.
Sin embargo, la experiencia ha demostrado que aún con la alta eficiencia de los
procesos coloidales de molienda, no es posible garantizar una completa dispersión
del polímero SSBR en la matriz asfáltica. Por otro lado, el uso de asfaltos
modificados con elastómeros como base de emulsión garantiza la completa
dispersión del material polimérico potenciando la respuesta elástica y las
propiedades termomecánicas y reológicas del residuo asfáltico. Desde este punto de
vista, resulta importante difundir; con base en datos experimentales, el uso de
emulsiones asfálticas modificadas con polímero como una opción diferenciada en
desempeño respecto de las emulsiones convencionales (sin modificar) y de las
emulsiones poliméricas con látex de SSBR.
Propuesta de diseño para el uso de asfaltos reciclados con emulsión
En términos de diseño, es bien conocido que el desarrollo tecnológico para las
mezclas en frio en nuestro país aún no ha llegado a los niveles que se tienen para
las mezclas en caliente. Normalmente se suele recurrir a adecuaciones intuitivas
basadas en las experiencias obtenidas en algunos otros tratamientos con emulsión.
El ejercicio más cercano a una propuesta de diseño es la recomendación AMAAC
“REA 15/2012 Reciclado con emulsiones asfálticas” en donde se mencionan
algunas consideraciones generales. Por esta razón, es de interés establecer una
metodología de diseño que pueda difundirse como una práctica recomendada y
sustentable de rehabilitación de caminos a partir del uso de emulsiones asfálticas
modificadas con polímeros.
Los resultados esperados para este proyecto en 2015 son:
El desarrollo de la tecnología de emulsiones asfálticas modificadas con elastómeros
Estireno – Butadieno para la rehabilitación de caminos a partir de pavimentos
flexibles recuperados (RAP), fortaleciendo y difundiendo con ello la tecnología de
reciclaje de vías en el estado de Tamaulipas.
El fortalecimiento del acervo tecnológico de Dynasol en materia de fabricación de
emulsiones asfálticas modificadas, propiedades de desempeño de residuos
asfálticos y diseño de formulaciones especializadas.
Validación de los parámetros generales de diseño establecidos en la “REA-15/2012
Reciclado con emulsiones asfálticas” como un primer acercamiento a la tecnología
de reciclados en frio con emulsión en México.
Determinación del contenido máximo de material reciclado a utilizar en un diseño
de pavimentos con RAP y emulsión asfáltica modificada.
Publicación de al menos dos artículos técnicos sobre el uso de materiales reciclados
y las ventajas de las emulsiones asfálticas modificadas como aditivos
rejuvenecedores de pavimentos flexibles.
Estos resultados se verán traducidos en los siguientes beneficios:
Económicos
Se espera que la difusión del uso de emulsiones asfálticas modificadas con
elastómeros contribuya incrementar las utilidades del negocio (Dynasol) por
concepto de venta de copolímeros SBS, SB y SSBR.
Tecnológicos
Se generará una base técnica de desarrollo que permitirá promover las ventajas
constructivas y de mantenimiento de los pavimentos flexibles; generando así las
bases tecnológicas en las que sustentar el tendido de pavimentos durables y de alto
desempeño en el estado de Tamaulipas.
Educativos
Este proyecto incluirá la participación de alumnos de las IES vinculadas,
permitiéndoles tener un primer acercamiento profesional relacionado con la
construcción de pavimentos flexibles; generando así, profesionales de ingeniería
con un enfoque sustentable, de desarrollo y con actitud de servicio hacia su
comunidad.
Formación de recurso humano
Se desarrollarán actividades de análisis de materiales y diseño de pavimentos que
complementarán el conocimiento del personal técnico de Dynasol, mejorando sus
prácticas de laboratorio y profesionalizando aún más su desempeño, con un enfoque
global y sustentable de desarrollo de nuevas tecnologías.
Ecológicos
Se sentarán las bases que harán destacar las ventajas ecológicas y sustentables del
uso de tecnologías de reciclado en frio con emulsión asfáltica modificada.
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD TÉCNICA DEL PROYECTO
Antecedentes
Dynasol Elastómeros ha incursionado y desarrollado tecnologías para producir
emulsiones de asfalto para diferentes tipos de aplicaciones, principalmente enfocadas a los
siguientes segmentos de aplicación: riegos de sello con gravilla (tipo chip seal), emulsiones
para liga asfáltica, emulsiones para tratamientos de microsuperficie (slurry seal),
emulsiones para mezcla en frío y emulsiones para rejuvenecer la mezcla asfáltica reciclada
tipo RAP (Reclaimed asphalt pavement). En todas estas se maneja el concepto de
emulsiones asfálticas modificadas con elastómeros. La ventaja de incorporar los
elastómeros es el de mejorar las propiedades mecánicas y elásticas del residuo asfáltico así
como también mejorar la adherencia con el agregado pétreo o con el reciclado asfáltico.
Se tiene participación en proyectos de aplicación de emulsiones asfálticas
modificadas con elastómeros de Dynasol en algunos países como Estados Unidos,
Guatemala y México. Incluso, existen clientes en Europa que producen estas emulsiones
modificadas para aplicación de mezcla en frio (Francia) siendo preferida esta tecnología a
la mezcla en caliente por los beneficios ecológicos y ambientales que estas tecnologías
ofrecen.
Una experiencia que fue ampliamente documentada en diferentes foros
internacionales (Euroasphalt & Eurobitumen, Estambul, Turquía; Jornadas
Latinoamericanas de Colombia) fue la experiencia en rehabilitación de losas de concreto
hidráulico severamente agrietadas con el uso de una emulsión de asfalto modificado para
hacer la liga entre la base del pavimento fracturado y una microcarpeta en caliente de
espesor de 4 centímetros. Otra experiencia realizada fue en un tramo de rehabilitación de un
pavimento asfáltico, en donde se usó reciclado tipo RAP mediante una técnica de fresado
tipo “full depth” y combinado con mezcla de asfalto en caliente con agregado (HMA). Al
reciclado tipo RAP se le aplico un tratamiento de rejuvenecimiento con el uso de una
emulsión catiónica de rompimiento rápido de un asfalto modificado con un una mezcla de
polímeros SBS + SB con el uso del elastómero termoplástico Solprene 4302. Para la mezcla
en caliente se usó un SBS radial tipo Solprene 411, experiencia realizada en Puebla,
México.
En esta experiencia se consideró un diseño de pavimento usando RAP obtenido de
un pavimento asfaltico de más de 20 años, para su recuperación se usó una recicladora
marca Wirtgen modelo WS 2500 S y una mezcladora de la misma marca pero modelo WM
1000. La investigación llevo a la conclusión de que el uso de 40% de RAP rejuvenecido
con emulsión catiónica de rompimiento rápido de asfalto modificado con Solprene 4302
(considerando 2.4% peso/peso de residuo asfáltico y el resto 97.6% de RAP). La emulsión
catiónica presentó un contenido de residuo asfáltico de 65% de sólidos, presento los
mejores resultados de resistencia a la tracción indirecta, estabilidad Marshall y resistencia a
deformación por rueda cargada, con módulos de resilencia mayores a 6,000 N/mm en
corazones obtenidos de los tramos de construcción.
La emulsión asfáltica modificada con SBS permite generar un aditivo manejable a
temperatura ambiente que ayude a mejorar la procesabilidad del material reciclado y ayude
a recuperar algunas propiedades pérdidas por el tiempo y envejecimiento. Sin embargo,
este RAP por sí solo no brinda las características necesarias para generar propiedades como
un pavimento nuevo, por eso se sugiere la combinación con mezcla en caliente con
agregado HMA. Este último enunciado sería parte esencial para la propuesta que se
persigue en el proyecto de pavimentos sustentables que se somete.
Estado de la técnica: monitoreo tecnológico
En el caso de las experiencias de aplicación de emulsiones modificadas descritas
antes, para el caso particular de la experiencia de Guatemala, Guatemala, el principal
interés fue el combinar la tecnología de asfalto modificado con elastómeros tipo SBS en
dos aplicaciones: emulsiones de asfalto modificadas que se usaran como liga asfáltica entre
la losa de concreto hidráulico agrietada y la nueva microcarpeta en caliente que se aplicaría
en el tratamiento.
La vía sobre la cual se aplicó el tratamiento fue la calle Montufar que es una
avenida principal de Guatemala con un nivel de tránsito de 30,000,000 de ejes equivalentes.
Como monitoreo de la aplicación adecuada de la microcarpeta que se aplicaría en el
tratamiento superficial del concreto agrietado se usaron diferentes criterios de diseño y
control entre los que destacan: densidad máxima de la mezcla, contenido de vacíos,
contenido de ligante asfáltico en la mezcla, prueba de estabilidad Marshall, flujo Marshall,
temperatura de compactación, esfuerzo de tensión indirecto de Lottman modificado,
esfuerzo de tensión Lottman retenido. Estas pruebas se verificaron en tres niveles, el nivel
de diseño a nivel laboratorio, el nivel de control de mezcla durante la producción de la
mezcla asfáltica y el nivel de extracción de corazones en la microcarpeta obtenida. Todo
esto para dar una especificación de resistencia a la tensión indirecta de Lottman de mínimo
12 Kg/cm2
Para la emulsión utilizada en la liga se midió tanto a nivel de laboratorio como
escala industrial el nivel de contenido de sólidos, la estabilidad al almacenamiento, los
residuos retenidos en malla 20, el pH, la viscosidad Saybolt Furol y el tamaño de partícula
de las micelas en la emulsión de asfalto modificada. Todos estos parámetros de acuerdo al
cumplimiento de la especificación Mexicana de la Secretaría de Comunicaciones y
Transportes N.CMT.4.05.002/06.
De esta experiencia es importante el conocimiento adquirido en la elaboración y
colocación de la emulsión que se tuvo.
Para la experiencia donde se usó el reciclado asfáltico “Full depth” (RAP)
rejuvenecido con emulsión asfáltica y combinado con mezcla en caliente se usó como base
el método AASHTO M323. Aquí fue muy importante controlar la graduación del material
tipo RAP de acuerdo a ASTM C117, la estabilidad Marshall de la mezcla que combina el
RAP y la mezcla en caliente de acuerdo a AASHTO T245, la tensión indirecta de acuerdo a
AASHTO T322, los cuales se midieron en el diseño de la mezcla y en corazones de la
carretera una vez acabada la obra, definiendo un nivel de control de obra de la tensión
indirecta en mínimo 3.3 MPA y la estabilidad Marshall mayor a 1800 Kilos-fuerza.
La obra efectuada en Puebla se llevó a cabo en 2005, mientras que la obra
efectuada en Guatemala se colocó en el 2009 son resultados excelentes en durabilidad hasta
la fecha, sin presencia de roderas, ahuecamientos o fallas de agrietamiento o formación de
hoyos.
Estado de la técnica: patentes
COLLETTE, Jerry R, US Patent 7,758,235B1 “Recycled Asphalt pavement (RAP)
preparation system”, Julio 2010.
Esta patente describe el uso de RAP combinado con mezcla en caliente tipo HMA,
donde el RAP puede tener contenidos de humedad mayores al 8%. La patente
describe los detalles de ingeniería que se requieren para tal combinación en una
planta de mezcla en caliente.
SWAMSON, Malcom, Patente Europea No. WO 2007/103345 A3 “Apparatus and
method for a Hot Mix Asphalt Plant using a high percentage of Recycled Asphalt
products”, Septiembre 2007.
Esta patente describe una planta de mezcla en caliente que se utiliza para combinar
el RAP con mezcla en caliente tipo HMA, donde se combinan dos Sistemas de
calentadores, uno de ellos para secar el agregado pétreo fino junto con el RAP que
sirve también para sistema de alimentación y transporte de la adición del RAP; y un
segundo sistema calentador donde se dosifica también RAP pero con el agregado
grueso del diseño de la mezcla en caliente. Estos sistemas de agregados con RAP se
alimentan a la planta de mezcla en caliente para producir la mezcla terminada con
diferentes proporciones de RAP.
KAREL, Poncelet y Gerrit G.V. Bochove, US patent 2011/0146539A1 “Process for
preparing and asphalt mixture”, Junio 2011
Esta patente describe el proceso para preparar en un cilindro mezclador una mezcla
inicial de RAP (tratado o preparado ya con una granulometría propuesta para un
adecuado control del tamaño de partícula) con agregado pétreo. Posteriormente la
mezcla se transfiere a un segundo cilindro donde se adiciona el material asfáltico
para producir la mezcla en caliente.
BAILEY William, US patent 2011/0233105 A1 “Asphalt pellets”, Septiembre
2011.
Esta patente describe la manera de formular una mezcla en caliente que mantiene
los gránulos estables (sin adherencia entre ellos) a través de una coraza que forma
hule de neumático molido y la combinación de arcillas o fillers que evitan que se
peguen. Estas ideas que despliega esta patente sobre los aditivos anti bloqueantes
pueden ser de interés en el proyecto que se persigue debido a que se quiere elaborar
una mezcla en frío estable que evite el apelmazamiento de los pellets obtenidos.
GREEN H.C, y Daniel J. Shaw, US patent 5,405,440 “Process for the preparation of
a cold mix asphalt paving composition”, Septiembre 2011.
Aquí se describe un método para producir mezcla en frio, separando las impurezas
que se pudieran tener en el Asfalto que se utiliza, mencionando los tamaños de
granulometría de los agregados que se usan y composición de residuo asfáltico entre
4 y 6.5% del residuo de una emulsión de asfalto que se utiliza. Los diseños
propuestos en esta patente son aplicables a pavimentos, estacionamientos y
tratamientos superficiales para rehabilitar los pavimentos.
ACKERMAN, John, T., US patent 2012/0325115 A1 “Method of manufacturing
cold asphalt at a construction site”, Diciembre 2012.
Esta patente describe un procedimiento para producir mezcla en frío en sitio para
reparación de caminos. En la patente se describe una tolva que recibe el RAP, y
mediante un sistema de transporte tipo banda se va mezclando con un aceite
rejuvenecedor y fillers, esta mezcla se puede volver a compactar. El producto final
no endurece rápidamente, y es en cierta forma una manera de generar un
procedimiento constructivo de bajas emisiones contaminantes, la cual se puede
compactar como un pavimento normal.
GORMAN, Albert Mark., US patent 8,083,434 B1 “Pavement rehabilitation using
cold in-place asphalt pavement recycling”, Diciembre 2011.
Esta patente es relevante para el proyecto porque describe la granulometría
preferente en el control del tamaño de partícula del reciclado que puede ir desde
5/16 de pulgada hasta 8 milímetros. Se menciona también el uso de combinación de
cemento portland, agua y la emulsión asfáltica. La mezcla es colocada en el asfalto
existente para rehabilitar el pavimento y al igual que una mezcla en frío puede ser
compactada para generar un acabado de pavimento denso.
Estado de la técnica: artículos de investigación y publicaciones
MATIAS Vincent, Tierry Sedran y F. de Larrard., “Recycling reclaimed asphalt
pavements in concrete roads”, LCPC, Nantes Francia. 2002 .Trabajo ID: 268.
El trabajo describe la evolución del trabajo de Francia en material de uso de RAP,
donde se encuentran cifras de interés, por ejemplo, el volumen estimado de RAP
que se genera anualmente es de 2 millones de toneladas al año, y el trabajo plantea
la necesidad de aprovecharlo ya que consideran que solo el 10% en 2002 se reusaba
en Francia. El trabajo hace un análisis descriptivo de la formulación de mezclas
donde se combina RAP con mezcla en caliente tipo HMA y se divide en tres partes,
la primera de ellas describe los resultados de esfuerzo de compresión, esfuerzo de
tensión y módulo elástico del concreto asfáltico resultante, indicando que a mayor
contenido de RAP las propiedades de la mezcla final son menores. La segunda
parte del trabajo muestra el comportamiento de fatiga dinámica, y la tercera parte
presenta el cracking térmico de la mezcla resultante. El estudio hace la valoración
de todas estas propiedades en el intervalo de uso de RAP desde 0 a 50% y resalta el
impacto económico positivo y las ventajas de poder usar RAP en la mejor forma
que se propone en el trabajo.
KATMAN, H.Y, et al., International Journal of Civil & Environmental Engineering
IJCEE-IJENS Vol: 12 No: 03
El artículo describe el uso de mezclas que combinan RAP con mezcla en caliente
tipo HMA, para rejuvenecer al RAP se utiliza asfalto espumado en diferentes
proporciones desde 1 a 4%, determinando que el contenido óptimo de asfalto en el
RAP es de alrededor del 2% a través de mediciones de esfuerzo de tensión indirecta
variando las condiciones de curado de las probetas moldeadas a 40°C por 72 horas.
MOOSE Jaw Saskatoon, “Utilization of recycled asphalt”, Manual de aplicación,
Clifton Associated limited, Junio 2012
El manual describe la forma de obtención del RAP vía dos tipos de procesos, el
primero de ellos definido como “Central plant” que consiste en trasladar al RAP a
una planta donde se trata, se selecciona con la granulometría adecuada y se usa en
mezcla en caliente hasta un 30% peso/peso. El segundo proceso que se describe en
el proceso “in-place”, donde el RAP se obtiene y se trata en sitio para volverlo a
reutilizar, para ello sugieren métodos de rejuvenecimiento del RAP como el uso de
emulsiones asfálticas y/o aceites rejuvenecedores.
KOCH Scott y Khaled Ksaibati, “Performance of recycled asphalt pavement in
gravel roads”, Tesis de Universidad de Wyoming, Departamento de Ingeniería Civil
y Arquitectura, Octubre 2010.
El interés de este trabajo radica en una descripción profunda sobre cómo utilizar el
RAP a través de diferentes procesos que entran en la categoría de “in place
recycling” y con resalta las diferencias entre la combinación con mezcla en caliente
y con mezcla en frío vía emulsión de asfalto.
SALOMON DELMAR, “Asphalt emulsion technology”, Transportation Research
Board, Technical bulletin No. E-C102, Washington D.C. USA. Agosto 2006.
El boletín describe los diferentes tipos de emulsiones y sus recomendaciones de uso.
Para el caso de uso de RAP y rejuvenecimiento del mismo hace mención al uso de
emulsiones aniónicas o catiónicas de rompimiento medio a lento, así como los
diferentes procesos de uso de RAP.
Estado de la técnica: tecnologías disponibles
Desde el punto de vista de procesos de pavimentación usando RAP, al menos se
identifican cuatro tipos de procesos para recuperar el RAP y poder utilizarlo y se describen
a continuación:
Reciclado en sitio en frío: En esta técnica el pavimento se remueve mediante
máquina fresadora a un profundidad de 3 a 4 pulgadas. El material se pulveriza y se
controla en granulometría. Se mezcla con agregado virgen para dar aporte estructural al
RAP, y se adiciona una emulsión de asfalto modificada o convencional, después la mezcla
se coloca y se compacta. Para dar una mayor durabilidad se puede colocar un riego de
sello o una microcarpeta de mezcla en caliente de 1 a 3 pulgadas de espesor. Con respecto
al equipo se requiere una máquina de fresado, una unidad de tamizado y molienda, un
equipo mezclador y una “finisher” o máquina de extensión y acabado, posteriormente
equipos de compactación. Todo este tren ocupa una sola línea.
Planta procesadora de RAP con mezcla en frío: La extracción del RAP en esta
tecnología es igual que para el reciclado en sitio en frío, sin embargo, en la planta se lleva a
cabo la mezcla de RAP con mezcla en frío junto con el agregado sustituto.
Planta de reciclado en caliente (planta centralizadora): En esta planta el RAP se
combina con agregado nuevo caliente y asfalto utilizando una mezcla de asfalto en caliente.
Reciclado en caliente en sitio: El pavimento a reemplazar es ablandado por
calentamiento (algunas veces a este equipo se le llama dragon por las flamas que se usan
para ablandar el concreto asfaltico), escarificado y fresado entre 0.75 a 1.5 pulgadas. Este
RAP se combina con mezcla en caliente nueva en un mezclado de un solo paso.
Extracción profunda de RAP (Full Depth): Toda la sección de asfalto y una porción
pequeña de base se procesan para producir una base estabilizada, los materiales son
triturados y con la ayuda de aditivos rejuvenecedores son mezclados y compactados,
posteriormente una nueva capa de mezcla en caliente se coloca sobre la superficie.
Como se comentó antes, algunos aditivos o emulsiones asfálticas se usan para
rejuvenecer al RAP, pero también las emulsiones asfálticas se utilizan combinadas con
agregados pétreos para formular una mezcla en frío. Esta mezcla en frío presenta muchas
ventajas siendo la principal que no requiere calentamiento para su formulación y manejo.
La mezcla puede apilarse y con movimientos en ciertos periodos de tiempo se conserva
para su uso, protegiéndola de la lluvia.
La formulación de la emulsión asfáltica requiere de agentes emulsificantes que
normalmente son sales ácidas de aminas cuaternarias, existen diferentes proveedores en el
mercado siendo en México los más importantes Quimikao y Akzo Nobel.
El asfalto se puede modificar previamente con polímeros especiales de tipo SB,
SBS o SBR para mejorar sus propiedades mecánicas como las propiedades reológicas, el
módulo de corte reológico y la recuperación elástica (torsional o por ductilómetro). Una vez
modificado el asfalto con la ayuda de los agentes emulsificantes este se puede mantener en
medio acuoso de manera estable hasta su uso.
Estado de la técnica: productos o servicios similares ya en el mercado
En México la tecnología que pocas veces se observa en el reciclado en caliente en
planta centralizadora, recientemente por ejemplo se observó en el estado de Tamaulipas en
la carretera Tampico-Mante sobre el kilómetro 28.5 pasando el municipio de Altamira una
obra sobre dos cuerpos de dos carriles que se reciclaron, el reciclado obtenido se llevó a la
planta centralizadora donde se combinó con mezcla en caliente y se regresó a ser tendida en
la misma obra, uno de los cuerpos que viene de Altamira hacia la estación Manuel tiene un
año de colocado, mientras que el otro es de acabado reciente (meses).
No se conoce que en México sea popular el uso de la mezcla en frío, primero
porque no hay una norma bien establecida. De manera contingente la Asociación Mexicana
del Asfalto (AMAAC) está liderando comités técnicos para sugerir practicas recomendadas
con el uso de emulsiones de asfalto, dentro del plan está el desarrollo del documento que
pueda ser usado como norma en la elaboración de la mezcla en frío. Pero aplicaciones con
RAP y mezcla en frío no se conoce que existan.
Desde el punto de vista de tecnología de emulsiones de asfalto modificadas con
polímero, se sabe que BASF cuenta con latex acuoso de SBR que se usa para producir este
tipo de emulsiones.
Dynasol ofrece dos alternativas, por un lado el uso de látex de SBS y por otro lado,
el uso de elastómeros que primero modifican el asfalto para mejorar sus propiedades termo-
mecánicas y posteriormente emulsionar el asfalto modificado.
Para elaborar la emulsión modificado hay varias tecnologías que se resumen en el
uso de un molino coloidal de alta cizalla, donde se mezcla en asfalto con una solución del
agente emulsificante a la que también se le llama jabón. Cuando el látex polimérico de
SBR o SBS se vierte en el jabón aprovechando su medio acuoso, y se hace pasar por el
molino coloidal en conjunto con el asfalto para producir la emulsión se le conoce como
método directo de preparación de emulsiones modificadas con polímero.
Sin embargo, cuando primero se modifica el asfalto y luego se forma la emulsión se
le conoce como método indirecto.
En Europa (particularmente Francia y Alemania), está muy extendido el uso de
emulsiones de asfalto para trabajar con mezcla fría, prefieren más la tecnología de mezcla
en frio que mezcla en caliente porque se eliminan emisiones atmosféricas, se reduce la
huella de carbono por la reducción de quema de combustibles y se hace eficiente el uso de
energía convertida en calor. Se piensa que México puede incursionar en esta tecnología de
uso combinado de RAP con mezcla en frío.
Estado de la técnica: fuente origen de la tecnología
Parte de los segmentos de aplicación donde se usan los elastómeros de Dynasol se
enfocan al asfalto modificado principalmente para pavimentos, impermeabilizantes
asfálticos, selladores y de manera reciente (dos años a la fecha) las emulsiones de asfalto
modificadas. Cada año se venden alrededor de 35,000 Toneladas de hule de los tipos SBS y
SBR para estas aplicaciones, pero muy poco de esas toneladas iban al mercado de
emulsiones asfálticas.
Dynasol ha planteado un programa de trabajo de desarrollo interno para desarrollar
cinco aplicaciones medulares con el uso de emulsiones que son: riegos de sello con gravilla
(tipo Chip seal), riego de liga, tratamiento de microsuperficie, mezcla en frío y uso de RAP
con emulsión asfáltica modificada. En el mismo sentido ha desarrollado productos
elastoméricos para cada aplicación que permitan mejorar la durabilidad del tratamiento a
través de propiedades mecánicas y reológicas de la mezcla asfáltica resultante.
Adicional a lo anterior, Dynasol participa activamente en los comités de trabajo de
la Asociación Mexicana del Asfalto, particularmente en el comité de emulsiones. Aun
cuando se tienen experiencias en la elaboración de emulsiones de asfalto modificado, pocas
experiencias documentales se tienen de uso de RAP combinado con técnicas donde se usan
las emulsiones como la mezcla en frío. Se considera que es una buena oportunidad para
desarrollar la tecnología que sea punta de lanza para generar tecnologías sustentables y de
bajo impacto a la huella de carbono, poniendo a Tamaulipas como un estado líder e
innovador en esta área. Este trabajo puede ser útil a la secretaría de comunicaciones y
transportes como base de normativa en el uso de RAP combinado con la mezcla en frío.
Un detalle adicional a los aspectos sustentables es el hecho de demostrar que es una
tecnología más económica que compite contra la mezcla en caliente y que permitirá ser un
hito si se demuestra esto, para seguir propagando su aplicación. Según estudios reportados,
se estima un ahorro del orden entre 30 a 40% comparado con tecnologías de mezcla en
caliente.
Otro aspecto importante a mencionar es que la vinculación académica con la
Universidad Autónoma de Tamaulipas y el Instituto Tecnológico de Ciudad Madero
permitirá generar materiales de aplicación y artículos técnicos que incrementen el acervo
cultural y el aprendizaje de futuros ingenieros civiles.
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DEL PROYECTO
Orígenes, estructura, objetivos y competencias fundamentales de la empresa
Dynasol Elastómeros S.A. de C.V. es una empresa productora de caucho sintético
pro proceso de polimerización en solución. La empresa es resultado de la unión comercial
(joint venture) de dos grupos inversionistas con una contribución del 50% cada una de ellas
en el capital de inversión. Por un lado el grupo Repsol de España, que es la petroquímica de
este país más importante con presencia en diferentes partes del mundo, y por otro lado el
grupo mexicano KUO, que cotiza en la bolsa mexicana de valores y que tiene negocios en
sectores de autopartes (pistones y cardanes), alimento de marca, industria porcina,
construcción de complejos turísticos y cuatro empresas del sector petroquímico donde una
de ellas es Dynasol.
Dynasol cuenta con tres plantas productoras de copolímeros de estireno-butadieno,
una de ellas localizada en Altamira, Tamaulipas con una capacidad de producción de
190,000 toneladas anuales de caucho, la segunda localizada en Santander España, con una
capacidad de 210,000 Toneladas anuales de caucho y una tercera que entrara en operación
en primer trimestre del 2015 con una capacidad equivalente a la planta de Santander.
El principal objetivo de Dynasol es ser una planta de clase mundial, líder en la
producción de caucho sintético que cumpla los requisitos acordados con sus clientes en los
segmentos de mercado de asfalto modificado, adhesivos, calzado, compuestos técnicos,
modificación de plásticos y neumáticos, con una visión de bajo impacto de emisiones
ambientales y cuidando los estándares de seguridad.
Dynasol forma parte de los 10 negocios de hule sintético más grandes del mundo,
siendo el primero en ventas en el segmento de asfalto modificado para las aplicaciones de
pavimentos, impermeabilizantes, selladores y emulsiones.
Dynasol cuenta con dos centros tecnológicos de desarrollo de productos y otros dos
centros donde se desarrollan nuevas aplicaciones y se da servicio técnico post-venta a los
clientes. Es precisamente en uno de estos centros de desarrollo de aplicaciones donde se
cuenta con la competencia para desarrollar emulsiones asfálticas que van a ser utilizadas en
el desarrollo del proyecto.
Dynasol cuenta con una amplia gama de productos de copolímeros de estireno-
butadieno que se resume en las siguientes familias de productos: SB, SBS, SBR y SEBS,
siendo los tres primeros ampliamente utilizados en aplicaciones de emulsiones de asfalto
modificado.
Cumplimiento de las funciones críticas de administración
De resultar el proyecto exitoso se considera que dentro de los entregables deberá
haber lo siguiente: Manual de la aplicación que describe desde la procuración y calidad de
materiales hasta el producto terminado y aplicado, artículos técnicos candidatos a ser
publicables en revistas de talla internacional, posibilidad de patente sobre aplicación de
productos.
Desde el punto de vista de las unidades académicas, las publicaciones técnicas
contribuyen al acervo tecnológico de investigadores vinculados al sistema nacional de
investigadores adicional a tesis para formación de Ingenieros civiles o químicos interesados
en la materia.
Para Dynasol como empresa privada es de interés consolidar y abrir la factibilidad
de aplicación de los elastómeros aplicables en emulsiones de asfalto modificadas con
polímeros, en la búsqueda de tecnologías sustentables. Adicional a ello dar soporte a
entidades como la Asociación Mexicana del Asfalto, la Secretaría de Comunicaciones y
Transportes y el Instituto Mexicano del transporte en compartir la experiencia para
contribuir a la práctica recomendable que pudiera ser aplicable no solo en Tamaulipas sino
a nivel nacional. Adicional a ello se pudiera gestionar una patente de aplicación de
elastómeros en tecnologías sustentables.
Es muy factible que al término de proyecto con resultados positivos podría generar interés
de las dependencias mencionadas para hacer otros tramos de prueba con la experiencia
realizada, que podría enriquecer el modelo con el uso de diferentes fuentes de RAP, y los
agregados típicos de la localidad.
Experiencia del responsable técnico
El responsable y coordinador técnico del proyecto es el Dr. Gabriel Hernández
Zamora, quien tiene más de 10 años de experiencia de uso de elastómeros de tipo estireno-
butadieno en aplicaciones de asfalto modificado. Dentro de Dynasol (donde se tienen 18
años laborando) ha participado en la coordinación de desarrollo de proyectos para
aplicaciones en pavimentos de asfalto, en impermeabilizantes asfálticos, selladores
asfálticos y ahora en aplicaciones de emulsiones de asfalto modificado con polímeros
(particularmente elastómeros de estireno-butadieno). Es autor de patentes en elastómeros y
de artículos técnicos de aplicación en asfalto modificado y participación en diferentes
congresos y foros internacionales de uso de asfalto para pavimentos e impermeabilizantes.
Como soporte a la coordinación se encuentra el Ingeniero Jesús Alberto Mexicano
García, quien es ingeniero Químico egresado del Instituto Tecnológico de Ciudad Madero,
tiene 6 años de antigüedad laborando en Dynasol, de los cuales 4 se ha dedicado al
desarrollo de formulaciones asfálticas para las diferentes aplicaciones de elastómeros
modificadores. Tiene ya dos ponencias internacionales en Brasil y Guatemala, y
actualmente participa en el comité técnico de emulsiones de la Asociación Mexicana del
Asfalto.
Por parte de la Universidad Autónoma de Tamaulipas se cuenta con tres profesores
vinculados, quienes darán el soporte en los diseños de asfalto a nivel de compactador
Marshall y se espera que el proyecto pudiera tener como alcance para obtener un
compactador giratorio, ya que la nueva normatividad en México del protocolo AMAAC así
lo considera. Dado que la facultad cuenta con la carrera de Ingeniería Civil, cuenta con un
laboratorio que puede ayudar en diseños preliminares, y también en el soporte de la
aplicación de algún tramo de prueba con un banco de RAP seleccionado y la mejor
formulación definida en las evaluaciones de pruebas mecánicas, reológicas y térmicas.
Por parte del Instituto Tecnológico de Ciudad Madero se cuenta también con tres
profesores vinculados, especialistas en Reología del asfalto, mediciones de distribución de
tamaños de partícula en emulsiones asfálticas y composición del asfalto. Es de interés para
esta institución en mejorar su técnica instrumental de cuantificación de composición del
asfalto a una técnica instrumental vía Iatroscan.
Es muy posible que se requiera el soporte de servicios externos como laboratorios
Rocher Ingeniería, S.A. de C.V. para hacer los diseños confirmatorios y obtener la mejor
formulación candidata a ser escalable en pruebas de campo.
También se requerirá posiblemente los servicios del Instituto Mexicano del
Transporte para realizar diseños tipo protocolo AMAAC que pudiera irse vinculando a
enriquecer las practicas recomendadas que se comparten con la Secretaría de
Comunicaciones y Transportes.
Se requerirá también la contratación de alguna compañía constructora de
pavimentos para realizar algún tramo de prueba que nos permita verificar la viabilidad
técnica de la tecnología sustentable desarrollada.
Récord de éxito en la comercialización de proyectos similares
El análisis económico sobre el uso de la técnica de rehabilitación de pavimentos con
asfalto RAP realizado por el NCAT (National Center for Asphalt Technology) muestra la
siguiente relación de costos comparando una operación de reciclado contra el mismo
proceso constructivo con agregados y asfaltos nuevos o jóvenes para un diseño de
pavimentación con un 5% de asfalto efectivo.
Costos con asfalto virgen
Agregado virgen: $13.00 USD/Ton
Asfalto joven: $435.00 USD/Ton
Costo por tonelada de mezcla para pavimentación: $34.10 USD/Ton
Costos con material RAP
Agregado virgen: $13.00 USD/Ton
Proceso de obtención de RAP: $9.00 USD/Ton
Costo por tonelada de material con un 20% de RAP: $28.99 USD/Ton
Monto de ahorro usando asfalto reciclado (RAP): $5.11 USD/Ton
En términos generales, el uso de esta técnica de pavimentación supone un ahorro en
términos de materiales básicos del 15% respecto de una técnica de pavimentación
convencional con materiales nuevos o jóvenes.
Adicionalmente en términos de energía, estudios realizados en países Europeos
como España y Francia demuestran que una mezcla convencional en caliente consume
alrededor de 147 MJ por cada metro cúbico de mezcla asfáltica tendida mientras que una
mezcla en frio con emulsión consume únicamente 100 MJ por cada metro cúbico de
mezcla.
PLAN DETALLADO DEL PROYECTO
El proyecto aquí propuesto consta de las siguientes etapas generales de desarrollo:
Revisión de estado del arte.- Análisis bibliográfico sobre técnicas de reciclado de
pavimentos flexibles, uso de emulsiones asfálticas para reciclado y métodos de
diseño de pavimentos actuales (Diseños Marshall y SUPERPAVE).
Definición conceptual de los parámetros iniciales de diseño de mezcla asfáltica
reciclada con emulsión
Adquisición y caracterización de banco de material reciclado.- Consistirá en la
caracterización granulométrica del material reciclado y la extracción, separación y
evaluación de asfalto y agregado como componentes principales del material RAP.
Diseño de la emulsión asfáltica modificada con polímero
Determinación de parámetros particulares de diseño de mezcla
Diseño de mezcla y evaluación de parámetros estructurales y mecánicos de
desempeño
Experiencia en campo
La figura 2 expone el esquema general de desarrollo del proyecto.
Figura 2. Esquema general de proyecto
Tabla 2. Relación de responsabilidades particulares
Integrante Responsabilidad
Dynasol
Gabriel Hernández Zamora Coordinación técnica del proyecto
Elaboración de reportes técnicos trimestrales
Jesús Alberto Mexicano García Definición de diseños experimentales y análisis de resultados
Supervisión técnica de colaboración con ITCM
Supervisión técnica de colaboración con UAT
Análisis de desempeño de asfalto RAP
Diseño, fabricación y caracterización de emulsiones asfálticas
modificadas
Elaboración de reportes técnicos trimestrales
ITCM
Tomas Lozano Ramirez Coordinación de actividades ITCM
Elaboración de reportes técnicos trimestrales
José Áaron Melo Banda Pruebas de laboratorio
Análisis reológico de asfaltos modificados con elastómeros
Elaboración de reportes técnicos trimestrales
Ana Beatriz Morales Cepeda Pruebas de laboratorio
Análisis reológico de residuos asfálticos de emulsión
Elaboración de reportes técnicos trimestrales
UAT
Ricardo Tobias Jaramillo Coordinación de actividades UAT
Elaboración de reportes técnicos trimestrales
Rodolfo Barragán Ramirez Pruebas de laboratorio
Análisis granulométrico de asfalto reciclado
Diseño, fabricación y caracterización de mezclas asfálticas
RAP con emulsión modificada
Elaboración de reportes técnicos trimestrales
David Ángel Moreno Ramos Soporte técnico en el diseño de pavimentos flexibles
Juana Treviño Trujillo Revisión bibliográfica
Elaboración de reportes técnicos trimestrales
Sergio Bernardo Jiménez
Hernandez
Soporte técnico
Julio Cesar Rolón Aguilar Soporte técnico
Marcos Alfredo Azuara
Hernandez
Soporte técnico
Figura 3. Programa de trabajo
Figura 3. Programa de trabajo (continuación)
PRESUPUESTO
Tabla 3. Relación de gastos de proyecto
Rubro Justificación Monto
Gasto corriente
Estudios comparativos
tecnológicos
Adquisición de normativas internacionales y estudios
de estado del arte $150,00.00
Pago de servicios
profesionales externos
Nómina de Equipo de trabajo Dynasol Altamira $900,00.00
Consultoría en Diseño de pavimentos flexibles $90,000.00
Diseño de mezclas asfálticas con laboratorio externo $1,500,000.00
Gastos de operación Consumibles, refacciones, patrones de verificación y
calibración de equipos $600,000.00
Estudiantes asociados Beca de practicantes de licenciatura asignados al
proyecto $80,000.00
Actividades de difusión Participación en seminarios y congresos técnicos de
la especialidad $500,000.00
Total $2,770,000.00
Gasto de inversiones
Analizados Iatroscan Análisis de composición química de asfaltos $1,434,415.00
Compactador
SUPERPAVE Análisis de desempeño de mezclas asfálticas $650,000.00
Rueda cargada Análisis de desempeño de mezclas asfálticas $200,000.00
Total $2,284,415.00
Gasto concurrente
Gastos de vinculación IES Proyecto de vinculación UAT $1,717,789.80
Proyecto de vinculación ITCM $1,145,193.27
Total 2,862,983.00
Monto total presupuestado $7,917,398.00
CONTROL DEL PROGRAMA DE TRABAJO DEL PROYECTO
Durante la ejecución del proyecto se utilizarán las siguientes herramientas de
seguimiento al programa de trabajo:
Reuniones de seguimiento: Conferencias telefónicas, videoconferencias o reuniones
de trabajo que permitirán verificar el estado general de las actividades programadas
con las IES (UAT e ITCM).
Frecuencia mensual a partir del mes de Enero de 2015
Emisión de informes parciales: Informes de carácter técnico integrados por los
resultados obtenidos por las IES (UAT e ITCM) y Dynasol en un periodo de tiempo
bien definido y que deberán enviarse a revisión con el Coordinador Técnico del
proyecto.
Frecuencia bimestral a partir del mes de Febrero de 2015
Informe semestral de avance de proyecto e integración de informe final
(entregables).
PROTECCIÓN DE LA PROPIEDAD DE RESULTADOS DEL
PROYECTO TECNOLÓGICO
Los resultados científicos y técnicos, así como los desarrollos para obtener
prototipos y productos, resultado de este proyecto, estarán debidamente resguardados como
SECRETO INDUSTRIAL y por los medios autorizados por los organismos nacionales e
internacionales del Registro de la Propiedad Intelectual (IMPI, entre otros). Se realizará un
estudio de libertad de producción y patentabilidad de los resultados técnicos para que de esa
forma, poder verificar que la información pueda ser viable para patentar. Todo el desarrollo
científico de este proyecto será asignado en propiedad intelectual a Dynasol Elastómeros
S.A. de C.V., conforme a lo establecido de los convenios de colaboración por servicios
celebrados con el CIQA y el ITCM. Por lo tanto, el derecho de explotación de la tecnología
pertenecerá exclusivamente a Dynasol Elastómeros y se reconocerá en su caso, la autoría
técnica y científica de los investigadores de la empresa y de las instituciones y Centros de
Investigación involucrados