Comparación en laboratorio de las propiedades mecánicas de mezclas asfálticas con caucho producidas mediante el proceso húmedo, seco y semi-húmedo

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(1)UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS. Comparación en laboratorio de las propiedades mecánicas de mezclas asfálticas con caucho producidas mediante el proceso húmedo, seco y semihúmedo TESINA DE INVESTIGACIÓN. Francisco Benjamín Chávez More Máster Universitario en Sistemas de Ingeniería Civil. 2018.

(2) Departamento de Ingeniería Civil: Transporte y Territorio Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos AUTOR:. FRANCISCO BENJAMIN CHAVEZ MORE. DIRECTOR:. JOSE RAMON MARCOBAL BARRANCO. Comparación en laboratorio de las propiedades mecánicas de mezclas asfálticas con caucho producidas mediante el proceso húmedo, seco y semi-húmedo. TESINA DE INVESTIGACIÓN.

(3) PARTE A. ESTADO DEL ARTE Estado del Arte del caucho, los neumáticos fuera de uso, su aplicación en mezclas asfálticas y el caucho pre-tratado. Francisco Benjamín Chávez More Master Universitario en Sistemas de Ingeniería Civil Universidad Politécnica de Madrid 2018.

(4) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. INDICE 1. Introducción. 5. 2. El caucho y los neumáticos fuera de uso. 6. 2.1. El caucho. 6. 2.2. Neumáticos fuera de uso. 7. 2.3. Composición de los neumáticos fuera de uso. 9. 2.4. Reciclado y tratamiento de los NFU. 10. 3. El caucho triturado en pavimentos. 15. 3.1. Tecnologías de aplicación de caucho en pavimentos. 15. 3.2. Incorporación del caucho en la mezcla asfáltica. 16. 4. RAR. 21. 4.1. Composición del RAR. 22. 4.2. Fabricación del RAR. 23. 4.3. Modelo estructural y comportamiento del RAR. 24. 4.

(5) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. 1. INTRODUCCION La conservación ambiental ha ido tomando una importancia primordial en nuestra sociedad a lo largo de los años. Es por esto que la búsqueda de un desarrollo más sostenible, para reducir el consumo de recursos y los daños al medio ambiente, se ha convertido en uno de los objetivos prioritarios de los gobiernos. Bajo este concepto la infraestructura de carreteras es un sector que genera una gran demanda de recursos, ya que durante la construcción, reparación y mantenimiento de los pavimentos se necesita una gran cantidad de materiales y energía. En Europa se fabrican alrededor de 300 millones de toneladas de mezclas asfálticas en caliente cada año, siendo la aportación de España de unos 30 millones de toneladas fabricadas [1]. Los áridos suponen más del 90% en peso de las mezclas asfálticas [2], lo que se traduce en 270 millones de toneladas de áridos solo en Europa. Por esta razón el desarrollo de nuevas tecnologías y el uso de materiales alternativos pueden suponer una contribución significativa para reducir el impacto medioambiental de las mezclas asfálticas. Es durante la década de los setenta e inicios de los ochenta cuando se empieza a tener en cuenta el empleo de residuos y subproductos en la fabricación de las mezclas asfálticas [3-5]. Desde aquí, el desarrollo de las mezclas asfálticas semicalientes (WMA), el reciclado de pavimentos asfálticos de carreteras (RAP), los residuos de diversos productos o la construcción, son algunas técnicas o materiales que se han implementado en la elaboración de mezclas asfálticas, logrando además buenos resultados en lo que se refiere a mejora en el rendimiento de los pavimentos [6-8]. Dentro de todas éstas alternativas, uno de los materiales que viene destacando es el uso del caucho, en especial el procedente de neumáticos fuera de uso (NFU), que además de mejorar el rendimiento de las mezclas asfálticas, permite reutilizar un material que hasta hace muy poco solo se incineraba. Hay distintas maneras en las cuales el caucho se ha utilizado e implementado dentro de las mezclas asfálticas (proceso en seco o proceso en húmedo), cada una con grandes beneficios, pero también desventajas, como es el tiempo necesario para que el caucho reaccione con el asfalto o las altas temperaturas necesarias para lograr esto. Recientemente la aparición de un nuevo producto a base de caucho predigerido, RAR-X, que puede ser añadido directamente a la mezcla sin importar el tipo de ésta, parece ser un avance importante en ésta área, ya que debería mantener los beneficios de los métodos tradicionales, pero eliminando, o en todo caso disminuyendo en gran cantidad, sus desventajas. En el presente trabajo de investigación se hace una comparación y análisis del comportamiento de mezclas asfálticas elaboradas con adición de caucho pre-digerido con otras mezclas elaboradas mediante los métodos tradicionales seco y húmedo.. 5.

(6) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. 2. EL CAUCHO Y LOS NEUMATICOS FUERA DE USO (NFU) 2.1. EL CAUCHO El caucho es un polímero elástico que se puede conseguir de forma natural o sintética. De forma natural se obtiene a partir de una emulsión lechosa (látex) que se genera de la savia de ciertas plantas como defensa de heridas en su tronco, siendo la principal fuente de látex las euforbiáceas, del género Hevea, tales como la Hevea brasilensis. El caucho natural se obtiene por medio de un proceso sistemático llamado “sangrado”, que no es otra cosa que realizar un corte angular profundo que debe ir desde la corteza hasta el cambium. Este corte debe abarcar una extensión de alrededor de un tercio hasta la mitad de la circunferencia del tronco, colocando un recipiente para recolectar el látex que exudará por el corte, que será de unos 30 ml por corte aproximadamente [9]. Aunque inicialmente sólo se encontraban en la selva amazónica, hoy en día, la Hevea se cultiva en grandes plantaciones alrededor del mundo, generalmente de propiedad de grandes industrias del neumático, que para obtener mayores volúmenes de caucho utilizan injertos modificados genéticamente. Con una densidad de aproximadamente 0,95 kg/m3, el caucho natural es un material con una baja conductividad térmica, elástico, sin plasticidad, que se envejece bajo la luz del sol, se oxida en presencia de oxígeno, reblandece con el calor y se endurece con el frío. A temperaturas menores a 100°C el caucho se vuelve rígido y duro, mientras que, si es calentado sobre los 100°C, se vuelve flexible, suave y transparente. Por su parte, el caucho sintético es un polímero elastómero que proviene generalmente de la polimerización de una variedad de monómeros, a partir de refinados petrolíferos. Esta mezcla de monómeros en varias proporciones deseables, otorgan un amplio rango de propiedades físicas, químicas y mecánicas, mejores incluso que las del caucho natural. Adicionalmente el caucho puede ser vulcanizado. La vulcanización es un proceso de curado que, al añadir al caucho caliente moléculas de azufre, forma un polímero reticular, que mantiene su elasticidad, pero que además es resistente a la abrasión, no se ablanda con el calor, no se vuelve quebradizo al frío y es insoluble en disolventes orgánicos [10]. En general el caucho, tanto natural como sintético, tiene, además de excelentes propiedades elásticas y resistencia ante los ácidos y sustancias alcalinas, un buen comportamiento como material repelente de agua, aislante de la temperatura y electricidad, y una fácil disolución frente a petrotatos, bencenos y algunos hidrocarburos. Es por estas buenas propiedades que actualmente se fabrican una gran cantidad de artículos de caucho para uso diferentes. Usos que van desde la fabricación de guantes, para la industria médica o de la construcción, correas transportadoras para las grandes fábricas, hasta la fabricación de neumáticos para los automóviles. Sin embargo, es esta versatilidad y abanico de propiedades y usos, lo que lo ha convertido en un problema ecológico. A la par de la gran cantidad de productos fabricados a base de caucho, en especial de la fabricación de neumáticos, le ha seguido una mala práctica de eliminación y reciclado. Un neumático de caucho demora aproximadamente diez siglos para que se degrade y desaparezca de la naturaleza, lo que indica que si no se recicla permanecerá siempre allí donde se deje. Antiguamente el método más elegido para la eliminación de estos residuos era la incineración, lo que 6.

(7) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. provocaba una gran cantidad de problemas ambientales por la cantidad de partículas nocivas que se desprendían de este proceso, motivo por el cual fue prohibido por el Convenio de Basilea y el Tratado de Tokyo. Pero, además, el simple hecho de su almacenaje y acumulación en vertederos donde no se les daba el tratamiento adecuado constituían de por sí un riego ecológico, por la degradación química que sufren, el riesgo a la generación de incendios y problemas de salubridad por ser focos de roedores, insectos y otros animales pequeños. 2.2. NEUMÁTICOS FUERA DE USO El neumático o llanta es un elemento fabricado principalmente a base de caucho, que se coloca en la rueda de un vehículo para dotarle de adherencia al pavimento, estabilidad y confort. El neumático es la única parte del vehículo que tiene contacto con el pavimento o suelo, y por lo tanto de aquí depende muchas veces el comportamiento del vehículo. Cada año, cerca de 1000 millones de neumáticos llegan al final de su vida útil en todo el mundo, causando una gran cantidad de efectos negativos hacia el medio ambiente y las personas; y este número viene aumentando considerablemente con el paso del tiempo. Por ejemplo, en países como Estados Unidos el consumo de neumáticos es algo superior a una llanta por habitante/año, 275 millones [11], y alrededor de 180 millones en los países de la Unión Europea [12]; todo esto sin contar la gran cantidad de neumáticos usados acumulados en vertederos, que ascienden a cerca de 800 millones en todo el mundo [13]; y de seguir así, para el año 2030, se podría alcanzar valores cercanos a las casi 5000 millones de llantas, incluyendo las acumuladas, para ser descartadas regularmente [14].. Figura 1. Neumáticos fuera de uso (NFU) acumulados. Para mejorar esta situación, diversas agencias a lo largo del mundo han empezado a desarrollar tecnologías que permitan, además de reducir el consumo de neumáticos en todo el mundo, eliminar o reutilizar los neumáticos que hayan llegado a su etapa final de vida. En el caso de la Unión Europea, se ha introducido diferentes directrices que incluyen restricciones significativas para el vertido de NFU en favor de alternativas orientadas hacia la recuperación de energía y materiales [15]. En España la gestión de los NFU está regulada por diversas normativas, siendo tal vez las más importantes, y 7.

(8) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. que hablan directamente sobre los NFU, “El Plan Nacional de Neumáticos Fuera de Uso 2001-2006” que prohíbe la eliminación de los neumáticos enteros a partir de enero de 2006 y el de los neumáticos troceados a partir de enero de 2006; y el REAL DECRETO 1619/2005, que contiene las directrices sobre la gestión de NFU para regular las obligaciones de los agentes económicos que intervienen en todas sus fases. Además, basándose en ésta última se establecieron dos Sistemas Integrados de Gestión (SIG), el primero y que agrupa la mayor parte de los productores de neumáticos nacionales es SIGNUS ECOVALOR, mientras que el segundo, TRATAMIENTO DE NEUMATICOS USADOS (TNU), agrupa la mayor parte de los importadores de neumáticos. De acuerdo con diversas investigaciones, las posibles aplicaciones de reutilización y de reciclado de los NFU son muy variadas, y van desde el uso de neumáticos enteros, cortados en trozos o tiras hasta como material granulado; aunque debido a su alto poder calorífico también constituyen un buen combustible, incluso mejor que el carbón y menos contaminante que éste, al contener el neumático menos contenido de azufre, y que con una mejor tecnología para el control de gases, puede ser valorizado energéticamente en centrales eléctricas, cementeras, industrias papeleras, etc. [16-18]. En España, en el año 2011, el 42% de los NFU se han destinado a la generación de energía, especialmente en centrales cementeras, el 10% fue reusado y el 48% restante ha sido destinado a recuperación del material [19]. Según reportes de SIGNUS, en 2017 se gestionó en España más de 186 500 toneladas de NFU, y del total de toneladas gestionadas, 22 427 se destinaron a la preparación para la reutilización, 94 574 se separaron en sus componentes, 66 731 se utilizaron en el co-procesado de fabricación de cemento, 2 695 para la generación de energía eléctrica y 99 toneladas para otros casos [20].Así se ha enfocado en conseguir una mayor eficiencia operacional y promover el desarrollo de productos y de mercados que absorban estos residuos.. Figura 2. Reciclaje y valoración de los NFU. Fuente: SIGNUS (2017). 8.

(9) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. 2.3. COMPOSICIÓN DE LOS NEUMÁTICOS FUERA DE USO Los neumáticos son el producto de un diseño complejo que debe adecuarse a las condiciones de uso, y para esto debe cumplir con una serie de requerimientos técnicos. Por este motivo, todos los materiales usados deben tener una prolongada durabilidad y cumplir con altos niveles de calidad. La cantidad de materiales que componen un neumático es importante, aunque estos valores pueden variar dependiendo del uso específico que recibirá, ya sea, carro de pasajeros, vehículo utilitario, camión, etc. Sin embargo, en todas las categorías de neumáticos podemos encontrar al menos cuatro categorías de grupos fundamentales de materiales: cauchos, negro humo/sílices, materiales de refuerzo y facilitadores (aceites, antioxidantes, etc.). En la Tabla 1 se muestra un perfil general de la composición material de un neumático de auto y camión producida para el mercado europeo. Tabla 1. Composición en peso de un neumático de auto o camión. Adaptado de Shulman (2000) Material Caucho Negro humo y Sílice Acero Textiles Azufre y otros vulcanizadores Aditivos Aceites aromáticos. Auto (%) ±43 ±27 ±11 ±5 ±3 ±3 ±8. Camión (%) ±45 ±20 ±22 ±1 ±3 ±3 ±8. El esqueleto del neumático consiste en un talón de acero, o de otro material dependiendo del uso, formando así la columna vertebral al pie del neumático. El neumático tiene una serie de cables de refuerzo que se extienden transversalmente de talón a talón sobre el neumático, ver Figura 3. Los cables comúnmente son de nylon (coches) o acero (camiones), aunque pueden ser de una combinación de los dos. Los cables van recubiertos con el caucho y le dan forma a la banda de rodadura y los flancos. El objetivo del collar y los cables es reforzar el neumático y permitirle un buen desempeño sin experimentar excesivas deformaciones [18].. Figura 3. Composición de un Neumático. 9.

(10) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. 2.4. RECICLADO Y TRATAMIENTO DE NFU El ciclo de vida de un neumático comprende tradicionalmente cinco etapas principales, las cuales incluyen la extracción, fabricación, consumo, recolección de neumáticos usados y manejo de los residuos [21]. La esperanza de vida de un neumático se calcula entre 5-7 años, durante los cuales puede ser recauchutado, pero una vez que el neumático sea retirado del vehículo se considerará como residuo [18]. Como se mencionó anteriormente, un neumático desechado se puede reutilizar de diferentes maneras, como neumáticos enteros, en partes (tiras o trozos) o granulado, como caucho molido o polvo.  Neumáticos enteros: se han propuesto o utilizado en una gran cantidad de aplicaciones en la ingeniería civil debido a sus particulares propiedades físicas. Comparadas con otros materiales tradicionales son ligeras, tienen buen drenaje y una compresibilidad relativa, ejercen baja presión lateral y tienen una baja conductividad térmica. Por lo tanto, son muy adecuadas para bases con suelos húmedos o inestables que requieren materiales con baja densidad. Los NFU enteros se pueden usar también como reductores de ruido. En la UE se ha podido reducir los niveles de ruido de autovías y carreteras secundarias nacionales hasta en 10 dB(A), en especial en países escandinavos como Finlandia [10]. También se han usado satisfactoriamente desde 1960, en especial en el Pacifico Sur y Asia, como arrecifes artificiales, barreras marinas, sistemas de protección costeras, criaderos de peces, rompeolas y sistemas de defensas marinos [22-25]. Asimismo, los NFU tienen un alto poder calorífico que ronda entre los 34 MJ/kg a 39 MJ/kg, mayor incluso al del carbón, lo que lo convierte en un combustible apto para reemplazar los combustibles fósiles, en especial en la producción de cemento [10,16].  En tiras o trozos: las tiras son básicamente pedazos de neumático planos de forma irregular, con filos dentados que pueden contener alambres de metal, del refuerzo de acero, sobresaliendo como objetos punzantes. El tamaño de las tiras puede estar entre 25 a 400 mm, estando la mayoría entre 100 y 200 mm. Los trozos por otra parte son más finos y de un tamaño más uniforme que las tiras, y van desde los 13 hasta los 75 mm. Ambas no reaccionan bajo condiciones ambientales normales (21), pero las tiras pueden llegar a tener densidades sueltas y densidades compactas mayores, 535 kg/m3 y 840 kg/m3 respectivamente [10],es por esto que las construcciones donde se necesitan rellenos con materiales ligeros, sea tal vez el mercado más grande donde se usan las tiras y trozos de NFU [26-28]. Sin embargo no es el único campo en el que se utilizan, las tiras son usadas ampliamente en la base de los trazos de las carreteras y vías férreas, como capas absorbentes de impactos para superficies deportivas y más recientemente como base para tuberías, además el drenaje que provee las tiras y trozos de caucho es excelente ya que permite que la presión del agua no se acumule [10,29].  Granulado: el caucho granulado es el resultado final del proceso de trituración y se puede dividir a su vez en caucho molido o polvo de caucho. El primero contiene partículas de caucho entre 9,5 y 0.85 mm, mientras que el segundo son 10.

(11) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. las partículas más pequeñas en un rango de 1,2 hasta 0,42 mm, incluso se pueden encontrar partículas menores a 0,075 mm. La gravedad especifica del polvo de caucho varía entre 1,10 y 1,20, además ya no debe estar contaminado con restos de acero, nylon u otros contaminantes [18,21]. El caucho granulado tiene una gran cantidad de usos en diversas industrias, incluso mayor que en sus otras formas. Entre las mayores aplicaciones en las que se usa el caucho granulado podemos encontrar las superficies de deportes y campos de juegos, productos y aplicaciones industriales (materiales para techado, absorción sonora, tapetes vibradores, etc.), en mezclas bituminosas, y piezas moldeadas [10,17,20,30]. Su uso como agregado en la fabricación de morteros o concreto, también ha sido investigado [26,31-33]. Además, es usado como combustible como se mencionó en el caso de los neumáticos enteros, aunque en este caso no es posible hablar de reciclado[10,16]. En la Figura 4 se muestra la distribución del uso que ha tenido el polvo de caucho en España desde los años 2009 hasta 2016. Aunque en el caso de las mezclas bituminosas, el consumo ha ido disminuyendo en los últimos años, aun no se ha llegado alcanzar el verdadero potencial que tiene esta aplicación [17], la red vial supone un gran mercado potencial capaz de consumir por si solo todo el neumático que se recicle, y son muchas las investigaciones acerca del uso del caucho triturado en mezclas y pavimentos asfalticos, lo que permite pensar esto.. 0.8%. Campo de fútbol. 27.4%. Mezclas bituminosas. 43.1%. Parques infantiles Suelas de zapatos Piezas moldeadas. 11.5% 0.6%. Exportación. Otros. 15.0% 1.6%. Figura 4. Destino del caucho granulado. Adaptado de SIGNUS (2017). La fabricación de un neumático es un proceso complicado que involucra una gran cantidad de materiales que luego se unen. Este proceso complejo es lo que conlleva también a tener procesos de reciclado complicados. El proceso de vulcanización al cual es sometido el neumático le confiere una gran estabilidad físico-química que dificulta la separación de sus diferentes componentes, además de ser un proceso irreversible [10]. Sin embargo, con el tiempo se ha llegado a tener procesos cada vez más eficientes para la separación de los componentes de un neumático. En la Figura 5 se muestra la clasificación, por parte de la Asociación Europea de Reciclaje de Neumáticos (ETRA), de las diferentes tecnologías de reciclaje según el tratamiento. Dependiendo del uso y la actividad a la cual se destine se empleará uno, varios o todos los niveles. 11.

(12) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. Figura 5. Niveles de tratamiento de NFU. Fuente: Serrano E, García L, Fraile M (2007). Para obtener el tipo de productos de los cuales se ha hablado anteriormente, los métodos más usados son la reducción a temperatura ambiente y criogénico, siendo el primero el más utilizado en España [17]. En la Tabla 2 se muestran las tecnologías empleadas para obtener cada tipo de producto. Tabla 2. Caracterización de los productos según tecnologías empleadas. Fuente: Serrano E, García L, Fraile M (2007).  Proceso de Reducción Criogénico: en este proceso se hace uso de nitrógeno líquido o algún otro material congelante o método similar para congelar los trozos de neumático antes de la reducción de tamaño. Las temperaturas usuales van desde -87 hasta -198 °C para que el caucho se vuelva frágil. El proceso puede estar compuesto por un sistema de cuatro fases que incluye una reducción inicial, enfriamiento, separación y molido. El material se hace entrar en una máquina de enfriado donde se hace correr el nitrógeno líquido o el refrigerante elegido. Con la ayuda de un martillo se golpean los trozos de caucho congelado para obtener 12.

(13) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. partículas más pequeñas. El acero es separado normalmente del producto final con el uso de magnetos y las fibras son removidas por medio de aspiración y cribado. El producto final aparece brillante, limpio, con caras fracturadas, partículas más suaves y con una relativa menor área superficial que las obtenidas por el proceso a temperatura ambiente [21].  Proceso de Reducción a Temperatura Ambiente: en la actualidad es el método más usado en España y en el mundo. Como su nombre lo indica, este método consiste en procesar los neumáticos desechados a temperatura ambiente para reducir el tamaño de sus partículas. En la Figura 7 se presenta un diagrama con las fases del proceso, el cual se puede dividir en las siguientes etapas: i). Trituración: Los neumáticos enteros recogidos son llevados por los transportistas a la planta de tratamiento, donde son depositados y almacenados. En las plantas procesadoras, los neumáticos son colocados, mediante una cinta transportadora o una pala, en una trituradora primaria, que dependiendo de la tecnología y la cantidad de neumáticos a triturar puede estar compuesto por uno o dos rotores o, en todo caso, ejes de cuchillas que giran en sentido contrario para cortar el neumático.. Figura 6. Proceso de tratamiento de NFU. Fuente: Aparicio & Rodríguez (2018). ii). Granulación: De la primera etapa de trituración se pueden obtener trozos de neumático entre 20 y 400 mm. Los trozos mayores a 150 mm son llevados de nuevo por la trituradora primaria, mientras que el resto pasa por una serie de molinos o trituradoras secundarias donde se obtienen tamaños entre 15 y 6 mm. Aquí también se realiza el primer proceso de selección de materiales, los pedazos de caucho pasan por los magnetos, donde se recoge el 95% de los alambres de acero. Y finalmente los trozos que quedan de caucho pasan 13.

(14) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. por una trituradora terciaria o de finos, donde se obtiene finalmente el polvo de caucho, con partículas menores a 0.8 mm. iii). Separación de Acero y Fibra Textil: La disgregación de las fibras textiles y el acero se lleva a cabo normalmente durante la etapa de granulación, aunque dependiendo de la planta también es posible que se realice en la etapa de trituración. Para retirar el acero se hace uso de unos separadores magnéticos, mientras que la separación de la fibra textil se puede realizar mediante cinta balística, que consiste en una cinta transportadora vibratoria con una pequeña inclinación, o bandejas vibratorias, que combina la separación del caucho por tamizado con dispositivos basados en corrientes de aire.. 14.

(15) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. 3. EL CAUCHO TRITURADO EN PAVIMENTOS 3.1. TECNOLOGÍAS DE APLICACIÓN DE CAUCHO EN PAVIMENTOS De todos los usos que tiene el caucho triturado, en el presente trabajo nos enfocaremos en su uso como polvo de caucho dentro de los pavimentos y mezclas bituminosas. El uso de polvo de neumático como modificador de betún se ha estado desarrollando durante más de 50 años [34]. Durante años ingenieros y químicos trabajaron para poder mezclar cauchos naturales y sintéticos con cementos asfálticos y así mejorar las propiedades elásticas del ligante [35], sin embargo durante estas primeras investigaciones la tarea fue difícil y los resultados eran desde poco beneficiosos a casi nulos. El rendimiento de los pavimentos es un componente clave para determinar si el uso del polvo de neumáticos desechados es rentable. Es a inicios de los 1960s cuando Charles McDonald, un ingeniero de materiales de Phoenix, Arizona, que trabajaba para una empresa local, desarrolló una mezcla, para bacheo y mantenimiento de superficies, altamente elástica usando polvo de caucho de neumáticos reciclados, encontrando que después de mezclar el polvo de caucho con el cemento asfáltico virgen y permitiendo que la mezcla pueda reaccionar por unos 45 a 60 minutos, se obtenía un material con características nuevas [36]. Este proceso sentaría las bases del actual método por vía húmeda. Por esa misma fecha, a finales de 1960s, dos compañías suecas produjeron una superficie de mezcla asfáltica, en la cual se había añadido una pequeña cantidad de caucho triturado, proveniente de neumáticos desechados, como sustituto de una parte del agregado mineral en la mezcla, para obtener un mejor desempeño frente a las ruedas con clavos o a las cadenas de nieve [21]. Esto se conocería posteriormente como proceso seco. A partir de 1975, el polvo de caucho sería exitosamente incorporado dentro de mezclas asfálticas [37]. En Alaska, entre 1979 y 1981 se reportaron la colocación de 7 tramos de pavimentos con caucho mediante el proceso seco, o PlusRide como fue patentado en USA, totalizando 4 km lineales; mientras que fue hasta 1988 que se aplicó en Alaska el primer tramo con caucho incorporado en una mezcla asfáltica mediante el proceso húmedo [38]. En 1988 la definición para “betún con caucho” (rubberised bitumen) fue incluida en la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales, o American Society for Testing and Materials (ASTM) D8 y después especificada en la norma ASTM D611497. De acuerdo con ASTM la definición para el asfalto con caucho es “una mezcla de cemento asfáltico, caucho de neumáticos reciclado, y una serie de aditivos en el cual el componente de caucho es al menos 15 por ciento en peso del total de la mezcla y que ha reaccionado con el cemento asfáltico caliente lo suficiente para causar un hinchamiento de las partículas de caucho”. En 1992 la patente del proceso McDonald expiró y el material es ahora considerado como parte del dominio público [21]. En España se tienen registros de uso del polvo de neumático desde 1974, siendo los estudios del profesor Juan Gallego los que impulsaron el uso del caucho desde 1995, además en 2015 Rodríguez Alloza, alumna de doctorado del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad Politécnica de Madrid fue galardonada por su investigación sobre la fabricación a menor temperatura de mezclas asfálticas que contienen polvo de caucho procedente de NFUs. En Brasil y Argentina 15.

(16) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. existen tramos de prueba desde el año 2002, mientras que en Chile los hay desde el 2004 [39]. En la actualidad son muchas las investigaciones que se han llevado a cabo para validar y mejorar la tecnología relacionada con los pavimentos con caucho. Asimismo, los mercados de polvo de neumático alientan el desarrollo de nuevas tecnologías que usen el material, y hoy en día hay numerosas y diferentes soluciones [40]. Independientemente de estos efectos positivos que confiere el polvo de neumático al ligante, una de las consecuencias más positivas por las que sin duda merece la pena generalizar aún más su uso es que a los precios actuales de los betunes es posible llegar a soluciones que permitan mejorar la reología de una manera más económica que con los polímeros y otros aditivos [41]. 3.2. INCORPORACIÓN DEL CAUCHO EN LA MEZCLA ASFÁLTICA Generalmente hay dos técnicas principales para incorporar el caucho triturado en pavimentos asfalticos. El primero es por la vía húmeda, donde el caucho actúa como modificador del asfalto, y el segundo es por la vía seca, donde el caucho actúa como reemplazo de un porcentaje de agregado. Como un modificador de la mezcla asfáltica o del ligante, como mínimo, el caucho provee a la mezcla asfáltica de [42]:    . Un suficiente incremento en la consistencia de los pavimentos a altas temperaturas para prevenir deformaciones plásticas. Un incremento en la flexibilidad y elasticidad del ligante a bajas temperaturas para evitar agrietamientos por deformaciones y pérdidas de material. Un aumento de la adhesión del ligante con los agregados. Un aumento de la homogeneidad, alta termo estabilidad y resistencia al envejecimiento. En los dos procedimientos que se conocían hasta ahora para incorporar el caucho en la mezcla bituminosa, siempre hay una etapa de digestión de las partículas de caucho por el betún (Figura 7). Aunque una de las grandes diferencias entre ambos procesos es que en la Vía Húmeda se completa en mayor medida o de una forma más rápida que la Vía Seca.. Figura 7. Proceso de digestión del caucho con el ligante. Fuente: SIGNUS. A continuación, se explica brevemente las diferencias entre los procesos por Vía Húmeda y por Vía Seca. 16.

(17) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. 3.2.1. PROCESO POR VIA HÚMEDA Inicialmente desarrollado por Charles McDonald [43], se refiere a la modificación del asfalto con 5 a 25% en masa de polvo de neumático. El proceso por la vía húmeda (VH) es entonces cualquier proceso en el cual el polvo de caucho se mezcla primero con el cemento asfáltico, hasta lograr que reaccione, antes de mezclarlo finalmente con los agregados en una mezcla asfáltica [21].En condiciones normales, el betún asfáltico y el polvo de neumático necesitan de altas temperaturas para que los diluyentes, aceites aromáticos y polímeros puedan interaccionar [44]. El proceso de interacción depende de diversas variables como la temperatura y el tiempo de mezclado; el tipo y cantidad de mezcla mecánica; el tipo, tamaño y superficie específica del polvo de neumático; y el tipo de betún [18]. Durante este primer proceso de mezclado, las partículas de caucho se reblandecen, absorben los componentes del betún y se hinchan. Aunque la naturaleza de esta interacción no ha sido caracterizada totalmente, algunos investigadores indican que el mecanismo de la interacción entre el asfalto y el polvo de neumático no puede ser química, mientras que otros piden no atribuirle el aumento de viscosidad del betún a la existencia de partículas de caucho hinchadas [21]. Una vez que el proceso inicial de mezclado se ha completado, la mezcla de ligante se debe mantener entre 185 y 195°C por al menos 45 a 60 minutos, en lo que se denomina tiempo de curado o de digestión. Durante este tiempo se pueden agregar otros aditivos o modificadores al asfalto dependiendo de los requerimientos específicos necesarios del pavimento a construir. El rendimiento de las mezclas con caucho triturado usando el proceso por VH ha sido analizado por diversos investigadores, ya sea en condiciones de laboratorio o de campo. En términos de rendimiento mecánico como la fatiga, el proceso húmedo ha mostrado mejor tolerancia a deflexiones altas y presentado una mejor resistencia a la fatiga comparada con mezclas convencionales [35,38,45]. En el Departamento de Transportes (DOT) de Alaska se desarrolló una investigación donde se mostró que el proceso húmedo tenía una mejor resistencia al agrietamiento térmico, comparado con muestras control y muestras elaboradas por procesos en seco, mostrando que las mezclas betúncaucho son menos susceptibles a la temperatura que mezclas convencionales [46]. Además, en términos de propiedades funcionales o de servicio, el proceso húmedo ha reportado tener un mejor rendimiento en términos de reducción de ruido, superficies más suaves, mejor resistencia frente al daño por humedad y resistencia a la exudación [18,47,48]. El Departamento de Transporte del Estado de California (Caltrans) divide el proceso por VH en dos grupos, relacionados con la habilidad de obtener mezclas asfalto-caucho homogéneas que no presenten problemas durante periodos de almacenaje:  Vía Húmeda – Alta Viscosidad Usando el originario método McDonald, este tipo de mezclas betún-caucho requieren estar en constante agitación para evitar que las partículas de caucho se segreguen. Normalmente esta agitación se debe mantener en mezclas que mantengan una viscosidad, después del tiempo de digestión, de al menos 1500 cPs a 177°. Para alcanzar el límite de viscosidad necesario en este tipo de mezclas se. 17.

(18) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. requiere entre 18 y 22% de polvo de caucho, con tamaños de partículas entre 2.00 mm a 2.36 mm. Uno de los métodos para evitar que se dé la segregación de los componentes es realizar la mezcla en alguna fábrica central y luego transportarla mediante camiones cisternas equipados con un sistema de agitación apropiado. Otro método es la fabricación “in situ”, en la planta de mezclas asfálticas. En este caso la planta de fabricación de la mezcla betún-caucho se coloca entre el depósito del ligante y la parte de la planta donde se realiza la mezcla con los agregados y los demás materiales, de ésta manera el betún-caucho se añade a la mezcla inmediatamente después del tiempo de digestión, sin dar tiempo a que se segregue. Dentro de las mezclas obtenidas por VH de alta viscosidad se ha desarrollado un método que se llama “Mezclado Continuo”, que a diferencia del método tradicional McDonald, usa polvo de neumático más fino y menores temperaturas de mezclado, disminuyendo el tiempo de reacción y permitiendo usar el betún-caucho como un betún convencional. Sin embargo, es necesario un equipo mucho más especializado, incluso que el método McDonald tradicional. En general, este tipo de betún-caucho se puede usar tanto en mezclas densas, abiertas o huecas. La mayor viscosidad de este tipo de mezcla-betún permite rodear mejor las partículas de agregados sin problemas de exudación, e incrementar la elasticidad y resilencia a altas temperaturas. Sin embargo, también tiene algunas limitaciones, como su incapacidad para poder ser almacenados por más de 48 horas. Además, la necesidad de equipamiento especial inicial y su alto costo que supone hace que muchas veces no sea tomado en cuenta.  Vía Húmeda – Sin necesidad de agitación A menudo también se le conoce como mezcla en terminal. Esta tecnología fue usada inicialmente en Florida y Texas a mediados de 1980, pero hasta la actualidad solo ha sido utilizada en algunos estados dentro de USA. En este caso el tamaño de las partículas de polvo de caucho es menor 600 um y se mezcla con el cemento asfáltico en una refinería o planta externa y luego es transportado a la planta asfáltica para su uso. Como su nombre lo indica estas mezclas betúncaucho no requieren de agitación para mantener las partículas de caucho distribuidas dentro del cemento asfáltico. Este tipo de mezclas tienen cantidades menores de polvo de caucho que aquellas que necesitan agitación, entre 5 y 10%, aunque en los últimos años se ha podido llegar a valores cercanos al 25%. Este tipo de mezclas son fabricadas con requerimientos de presión específica, temperatura, tiempo y agitación similares con betunes modificados con polímeros [21]. La gran ventaja de este proceso es que en la mezcla betún-caucho no se produce separación de polvo de caucho del ligante durante el periodo de almacenaje o el transporte, a diferencia del proceso anterior, donde las partículas hinchadas de caucho se depositan en el fondo debido a una mayor densidad que el asfalto. La mejora en este aspecto está relacionada con una cuidadosa selección de 18.

(19) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. los componentes de la mezcla usados para las altas condiciones de curado, lo que asegura un alto nivel de solubilidad del polvo de caucho dentro de la matriz de asfalto. Las mezclas betún-caucho sin agitación también pueden ser usados en todas las aplicaciones de pavimentación y mantenimiento, generalmente como reemplazo de betunes modificados con polímeros. Han sido usados en mezclas densas, abiertas y porosas, teniendo un mejor rendimiento en mezclas densas. También, en aplicaciones de sellado y como emulsiones. Sin embargo, hay que decir también que la menor viscosidad de la mezcla betún-caucho implica un menor uso de ligante por unidad de área, lo que indica un menor rendimiento en su periodo de vida. Por otro lado, en este proceso no hay necesidad de un equipamiento especial ni el costo que esto supone, ya que la mezcla betún-caucho la puede realizar un tercero. 3.2.2. VIA SECA La idea original fue desarrollada en Suecia por las empresas Skega AB y AB Vaegfoerbaetringar a finales de la década de 1960s, siendo comercializado bajo el nombre de “RUBIT” en Europa y en USA patentado en 1978 bajo el nombre de “PlusRide”. A finales de 1980s Takallou desarrolló un proceso genérico seco conocido como sistema “TAK”, mientras realizaba investigaciones con el método PlusRide. En los procesos por vía seca, el polvo de caucho se introduce directamente como si fuera un agregado más en la planta principal de fabricación de mezclas asfálticas. Normalmente puede sustituir entre 1 a 3% del agregado fino, con tamaños de partículas desde 2mm hasta 6.3mm, aunque debido a que no tiene un tiempo de digestión en sí mismo, se recomienda partículas pequeñas [49]. El tiempo de reacción también se ve afectado por el tiempo que la mezcla se mantiene mezclándose a altas temperaturas, la proporción de caucho y betún, y el tipo de betún [50]. Normalmente, el caucho se mezcla a una temperatura un poco mayor que la convencional, entre 160 a 180°C, y un tiempo mayor también, el cual se debe determinar en laboratorio. Dependiendo del tamaño de las partículas del polvo de neumático se puede hablar de tres métodos. El método PlusRide, no es más que una mezcla porosa donde se ha reemplazado agregado por caucho, por lo tanto, los tamaños de agregados usados aquí son mayores, con tamaños que pasan el tamiz ¾” y se retienen en el tamiz 10. En cambio, el método TAK utiliza una gradación densa y a partir de ahí se realiza las modificaciones necesarias. Y, por último, un nuevo método seco que se ha desarrollado para adicionar partículas de caucho como reemplazo de los agregados más finos, entre el tamiz 16 y 80; sin embargo, con esto lo que más se logra es modificar el betún, teniendo un estado intermedio entre los procesos secos y los procesos húmedos. La diferencia de costos entre los procesos secos y húmedos, utilizando la misma cantidad y tamaño de partículas de polvo de caucho, sería de 1:3 [51]. Los beneficios que otorga el proceso seco están basados en dos fenómenos. El primero es como las partículas más grandes actúan como un sustituto flexible de los agregados a los que reemplaza. El segundo fenómeno es que una modificación del ligante puede ocurrir con la adición de las partículas más pequeñas del polvo de caucho. Sin embargo, 19.

(20) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. con el tiempo se ha determinado además que, si se dispone de un tiempo de digestión, antes de colocarlo en obra, el caucho añadido por vía seca a las mezclas bituminosas pierde parte de su comportamiento elástico y puede actuar parcialmente como un modificador del ligante. Un ejemplo puede ser que la cantidad de vacíos en la mezcla dependen del tiempo de digestión al que se somete. Durante la primera hora de digestión las partículas de caucho pierden parte de las propiedades que entorpecen la compactación y el contenido de vacíos disminuye, sin embargo, después de esta hora ya no se consiguen mejoras adicionales [52].. 20.

(21) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. 4. PROCESO SEMI-HÚMEDO: POLVO DE CAUCHO PREDIGERIDO A pesar de todos los beneficios que otorga el caucho en las mezclas bituminosas, se ha evidenciado un estancamiento en el desarrollo significativo en la utilización e implementación de esta tecnología de forma práctica. Esto en parte se puede deber a 5 factores importantes: . .   . La fabricación de betún-caucho por los métodos mencionados en el apartado anterior necesitan el uso de temperaturas muy elevadas (por encima de los 190 °C) o de tiempos de reacción también grandes (superiores a los 45 min). Plantas de fabricación de betún-caucho complejas y costosas que necesariamente deben ser instaladas en todas las plantas centrales de fabricación de mezcla asfálticas. Las dificultades para garantizar la estabilidad al almacenamiento, incluso en el procedimiento en Terminal La necesidad de recalentar el betún-caucho después de largos periodos de almacenamiento. Elevado costo de las mezclas bituminosas con betún-caucho en comparación con mezclas bituminosas convencionales, debido a la fabricación de los betunes y a la falta de transparencia del mercado. El desarrollo de un nuevo material denominado Reacted and Activated Rubber (RAR), diseñado inicialmente como un modificador de asfalto, ha permitido implementar un nuevo proceso de adición de polvo de caucho a las mezclas asfálticas denominado semihúmedo. Se denomina semi-húmedo, ya que el caucho ha sufrido una digestión y tratamiento previo, que permite que al momento de introducirlo en el proceso de elaboración de mezclas asfálticas se realice como si fuera un árido más, sin necesidad de otro procedimiento adicional. Algunas investigaciones previas han encontrado que la adición de partículas de RAR al betún virgen resultó en una significativa mejora en el rendimiento de las mezclas asfálticas en términos de ahuellamientos, agrietamientos por fatiga y daño por humedad con respecto a mezclas convencionales [53]. El RAR-X parece ser el primero de muchos productos que utilicen caucho pre-digerido, para ser usado en mezclas asfálticas. Este polvo de caucho pre-digerido, según lo que indican sus comercializadores, parece solucionar gran parte de los problemas mencionados en los procesos anteriores, sin la necesidad de perder las ventajas que supone el uso de betún-caucho en las mezclas bituminosas.. Figura 8. Comparación de la tecnología semi-húmeda (polvo de caucho pre-digerido) con las tecnologías disponibles. 21.

(22) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. 4.1. RAR X El RAR, o Reacted and Activated Rubber, se podría decir que es un ligante bituminoso modificado con caucho, compuesto por un betún convencional, polvo fino de caucho y un estabilizador de betún de tipo filler mineral activado (Actived Mineral Binder Stabilizer - AMBS) en porcentajes debidamente optimizados. El RAR entonces es producido por un corto tiempo de mezclado en caliente con betún y una activación a través de un proceso industrial diseñado especialmente para formar un caucho granulado seco y predigerido. El RAR está diseñado para ser añadido a cualquier tipo de mezcla asfáltica en caliente (HMA), ya sea densa, abierta, porosa, SMA, etc.; y reemplazar parte del betún en diferentes proporciones. En campo, en la planta de mezclado, el RAR se agrega directamente al tambor de mezclado justo antes de que se rocíe el resto de betún, usando los mismos alimentadores y equipamiento que para el polvo mineral habitualmente empleado. Algunos estudios han demostrado que las mezclas bituminosas con RAR tienen un mejor desempeño frente a mezclas convencionales y relativamente frente a mezclas bituminosas modificadas con betún-caucho. En general, el RAR se comporta como un modificador elastomérico de asfalto que modifica el betún virgen incrementando su grado PG, resiliencia y propiedades de recuperación (51). En la Figura 10, se pueden observar los tres elementos que componen el RAR, el cemento asfáltico convencional, polvo de caucho generalmente de partículas que pasan el tamiz 0,6 mm, y un AMBS (Actived Mineral Binder Stabilizer); estos tres elementos luego se mezclan en proporciones optimizadas para obtener el producto final. Generalmente las proporciones consisten en cerca de 62 – 65% de polvo de caucho, 20 – 25% betún blando, y 15 – 20% de filler mineral.. Figura 9. Componentes del RAR. De izquierda a derecha: betún, polvo de caucho y AMBS.. El cemento asfáltico puede ser un betún blando puro, generalmente con una elevada penetración. Los betunes con penetración entre 100/200 a 35/50, o AC 20, o PG 52 a PG 70, serían los más usados. El uso de betunes más blandos permite utilizar temperaturas de mezclado y de compactación menores, similares o poco más altas que las utilizadas para las mezclas convencionales, sin perder una adecuada trabajabilidad, a pesar de la adición del polvo granulado de caucho y el consiguiente aumento en la viscosidad. El polvo granulado de caucho está compuesto de caucho proveniente de NFUs reciclado y transformados en polvo de caucho a través de distintos procesos. El polvo de caucho 22.

(23) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. debe estar libre de residuos de fibra y acero. Para la producción del RAR se usa polvo de caucho con partículas menores a 1.0 mm, preferible de un tamaño máximo nominal 0,60 mm. El polvo de caucho utilizado puede haber sido obtenido tanto por proceso criogénico como a temperatura ambiente. El estabilizador de betún de tipo filler mineral activado (AMBS) es un nuevo estabilizador de betún a micro – escala que fue desarrollado para prevenir el excesivo drenaje del betún en las mezclas tipo SMA durante el transporte de la mezcla, su almacenamiento y la posterior colocación. Este estabilizador es un filler mineral activado de sílice, con partículas menores a 40 um, y es un subproducto residual de la industria minera de fosfatos. La activación se realiza mediante un revestimiento de las partículas a nivel Nano monomolecular. Inicialmente orientado para darle propiedades tixotropicas y mejorar la resistencia a la cizalla del betún. La presencia del AMBS activo en el RAR provee un mecanismo único y mejorado de unir el betún con las partículas de caucho para formar un ligante elastomérico extendido, más estable y flexible para crear mezclas bituminosas más fuertes y durables. Esto en términos de desempeño significa mayor estabilidad, resistencia a las roderas y fatiga, y menor escurrimiento en mezclas SMA o mezclas con alto contenido de ligante, bajo una relación costo/beneficio razonable y mejores condiciones ambientales [54]. 4.2. FABRICACIÓN DEL RAR-X El RAR es producido en una planta especialmente diseñada para llevar a cabo un proceso industrial completamente controlado. Después de diversos prototipos, se ha diseñado y creado una planta industrial a gran escala en USA. Esta planta importada de Israel se encuentra instalada en las instalaciones de Dimona Silica Industries, Figura 11. Este sistema por lotes puede producir hasta dos lotes de una tonelada métrica de RAR por hora. El sistema de producción opera semi–automáticamente, donde las etapas de carga y descarga son controladas manualmente y las etapas de calentado y enfriado son automáticas.. Figura 10. Planta de producción de RAR.. 23.

(24) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. El RAR se obtiene generalmente por un proceso de calentamiento en corto plazo y activación. Las fases de dicho proceso se mencionan a continuación: 1. Cargar el polvo fino de caucho en la mezcladora caliente, y llevarlo hacia una temperatura definida. 2. Bombear el betún caliente a través de un intercambiador de calor en un recipiente dosificador y calentar a la temperatura deseada o una mayor. Después de calentar el betún, se adiciona el AMBS dentro del contenedor y se mezcla con el betún mientras se calienta de nuevo a la misma temperatura. Esta etapa se desarrolla al mismo tiempo que la primera etapa. 3. Transferir el polvo de caucho caliente dentro del reactor de mezclado mientras se mantiene la temperatura definida. 4. Transferirla mezcla betún-AMBS por bombeo dentro del reactor de mezclado. 5. Mezclar los tres componentes en el reactor mientras se va evaluando la temperatura hacia una mayor. 6. Después de un cierto tiempo, transferir la mezcla caliente hacia una mezcladora en frío operada por circulación de agua fría, y reducir la temperatura hasta 50 °C. 7. Transferir la mezcla fría hacia una mezcladora de revestimiento y cubrirla con AMBS adicional y un filler mineral especial. El producto final es el Caucho Activado y Reactivo – RAR, en forma de partículas granuladas secas. 8. Finalmente, se empaca el RAR granulado seco en grandes bolsas plásticas para su almacenamiento o entrega inmediata. Recientemente se ha inaugurado una planta de producción de RAR X en Valdemoro, Madrid, perteneciente a la empresa española CIRTEC, con capacidad para producir varias toneladas por hora. Es la primera en Europa con esta capacidad, motivo por el que este trabajo adquiere un especial interés. 4.3. MODELO ESTRUCTURAL Y COMPORTAMIENTO DEL RAR Como se mencionó anteriormente, el Caucho activado y reactivo (RAR), constituye un innovador y mejorado modificador elastomérico del betún que le permite cuando se añade a un betún convencional, obtener propiedades equiparables o superiores en comparación con betunes modificados con polímeros, e incluso superiores en comparación con betunes-caucho [55]. El modelo básico sugerido para describir la estructura y comportamiento del RAR como un modificador de betún se muestra en la Figura 12. Las partículas de caucho contienen una gran cantidad de material inorgánico que presenta una superficie cargada electroestáticamente. El activador de las partículas de sílice del AMBS está compuesto por moléculas orgánicas cuya superficie está parcialmente cargada electroestáticamente y formada por una cadena orgánica hidrofóbica. Cuando las partículas activadoras son adicionadas a un líquido como el betún, son atraídas, y se conectan con otras partículas de carga eléctrica opuesta.. 24.

(25) PARTE A. ESTADO DEL ARTE. Figura 11. Representación gráfica del mecanismo del RAR en la mezcla bituminosa. Fuente: Sousa, JB et. al (2012). La cadena orgánica cargada del activador presente en el AMBS permite crear una red de partículas conectadas. Cuando las partículas finas del RAR son mezcladas en un líquido como el betún con las partículas de sílice activadas, entonces las moléculas cargadas del AMBS se conectan con las partículas de caucho en los lugares donde existe material inorgánico cargado electroestáticamente. De este modo cuando los materiales arriba mencionados son mezclados en un betún caliente, forman una red de materiales elastómeros y de partículas de AMBS con betún. Esta red estructural, conjuntamente con las capacidades de elasticidad y de interconexión del material elastómero, derivan de la reacción y activación del caucho a temperaturas elevadas, proporcionando un betún con mejores propiedades mecánicas, mejor comportamiento elástico y una elevada durabilidad. El RAR contiene también una porción de AMBS que una vez dispersa en el betún se interconecta con los agregados. Esta interconexión mejora también la adherencia entre el betún y el agregado, reduciendo la sensibilidad al agua. De este modo, la nueva red genera una interconexión entre los agregados, el betún, el caucho y las partículas de AMBS. Esta estructura no puede formarse cuando solo se mezcla el betún con el caucho (sin AMBS) como sucede en la tecnología usada para fabricar betún-caucho convencional.. 25.

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(31) PARTE B. ARTÍCULO Laboratory evaluation of the mechanical properties of asphalt mixtures with rubber manufactured by the wet, dry and semi-wet process Francisco Benjamín Chávez More Master Universitario en Sistemas de Ingeniería Civil Universidad Politécnica de Madrid 2018.

(32) The two processes generally used to add rubber to the asphalt mixture have certain drawbacks, especially for small interventions, that seem to have produced a stagnation in the development of this technology. For wet process (WP) expensive equipment is needed, while dry process (DP) requires long digestion times to achieve acceptable results. The development of predigested rubber has opened the possibility of using this technology, in a process called semi-wet (SWP), to maintains the benefits offered by rubber without the disadvantages of the other two processes. This article presents a comparative study of the mechanical behavior of asphalt mixtures with rubber added by three different processes. For the dry and the semi-wet process two sets of specimens were manufactured, the first set with no digestion time, and the second set with 30 minutes of digestion time. The results showed that after 30 minutes of digestion time, the DP mix, in general, continued to show a worse behavior than the SWP mix with the same digestion time, especially against moisture sensitivity. The results also showed that the SWP mix with 30 minutes of digestion time maintained and even exceeded the results obtained by the WP mix.. Keywords: recycled tire rubber, crumb rubber, asphalt rubber, waste management. The environmental protection and energy savings have become, in the recent years, important global themes for our society. The looking for a sustainable development, to reduce the waste of the resources and the negative effects in the environment, has turned in one of the main objectives for governments around the world. Aggregates typically make up about 95% of a Hot Mix Asphalt (HMA) mixture by weight [1], which generates a big demand of resources and energy. By this reason, the develop of new technologies and the use of alternative materials can suppose an important contribution to reduce the negative environmental impact of asphalt mixtures, and at the same time obtaining pavements with good mechanical and performance behavior [2-5]. Within all these new alternative materials, there is one that stands out above the rest, the crumb rubber, from tires at the end of life (NFU). The crumb rubber, used in the manufacturing process of asphalt mixture, has been studied and developed for more than fifty years, getting better the performance of the asphalt mixes. It reduces the mix’s sensitivity to temperature and the effect of aging, and improves the elastic performance of the binder and the performance of the mix against fatigue, related such as cracking and permanent deformations [6-9]. The incorporation of crumb rubber into the asphalt mix has generally been done through two different main techniques, each one with its benefits and disadvantages. The first one, the Wet Process (WP), where the crumb rubber works like a binder modifier, initially was developed by Charles McDonald [10], and at this moment it refers to any process in which the crumb rubber, between 5 and 25 percent by mass of the bitumen, is first mixed with the bitumen until it reacts and its properties are modified. It is then added to the mix as a modified binder [11]. This reaction stage between rubber with the bitumen is called 32.