Innovaciรณn en materiales y prรกcticas sostenibles para carreteras. Usos de plรกsticos reciclados Dra. Ing. SILVIA ANGELONE IMAE- Universidad Nacional de Rosario
INNOVACIONES
PARA MEJORAR
PARA SER MÁS SUSTENTABLES
Sostenibilidad o Sustentabilidad en Carreteras En Infraestructura del Transporte • DISEÑO PARA DURAR (que se autorreparen, que generen
energía, que se adapten a los cambios) • MAXIMIZAR EL RECICLADO (usar residuos pero que las
rutas duren, se comporten mejor) • MINIMIZAR LOS IMPACTOS (ambientales, sobre la
sociedad y sobre los costos)
Sostenibilidad o Sustentabilidad en Carreteras Buscar:
• Soluciones Inteligentes para tender a una Infraestructura del Transporte Sustentable • Introducir la Sustentabilidad para cambiar la visión de la Infraestructura del Transporte • Un enfoque más multidisciplinario para introducir nuevas tecnologías
Sostenibilidad o Sustentabilidad en Carreteras Todo cambia y para Innovar, Las rutas deben ser: • Adaptables • Automáticas • Resilientes • Incorporar conceptos de Economía Circular, • Aplicar LCA y LCCA (Life Cycle Assessmen (Evaluación del Ciclo de Vida), Life Cycle Cost Analysis, ( Análisis del Costo del Ciclo de Vida))
• Políticas Públicas actualizadas: LEYES
Sostenibilidad o Sustentabilidad en Carreteras Todo cambia y para Innovar, Las rutas deben ser: • Adaptables • Automáticas
“Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo.”
• Resilientes
Albert Einstein
• Incorporar conceptos de Economía Circular, • Aplicar LCA y LCCA (Life Cycle Assessmen (Evaluación del Ciclo de Vida), Life Cycle Cost Analysis, ( Análisis del Costo del Ciclo de Vida))
• Políticas Públicas actualizadas: LEYES
Ejemplo: programa de Investigaciรณn y Formaciรณn RRHH en Sustentabilidad en Carreteras Sustainable Multifunctional Automated and Resilient Transport Infrastructures (SMARTI). European Training Network En este proyecto forman parte las universidades de Nottingham, Palermo y Granada, ex IFSTTAR y numerosas industrias-empresas
Innovaciones Tecnolรณgicas + RRHH en sustentabilidad
Proyecto PaSos
Proyecto PaSos Pavimentos Sostenibles Valorizaciรณn de Residuos Uso de Residuos en Carreteras
Proyecto PaSos
RESIDUO + DISPONIBILIDAD +
VIABILIDAD TÉCNICA = RECICLADO o REUSO
Objetivos Generales de PaSos Buscar ALTERNATIVAS SUSTENTABLES Reciclado y Reutilización de residuos Uso y Disposición responsable de residuos Reducción de consumos de energía
LA CARRETERA NO ES UN VERTEDERO La incorporación de residuos no debe reducir su calidad ni su comportamiento Se utilizan residuos si igualan o mejoran las propiedades y la calidad de los materiales viales
Materiales reciclados estudiados Para su uso en carreteras RAP: Recuperado de Pavimento Asfáltico
RCD: Residuos de Construcción y Demolición NFU: Neumáticos Fuera de Uso Plásticos Escorias Siderúrgicas Destape de Canteras y Yacimientos
Residuos Industriales Vidrio
Etc.
Uso de Plásticos Reciclados (PR) en Carreteras Composición de los RSU por rubro en Argentina,
Plásticos Consumo [t/año]
Reciclado [t/año, %]
1.700.000
200.000, 12%
NFU Consumo [t/año]
Reciclado [t/año]
135.000
13.500, 10%
Informe del Estado del Ambiente 2017
El Proceso de Reciclado de Plásticos Cada etapa aplicada durante su proceso de reciclado genera costos que encarecen el producto Pérdida de propiedades originales (+ aditivos) Separación y clasificación (Código de Identificación de plásticos)
Lavado Tratamiento (escamas, pellets, micronizado)
El Proceso de Reciclado de Plásticos Cada etapa aplicada durante su proceso de reciclado genera costos que encarecen el producto USAR EL RESIDUO Pérdida de propiedades originales (+ aditivos) CON EL MENOR MANEJO(Código Y Separación y clasificación de Identificación de plásticos)
TRATAMIENTO
Lavado Tratamiento (escamas, pellets, micronizado)
Aplicación de Plásticos en Mezclas Asfálticas Antecedentes de experiencias internacionales • En laboratorio (a partir aproximadamente del año 2000): Es extensa la lista de investigaciones, la mayoría incorpora el PR por «Vía Húmeda» (Europa, América, Asia y Africa. Algunos países: UK,
España, Portugal, Francia, Italia, Holanda, Turquía, EEUU, Canadá, México, Colombia, Costa Rica, Argentina, China, Korea, India, Irak, etc.)
• In situ Las experiencias son más limitadas: España, Holanda, México, EEUU, Argentina, Costa Rica, son los más difundidos.
Aplicaciรณn de Plรกsticos en Mezclas Asfรกlticas The Plastics Industry Association (Plastics), Washington, ha publicado reulstados promisorios a partir de su proyetco New End Market Opportunities (NEMO) for Film Asphalt Project en colaboaaciรณn con National Center for Asphalt Technology (NCAT)
Performance Evaluation and Chemical Characterization of Asphalt Binders and Mixtures Containing Recycled Polyethylene A Final Report (2020) National Center for Asphalt Technology & Western Research Institute.
http://www.tavoil.com/wp-content/uploads/2020/06/PLASTICS-NEMO-FilmPhase-III-Final-Report-03102020-1.pdf
Uso de Plásticos Reciclados (PR) en Carreteras
Cádiz, 2014, Via Húmeda Madrid, 2014, Via Seca
Mexico, 2019, Via Húmeda
Uso de Plรกsticos Reciclados (PR) en Carreteras
India, 2014, Gravilla + plรกstico
Canadรก, 2012,
Costa Rica, 2018, PET Via Seca
Uso de Plรกsticos Reciclados (PR)
en Carreteras en ARGENTINA
Objetivos Particulares de PaSos Contribuir a la mejora del medioambiente Usar plásticos reciclados Construir tramos experimentales con mezcla asfáltica elaborada con plásticos reciclados Verificar si en el camino se cumplen las ventajas observadas en los estudios de laboratorio Realizar una efectiva vinculación y transferencias entre distintas empresas privadas y públicas con la Universidad
Objetivos Particulares Realizar una efectiva vinculación y transferencias entre distintas empresas privadas y públicas con la Universidad
RP N°18 Corredor Vial
Plásticos estudiados Se estudió en laboratorio la posibilidad de uso de: Polietileno de Baja Densidad (PEBD o LDPE) Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE) Polietileno en forma de escamas o pellets Polietileno micronizado
Polipropileno: PP en chips Polietileno Tereftalato: PET en escamas EN MEZCLAS ASFALTICAS
Plásticos estudiados Se usa para el tramo experimental: Polietileno de Baja Densidad (PEBD o LDPE)
Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE) Polietileno en forma de pellets
Silo Bolsas Actualmente se producen silos bolsas por un volumen de 70.000 t/año Dimensiones: 2,70m de diámetro x 65-70m de longitud y 230-250 µ de espesor. Capacidad 200 t.
3 capas de polietileno: exterior (PEAD+dióxido de titanio), intermedia (PEBD) e interior (PEBD+negro de humo)
Vida útil: 2 años,
Planta de reciclado de ACA Asociación de Cooperativas Argentinas Cañada de Gómez – Santa Fe Silo Bolsas: (PEBD o LDPE)
a)
Bidones:b) (PEAD o HDPE)
Capacidad de producción de la Planta: 7.000 toneladas anuales
Planta de reciclado de ACA Reciclado Primario
Diagrama de proceso recuperación de silo bolsas y bidones Separación Granulado Limpieza Peletizado
Ciclo de Reciclado del Plรกstico en la Planta
Empleo del PR por «Vía Seca» y «Vía Húmeda» Vía húmeda: Modifica el asfalto Asfalto modificado
Mezcla Asfáltica
Tº + Agitación 3% respecto bitumen
Vía Seca: Se incorpora como agregado pétreo Mezcla Asfáltica
2% respecto mezcla
Cantidad de Plástico Reciclado
1 Km de camino
Por vía húmeda 1300 Kg 200.000 de bolsitas
Por vía seca 18000 Kg 3 millones de bolsitas
6 gr
Tramo experimental con Polietileno (RP18 – Corredor Vial Nº4)
SBVH BVH
BVS
500 m
SBVH
SBVS
Vía húmeda MOLINO
Asfalto Base AC 20
+
Plástico
Aspecto del ligante con PR
Sin homogeneizar
Homogeneizado
Mรกs tiempo de Agitaciรณn
Aspecto del ligante con PR
170 ยบC + 2.5 hs para Polietileno de Baja densidad 170 ยบC + 4 hs para Polietileno Alta densidad
SB: Silo Bolsas (Baja Dens.) - 3 mm
3% respecto bitumen
B: Bidones (Alta Dens.) – 3 mm
Vía húmeda: Modifica el asfalto
Asfalto modificado
170ºC + Agitación
Asfalto Base AC 20
PE: Micronizado (Baja Dens.) 0.5 mm
Mezcla Asfáltica
Elaboración de las mezclas Vía seca
2% respecto mezcla
Construcciรณn de los Tramos
Hilos plásticos dentro de la mezcla CAC–CA20+SBVS colocada
Vía seca
Punto de Ablandamiento, ºC
Penetración a 25ºC, dmm 45
30
15
0
30
15
90
75
60
45
30
15
0
Recup. elástica por torsión (%)
Ensayos sobre ligantes asfálticos
90
75
60
90 75
60
45
0
Ensayos sobre ligantes asfálticos Viscosímetro Rotacional Curvas de flujo a 60 C
Viscosidad, dPa.s
1000 100 10
1 55
75
95
115
135
155
175
Temperatura, ºC 100
Viscosidad, dPa.s
Viscosidad, dPa.s
10000
75
100
AM3 CA20+3%M CA20+3%B CA20+3%SB CA30 CA20
AM3 CA20+3%M CA20+3%B CA20+3%SB CA30 CA20
10
135
140
145
150
155
160
Temperatura, ºC
165
170
AM3 CA20+3%SB
CA20+3%M CA30 CA20
10000
Flujo Newtoniano 1 130 135 140 145 150 1551000 CA30 y CA20+3%SB 160 165 Temperatura, ºC Flujo No Newtoniano CA20, CA20+3%Ml, CA20+3%B y AM3 1000,001
170
0,01
175
0,1
1
10
Velocidad de Corte (dg/dt) (1/s)
Incremento de viscosidad de los asfaltos modificados aumento de Tº de mezclado y compactación
1 130
10
CA20+3%B
AM3 CA20+3%M CA20+3%B CA20+3%SB CA30 CA20
Viscosidad (Pa.s)
100000
100000
175
Ensayos sobre Ligantes
DSR Reómetro de Corte Dinámico (Dynamic Shear Rehometer) , 60ºC Ángulo de fase (d )
14
90
12
75
10 8
6 4
δ, a 60ºC. º
G*, a 60ºC KPa
El Módulo complejo (G*)
60 45
30
2
15
0
0
Ensayos sobre ligantes asfálticos
12
14
10
12
G* / sen δ, 60ºC, KPa
G*. sen δ, 60ºC, KPa
DSR Reómetro de Corte Dinámico (Dynamic Shear Rehometer) , 60ºC G* send G*/ send
8 6 4 2 0
Lím Esp PG > 1KPa
10 8 6 4 2 0
(b)
(a)
No Mejora la resistencia a la Fatiga
Mejora la resistencia al ahuellamiento
Ensayos sobre ligantes asfálticos
Tensión de corte t
Ensayo MSCR (Multiple Stress Creep & Recovery) Creep a Múltiples Tensiones y Recuperación t
Def. de corte g
DSR : Tensión de corte t Carga: 1 segundo Recuperación: 9 segundos 10 ciclos
gt
gnr 0
1
MSCR 60°C - 100Pa
5
CA30
3
4
5
6
7
120
AM3
CA20+3%B
2
1
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
CA20 CA30 CA20+3%M CA20+3%B CA20+3%SB AM3
150
CA20+3%SB
3
8
Tiempo (s)
MSCR 60°C - 3200Pa
CA20+3%M
Deformación
Deformación
2
180
CA20
4
gr
90 60 30
0
0 0
20
40
Tiempo [s]
60
80
100
100
120
140
160
Tiempo [s]
180
200
Ensayos de las Mezclas Asfálticas Material
%
Agregado 6 - 19
37.05
Agregado 0 - 6
57.00
Cal
0.95
CA
5.00
Parámetros Volumétricos
5 .0 0 0
Densidad, Kg/dm³ 4.4
4 .5 0 0
4.2
Ensayo de Estabilidad y Fluencia
22000
Vacíos, % 4.2
18513
18000
16432
9
8
7.0
4 .0 0 0
16000
3.7
Estabilidad, N Fluencia, mm
20000
17429
10
7
14000
12277
3 .5 0 0
3.1 12000
13110
5.0
5.0
6
4.9
4.5
3 .0 0 0
5
10000
2.466 2 .5 0 0
2.341
2.460
2.356
2.450
4 8000
3 6000 2 .0 0 0
2 4000
1 .5 0 0
1
2000
0
1 .0 0 0
CONTROL
SBVS
SBVH
BVS
BVH
0
CONTROL
SBVS
SBVH
BVS
BVH
Ensayos de las Mezclas Asfรกlticas
Material
%
Agregado 6 - 19
37.05
Agregado 0 - 6
57.00
Cal
0.95
Ligante Asfรกltico
Ensayo de Resistencia Conservada
120
IRC, %
99 100
80%
5.00
93 85 72
80
60
59
40
20
0
CONTROL
SBVS
SBVH
BVS
BVH
Ensayos de las Mezclas Asfรกlticas Ensayo de Mรณdulo Dinรกmico 100000 f ref: 10Hz
Mdin (MPa)
10000
CA30 SBVS SBVH BVS BVH
1000
100 0
10
20
30
40
Temperatura (ยบC)
50
60
70
Ensayos de las Mezclas Asfรกlticas Ensayo de Rueda Cargada (WTT)
Ensayo de Rueda Cargada
0.054
WTS(mm/103 ciclos) PR10000 ciclos (%)
0.035
3.44%
3.79%
3.31% 0.026
0.016 1.58%
CA30
SBVS
2.25%
0.014
SBVH
BVS
BVH
Seguimiento de los Tramos Evolución en el tiempo de Características superficiales Macrotextura
Ahuellamiento
Tránsito TMDA: 3000 Pesados: 25 %
Ensayos sobre testigos inicial
Ensayos Densidad promedio
[Kg/dm³] Vacíos promedio [%] Espesor promedio [mm]
CAC– CA20 SBVS
CAC– CA20 SBVH
CAC– CA20 BVS
CAC– CA20 BVH
2.147
2.342
2.198
2.345
2.386
12.1
7.8
10.8
7.6
6.9
31
32
34
36
39
CAC–CA30 CONTROL
Seguimiento de macrotextura 10 meses Altura parche arena (mm)
Huella interna 0,70
T3 : Bvs
T2 : SBvh
T1 : SBvs
0,60
T4 : Bvh
T5 : CA30
0,50
0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
0
50
2 meses
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Distancia (m)
10 meses
Altura parche arena (mm)
Huella externa 0,70
T3 : Bvs
T2 : SBvh
T1 : SBvs
0,60
T4 : Bvh
T5 : CA30
0,50 0,40
0,30 0,20 0,10 0,00
0
2 meses
50
100
10 meses
150
200
250
Distancia (m)
300
350
400
450
500
Seguimiento de ahuellamientos 22 meses Ahuellamiento (mm)
Huella interna 12
T1 : SBvs
10
T3 : Bvs
T2 : SBvh
T4 : Bvh
8 6
4 2 0
0
50 0 días 10 meses
100
150
200
250
300
Distancia (m)
2 meses 22 meses
350
400
450
500
A los 14 meses se fresa los tramos por «Vía seca»,
Huella externa
Ahuellamiento (mm)
T5 : CA30
12
T1 : SBvs SBvh
10
T2 : SBvh
T4 : Bvh
T3 : Bvs
T5 : CA30
8 6
4 2 0
0
50
100
0 días
2 meses
10 meses
22 meses
150
200
250
Distancia (m)
300
350
400
450
500
Seguimiento de los tramos 10 meses SBVH
BVH
Trรกnsito TMDA: 3000 Pesados: 25 % CA30 control SBVS
BVS
Seguimiento de tramos 22 meses A los 14 meses se fresa los tramos por «Vía seca», SBVH
Se siguen los tramos por «Vía Húmeda» BVH (izq) SBVH (der)
BVH
CA30 control
Proyecto PaSos está enfocado en…
Medio Ambiente
Sociedad SUSTENTABILIDAD -Mejores condiciones de circulación -Reducir la cantidad de residuos plásticos en áreas urbanas.
Economía
- Diseño de pavimentos más duraderos - Menos mantenimiento
- Reducir los Residuos - Menor consumo de energía durante el proceso constructivo. - Menos vertederos
Conclusiones • Una experiencia muy enriquecedora y aleccionadora • Se avanzó en el conocimiento de los asfaltos modificados con Plásticos Reciclados en obra • Se evaluó la posibilidad de construir tramos en condiciones reales con mezclas asfálticas con Plásticos Reciclados tanto por «Vía Húmeda» o como por «Via Seca» en obra resultando que el proceso es FACTIBLE con equipamientos básico. • Pero queda mucho por hacer: – – – – –
Más ensayos de comportamiento Más experiencias constructivas Ensayos sobre el RAP de estas mezclas Incorporación del RAP con plásticos en nuevas mezclas asfálticas Evaluación del LCA y LCCA (Life Cycle Assessmen (Evaluación del Ciclo de Vida), Life Cycle Cost Analysis, ( Análisis del Costo del Ciclo de Vida))
Agradecimientos Es necesario agradecer la excelente predisposición y colaboración de todo el personal de la UNR, de YPF, de ACA, del Corredor Vial Nº4 y de la Dirección Provincial de Vialidad de Santa Fe. Además de los aportes económicos que efectuaron cada una de las instituciones mencionadas para poder concretar esta etapa del Proyecto PaSos.
Muchas gracias por su atenciรณn Preguntas?