Pre-XVIII CAVyT - Silvia Angelone

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?