CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuadra en general dentro del campo de la ingeniería civil y en particular se refiere a una mezcla bituminosa y a su uso.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Las mezclas bituminosas que reciben usualmente el nombre de aglomerados están formadas por una combinación de áridos y un ligante hidrocarbonado, de manera que los áridos quedan cubiertos por una fina película continua de éste cuando se mezclan a altas temperaturas.

Las mezclas bituminosas se caracterizan por su complejo comportamiento y la dificultad que presentan para su caracterización y evaluación. En su proyecto y dosificación hay que tener en cuenta propiedades diferentes y, en ocasiones, opuestas como la rigidez o resistencia a las deformaciones plásticas, en contra de otras no menos importantes como la resistencia a la fatiga, al envejecimiento o su adhesividad.

Para fabricar las mezclas bituminosas propiamente dichas los áridos se clasifican en unas fracciones, a partir de las cuales se compone la granulometría elegida para la mezcla que se desea fabricar en cada caso, considerándose normalmente por separado el polvo mineral (fracción que pasa por el tamiz 63 μηι). Los ligantes de la mezcla intervienen en proporciones diferentes según el tipo de formulación que se utiliza: entre el 3 y el 10 por 100 sobre la masa de los áridos (en volumen, la proporción se sitúa entre el 8 y el 25 por 100, aproximadamente). Los ligantes hidrocarbonados más usualmente utilizados para realizar mezclas bituminosas son los betunes asfálticos de penetraciones intermedias (35/50 y 50/70) y las emulsiones bituminosas de rotura media y lenta, aunque cada vez más se emplean los ligantes modificados con polímeros. Las mezclas bituminosas pueden llegar a tener unas características muy distintas. Eso es precisamente lo que permite su empleo en muy diversas aplicaciones. Para que prevalezcan las propiedades que interesan en cada caso, se deben considerar las cualidades de los materiales constituyentes, su dosificación y las condiciones de fabricación y puesta en obra de la mezcla. Las mezclas bituminosas son unos materiales cuyo comportamiento mecánico no depende sólo de la magnitud de las tensiones soportadas, sino también de su aplicación, en particular de la temperatura y de la velocidad de aplicación. Esto es lo que se conoce como reología del material. Así pues, el comportamiento de las mezclas es el resultado de la integración de los comportamientos de sus componentes.

Sólo en unas determinadas condiciones de servicio, que son bajas temperaturas y velocidades elevadas de aplicación de cargas, las mezclas bituminosas tienen un comportamiento elástico y lineal. En las restantes condiciones, son en mayor o menor medida no elásticas y no lineales.

La capa granular de subbalasto, aunque correctamente construida, es vulnerable a fuerzas dinámicas y saturaciones de agua. Esto se traduce en un encarecimiento de los costes de mantenimiento de la vía y de problemas constructivos y ambientales debido a la necesidad de muy elevados espesores cuando la plataforma es de débil capacidad portante, en virtud de tratarse de un material con reducido módulo de elasticidad. Además, también existen problemas de variaciones de rigidez vertical en distancias muy cortas, estas variaciones bruscas de rigidez producen un acelerado deterioro de la calidad geométrica de la vía y, consecuentemente, de los costes de mantenimiento de la misma. Existen también problemas eventuales de contaminación de la plataforma (al no ser una capa impermeable), lo que en algunos casos produce un deterioro que conlleva la necesidad de llevar a cabo costosas operaciones de tratamiento de los materiales iniciales, así como empeorar la calidad geométrica de la vía y, consecuentemente un aumento de los costes de mantenimiento. El clásico subbalasto granular no contribuye a la atenuación de vibraciones al entorno. En España se generan unas 250.000 toneladas al año de neumáticos fuera de uso.

La masiva fabricación de neumáticos y las dificultades para hacerlos desaparecer una vez usados, constituye uno de los más graves problemas medioambientales de los últimos años en todo el mundo.

Para eliminar estos residuos se usaba con frecuencia la quema directa que provoca graves problemas medioambientales ya que produce emisiones de gases que contienen partículas nocivas para el entorno, aunque no es menos problemático el almacenamiento, ya que provocan problemas de estabilidad por la degradación química parcial que éstos sufren y producen problemas de seguridad en el vertedero.

Existe pues la necesidad de reciclar los neumáticos fuera de uso.

La presente invención se refiere a un nuevo material bituminoso que comprende el uso de neumáticos fuera de uso, de tal forma que además de proporcionar un nuevo material de construcción, soluciona los problemas de contaminación descritos en el estado de la técnica.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

Así pues, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un material bituminoso que comprende:

- 92-96.05 % en peso de áridos

- 3.65-5.2 % en peso de betún de penetración 50/70, más en particular, comprende 4,5% ± 0,3% en peso de la mezcla.

- 0.3-2% en peso de material granular, más en particular, comprende 0,5% ± 0,25% en peso de la muestra.

caracterizado porque dicho material granular es polvo de caucho vulcanizado de granulometría menor de 0.5 mm procedente de neumáticos fuera de uso.

En un aspecto más en particular de la presente invención, los áridos están formados por: - 8-12% en peso de árido de la fracción granulométrica comprendida entre 18-25 mm

- 12-17% en peso de árido de la fracción granulométrica comprendida entre 12-18 mm

- 17-22% en peso de árido de la fracción granulométrica comprendida entre 6-12 mm

- 46-54% de arena 0/5

- 3-7% de filler

En un aspecto más en particular, los áridos de la mezcla bituminosa de la presente invención se caracterizan (según la norma UNE EN 993-2 referente a los tamices de los áridos para mezclas bituminosas, para una mezcla tipo AC 22 S y según la normativa PG-3), porque:

- el 100% del árido pasa por un tamiz de 32 mm

- del 90-100% del árido pasa por un tamiz de 22 mm

- del 70-88 % del árido pasa por un tamiz de 16 mm

- del 50-66% del árido pasa por un tamiz de 8 mm

- del 24-38% del árido pasa por un tamiz de 2 mm

- del 1 1 -21 % del árido pasa por un tamiz de 0.5 mm

- del 7-15 % del árido pasa por un tamiz de 0.25 mm

- del 3-7 % del árido pasa por un tamiz de 0.063 mm

En un segundo aspecto la presente invención se refiere al uso del material bituminoso descrito anteriormente para la construcción de estructuras en obras públicas, en particular para la formación de pavimentos de carreteras y calles, aeropuertos, superficies industriales, pistas deportivas, en capas inferiores de firmes para tráficos pesados intensos.

En un aspecto más en particular el material bituminoso de la presente invención se usa para la construcción de subbalasto. En la presente invención por subbalasto se refiere a cualquier sección estructural bajo balasto.

En un aspecto más en particular, el material bituminoso de la presente invención se usa para la construcción de estructuras ferroviarias.

En un tercer aspecto, la presente invención se refiere a una estructura tipo subbalasto que comprende el material bituminoso descrito anteriormente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra la sección estructural de emparrillado de vía.

EXPOSICION DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN

Ejemplo 1: Mezcla bituminosa

La mezcla bituminosa de la presente invención comprende los siguientes elementos:

Los áridos empleados en la mezcla bituminosa de la presente invención se dividieron en dos fracciones, el árido grueso y el árido fino, en función de si eran retenidos por el tamiz 2 mm (UNE-EN 933-2) en cuyo caso correspondieron a la fracción gruesa, mientras que cuando pasaban sobre el mismo correspondieron a la fracción fina. La tabla 1 muestra la distribución de áridos de la presente invención en función de su granulometría se observa a continuación:

En cuanto a la fracción gruesa, los áridos cumplieron las siguientes características:

Resistencia a la abrasión (ensayo de Los Ángeles según norma une-en 1097-2) máxima del 30 % en peso.

Alrededor del 90 % de elementos con dos caras de fractura.

- Presencia de elementos planos o alargados no excesiva.

Material no hidrófilo

Por su parte, el árido fino (pasa por el tamiz 2 mm y retenida en el tamiz 0,063 mm) estaba constituido por una mezcla de arena natural y de fracturación.

En forma de resumen, las cantidades utilizadas fueron:

Componente de la fracción % Respecto % Respecto

No granulométrica (mm) áridos mezcla

1 18-25 9,98 9.5

2 12-18 15,76 15 3 6-12 20,27 19.2

4 Arena 0/5 49,47 47.0

5 FILLER 4,52 4.3

6 Betún — 4.5

7 Caucho — 0.5

Total 100 100

EJEMPLO 2: Procedimiento de obtención de la mezcla bituminosa.

La mezcla bituminosa fue elaborada en una planta asfáltica que contenía las instalaciones necesarias para el calentamiento de los áridos y el ligante, la dosificación y el mezclado de los mismos en las condiciones definidas.

Por lo que respecta al caucho como material singular presente en las mezclas que se manejan en la presente invención cabe citar que, actualmente, están implantados dos métodos para la incorporación del polvo de caucho procedente de NFU: la denominada vía húmeda y la vía seca. En la vía húmeda, el polvo de NFU se incorpora al betún asfáltico previamente a su introducción en la amasadora de la central de fabricación de la mezcla bituminosa en caliente, obteniéndose un betún modificado o mejorado por el caucho.

Los áridos se transportaron desde las tolvas hasta el secador de la central, mediante una cinta transportadora o un elevador de cangilones. En el secador, además de secar los áridos se calentaron hasta la temperatura necesaria para la mezcla con el ligante. Tras la determinación teórica de la dosificación que se desea obtener se incorporan al mezclador en las proporciones adecuadas los diferentes materiales. En el mezclador se amasaron todos los materiales y se mezclaron a una temperatura comprendida entre 175-180 ⁵ C (siendo alrededor de 5-10 ⁵ C más elevada que una mezcla convencional, es decir, sin neumático).

La incorporación del polvo de neumático a la mezcla se realizó mediante el proceso de "vía seca", dado que el polvo neumático triturado se introdujo considerándolo como un árido más, bien siendo añadido directamente al mezclador en la cantidad precisa para cada amasada (planta discontinua) o bien mezclarlo previamente con algún componente pétreo de la mezcla antes de la fabricación (planta continua). Para realizar este procedimiento solamente se necesitó un sistema de alimentación (un silo con báscula de dosificación) que proporcionaba la cantidad deseada de polvo de caucho y que lo incorporara a la mezcla en el momento en que los áridos llegaban a una cierta temperatura y antes de que el betún fuera añadido.

Las partículas más finas del polvo de caucho interaccionaron con el betún modificando sus propiedades, consiguiéndose así mejorar el comportamiento de la mezcla bituminosa.

El polvo de caucho de neumáticos estaba constituido, por varios polímeros naturales y sintéticos: caucho natural (NR), estireno butadieno (SBR), polibutadieno (BR), polisoprenos sintéticos (IR), entre otros, de tal forma que modificó el betún de las mezclas asfálticas.

En la mezcla bituminosa de la presente invención, la dosificación de betún aumentó por la presencia de las partículas de neumático, por lo que la mezcla contenía mayor contenido en betún. Por otro lado, las condiciones de almacenamiento del polvo de caucho incorporado a la mezcla por vía seca no afectaron al proceso de fabricación ni a la calidad de las mezclas realizadas en la central.

El proceso de digestión, (proceso mediante el cual el caucho pasa de ser un "árido elástico" a ser un modificador del betún y de la mezcla bituminosa) duró menos de una hora. El caucho se hinchó en contacto con el betún y se tuvo que dejar un cierto tiempo para su puesta en obra. No obstante, la reacción se produjo durante el transporte, por lo que no precisó de especial atención.

EJEMPLO 3: construcción del sub-balasto con la mezcla bituminosa y construcción tipo emparrillado de vía de ferrocarril.

Tras la elaboración de la mezcla bituminosa de la presente invención, se realizó el transporte de la misma mediante camiones con caja metálica perfectamente estancos y cubiertos. El extendido del material bituminoso se efectuó con máquinas extendedoras adecuadas y provistas de placas vibrantes calefactadas junto con un sistema de nivelación a fin de asegurar que la superficie final del estrato extendido y compactado resultara perfectamente formada y conforme al perfil y la pendiente de proyecto. La temperatura de la mezcla durante dicha operación estaba comprendida entre los 130 y los 150 ⁵ C.

Con el fin de evitar interrupciones durante las labores de puesta en obra que provocaran irregularidades, la velocidad de avance de las extendedoras fue regulada con el fin de compatibilizar el extendido con el suministro de la mezcla bituminosa. La compactación de la mezcla se realizó inmediatamente tras el extendido de la misma, con compactadores que permitieron una adecuada y uniforme compactación

La figura 1 muestra la sección estructural tipo del emparrillado de vía de la presente invención, formado por el sistema carril-placa de asiento-fijación- traviesa, que asienta en un soporte formado por una capa de balasto (2), bajo la cual se encuentra la capa de subbalasto (1 ) propia que sirve como base para la banqueta de balasto.