Alternative design for asphalt concrete modified with recycled plastic polymers from food containers and cleaning elements applying the response surface methodology

Autor: Sánchez León, Omar
Přispěvatelé: Betancourt Cardozo, Ferney, Melo Martínez, Oscar Orlando
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2022
Předmět:
Popis: ilustraciones, fotografías, gráficas, tablas La contaminación por residuos sólidos resultantes del uso de envases de plástico afecta de manera crítica muchos ecosistemas actualmente y en consecuencia, el reciclaje y el aprovechamiento de estos materiales en la fabricación de mezclas asfálticas para pavimentación, contribuye en parte al cumplimiento de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) trazados por la asamblea general de las Naciones Unidas, en relación con la adopción de medidas urgentes para combatir el cambio climático (ODS No. 13), el avance para disponer de agua limpia mediante gestión sostenible (ODS No. 6) , la promoción para una industrialización sostenible (ODS No. 9) y la garantía de la salud y el bienestar para todos(as) (ODS No. 3). En aras de contribuir con estos objetivos, en este trabajo se planteó el empleo de plásticos reciclados de un solo uso (envases de alimentos y elementos de aseo), tales como los polímeros de tereftalato de polietileno (PET), polipropileno (PP) y polietileno de alta densidad (PEAD), para ser incorporados adecuadamente en mezclas asfálticas producidas en caliente, tal que sirvan para la pavimentación en obras viales, mediante la utilización de la metodología de superficies de respuesta como herramienta estadística de análisis y de la validación de los resultados, con el empleo del método de diseño Marshall y las especificaciones generales para la construcción de carreteras INVIAS 2013 correspondientes. Como resultado de este trabajo de investigación, se determinaron las regiones óptimas para los tres tipos de polímero, en términos de los contenidos de cemento asfáltico, las cantidades de grano de polímero reciclado provenientes de envases plásticos reciclados y las respectivas fórmulas de trabajo de las mezclas asfálticas para las condiciones óptimas. Los resultados experimentales mostraron que el comportamiento de los concretos asfálticos modificados con los plásticos reciclados, PET, PP y PEAD, resultan aptos para la construcción de pavimentos peatonales y vehiculares, y por consiguiente, pueden favorecer el medio ambiente, dado que su reciclaje reduce la contaminación ambiental en las fuentes hídricas y rellenos sanitarios, y en general puede contribuir a la salud y el bienestar de todos(as). (Texto tomado de la fuente). The contamination by solid waste resulting from the use of plastic containers critically affects many ecosystems currently and consequently, the recycling and use of these materials in the manufacture of asphalt mixes for paving, contributes in part to the fulfillment of development objectives (DO) outlined by the United Nations General Assembly, in relation to the adoption of urgent measures to combat climate change (DO No. 13), the progress to have clean water through sustainable management (DO No. 6) , the promotion of sustainable industrialization (DO No. 9) and the guarantee of health and well-being for all (DO No. 3). In order to contribute to these objectives, this paper proposed the use of single-use recycled plastics (food containers and toiletries), such as polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP) and polyethylene polymers. of high density (HDPE), to be properly incorporated into hot-produced asphalt mixes, such that they serve for paving in road works, by using the response surface methodology as a statistical tool for analysis and validation of the results. , with the use of the Marshall design method and the corresponding general specifications for road construction INVIAS 2013. As a result of this research work, the optimal regions for the three types of polymer were determined, in terms of the asphalt cement contents, the amounts of recycled polymer grain from recycled plastic containers and the respective working formulas of the mixtures. asphalt for optimal conditions. The experimental results showed that the behavior of asphalt concretes modified with recycled plastics, PET, PP and HDPE, are suitable for the construction of pedestrian and vehicular pavements, and therefore, they can favor the environment, since their recycling reduces the environmental pollution in water sources and landfills, and in general can contribute to the health and well-being of all. Incluye anexos Maestría Magíster en Construcción El proceso realizado para el desarrollo metodológico del proyecto consideró varias fases, con tal de evaluar las componentes de agregados pétreos, asfalto base, adición de GPR, elaboración de mezclas asfálticas, convencional de referencia y modificada con GPR, así como de la evaluación de las mezclas asfálticas. La optimización se llevó a cabo mediante la aplicación del método de diseño Marshall en su fase preliminar y de la metodología de superficies de respuesta, a partir de una base experimental conjunta, tenida en cuenta a modo de complemento y verificación de la efectividad de esta última metodología para el diseño de las mezclas asfálticas modificadas con GPR. El plan experimental tendiente en llevar a cabo el diseño de mezclas asfálticas por la metodología de superficies de respuesta para lograr la incorporación de los polímeros plásticos reciclados parte de conocer las propiedades mecánicas y físicas de cada uno de los constituyentes que intervienen en la mezcla; como son los agregados pétreos, el cemento asfáltico y los polímeros, a estos últimos se determinó utilizarlos porque son los polímeros de mayor frecuencia de uso además de ser los principales causantes de la contaminación plástica debido a su acumulación progresiva y su difícil degradación. Para aplicar la metodología de respuesta en el diseño de la mezcla asfáltica modificada con polímeros, se emplearon los datos obtenidos por el método Marshall como referencia, siendo este método de diseño el actualmente aprobado en Colombia para el diseño de mezclas asfálticas, en este método se evalúan las propiedades volumétricas en función del contenido óptimo de asfalto, se empleó este mismo método para diseñar las mezclas modificadas con los contenidos de polímeros y a partir de los datos usar la metodología de superficies de respuesta para determinar los contenidos óptimos de polímeros y de cemento asfáltico que satisfagan la norma en el cumplimiento de las propiedades volumétricas. La investigación se sustenta en las experiencias previas recopiladas de diversos artículos científicos que nos entregan las pautas en las alternativas de modificación de las mezclas asfálticas con la incorporación de aditivos entre ellos los plásticos que buscan modificar el cemento asfáltico para el mejoramiento de sus propiedades mediante técnicas innovadoras de laboratorio y la verificación del control de calidad del producto obtenido. La metodología de la presente investigación se basó en la búsqueda y revisión de experiencias en investigaciones previas para establecer la guía experimental y la selección de los ensayos a practicar en las áreas de la química, la mecánica de suelos y de pavimentos para la caracterización de cada uno de los materiales, como para plantear las alternativas y técnicas para el mejoramiento de los cementos asfálticos empleando el grano de polímero reciclado y la modificación de mezclas asfálticas. La segunda fase experimental tendrá la búsqueda de la modificación del cemento asfaltico con los polímeros plásticos reciclados, la elaboración de ensayos normativos que permitan establecer la viabilidad de este nuevo material en la fabricación de las mezclas por el método húmedo de acuerdo a los resultados que se obtengan con el cemento asfáltico, la búsqueda de un método alterno para la introducción de los polímeros plásticos reciclados directamente sobre las mezclas asfálticas que será llamado método seco, fabricando las mezclas según los lineamientos de la normatividad del Instituto Nacional de Vías (INVIAS-2013) bajo los parámetros de los artículos 400 y 450, para determinar el contenido de asfalto óptimo de la mezcla asfáltica densa en caliente para un tipo de rodadura tipo MDC-19 por el método Marshall, a cada una de las mezclas que se fabricaran se les incluirá en distintas proporciones los contenidos de polímeros. El análisis de los diferentes diseños de la mezcla asfáltica llevara a seleccionar las mejores respuestas producto de combinar los distintos porcentajes de polímeros. La tercera fase del proceso experimental consistirá en el análisis estadístico de todos los datos obtenidos empleando la metodología de superficie de respuesta para determinar por esta técnica los contenidos óptimos para cada uno de los polímeros y el contenido de cemento asfáltico óptimo para los diferentes diseños de mezcla asfáltica, los resultados de ambas métodos de diseño permitirá realizar una evaluación comparativa de las mezclas asfálticas bajo el método Marshall y la metodología de superficie de respuesta.
Databáze: OpenAIRE
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