Transformación de residuos plásticos en materia prima para pavimento

Los recipientes plásticos del jugo de naranja, o los de los productos de limpieza, en vez de arrojarse a la basura podrían tener una segunda vida como materia prima para la pavimentación de obras viales. En laboratorio se probaron tres tipos de polímeros que se utilizaron en mezclas de concreto asfáltico modificado, los cuales no solo cumplen, sino que incluso superan lo establecido por la normatividad colombiana.

En 2015, la Asamblea General de las Naciones Unidas trazó 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) para proteger el planeta contra el cambio climático y la acumulación excesiva de residuos perjudiciales; entre ellos se encuentra el impulso a la búsqueda de iniciativas de reciclaje y reutilización de materiales de único uso como el plástico.

Colombia produce alrededor de 1,4 millones de toneladas de plástico al año, y según Acolplásticos, de los 12 millones de envases que salen al mercado cada día solo se reciclan 3, lo cual se traduce en un problema de contaminación por la alta generación de residuos como estos, que tardan cerca de 500 años en degradarse.

En busca de alternativas para enfrentar la mala disposición y poca reutilización de los residuos plásticos, Omar Sánchez León, magíster en Construcción de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), obtuvo mezclas asfálticas producidas en caliente.

Mediante “superficies de respuesta”, metodología que le permitió hacer el análisis estadístico, le incorporó a las mezclas plásticos reciclados como el tereftalato de polietileno (PET), polipropileno (PP) y polietileno de alta densidad (PEAD).

“Los envases fabricados con PET, PP y PEAD ofrecen valiosos aportes de durabilidad y resistencia ante los agentes climáticos y las exigencias del tránsito a los concretos asfálticos”, asegura el magíster.

De residuo a insumo aprovechable

El concreto asfáltico se usa en la construcción de vías, calles, carreteras, andenes y parqueaderos; el cemento con el que se fabrica se obtiene de la destilación del petróleo, y en su elaboración también se emplean agregados pétreos provenientes de ríos o canteras.

Para convertir los plásticos en mezclas asfálticas, primero se lavaron los envases y se les retiraron las etiquetas; después se pasaron dos veces por una máquina trituradora hasta convertirlos en grano de polímero reciclado, similar a un polvo. La idea era conseguir el tamaño de partículas adecuado para la fusión dentro de la mezcla de concreto asfáltico.

Para determinar la dosificación óptima del grano obtenido se establecieron cantidades porcentuales por peso del cemento asfáltico de 4; 7,5; 10 y 16 %, con los que se fabricaron tres moldes (briquetas) por cada contenido de cemento asfáltico, cuyas variaciones de dosificación fueron: 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5 y 5,25 %.

Con dichos insumos se establecieron –mediante una base experimental– los resultados que satisficieran el cumplimiento de los requerimientos de calidad, a partir de caracterizaciones físico-mecánicas como la estabilidad y el flujo, vacíos con aire, vacíos en agregados minerales y vacíos llenos de asfalto. Esto se hizo según el método de diseño Marshall de las normas Invías para mezclas asfálticas densas producidas en caliente en Colombia.

De igual manera, con el apoyo del Departamento de Estadística de la UNAL, se aplicó la metodología “superficies de respuesta”, con las que se determinaron las dosificaciones apropiadas tanto de los polímeros como del cemento asfáltico.

La elaboración se hizo por el “método seco”, en el cual se fusionaron los materiales junto con el material alternativo, determinando 153,2 y 147,8 ºC como temperatura máxima de mezclado, y 141,5 y 136,8 °C para su compactación, mediante ensayos de viscosidad realizados previamente al cemento asfáltico.

También se evaluó el “método húmedo” para conseguir la fusión del GPR con el cemento asfáltico aplicando agitación mediante un dispersor y calor con aplicación de llama a la muestra; las temperaturas por este método oscilaron entre 110 y 120 °C.

El investigador explica que “los datos de deformación y resistencia de carga se obtuvieron con la exposición del material a fallo o ruptura en una prensa de compresión diametral, prueba que sirve para determinar sus características”.

La interpretación de los datos y la elaboración de cálculos estadísticos y de diagramación fue posible con el desarrollo de un lenguaje de programación; así se obtuvieron los detalles del comportamiento de las mezclas asfálticas modificadas.

Entre los principales resultados se encuentra que, en efecto, las mezclas asfálticas modificadas con el grano de polímero reciclado de PP mejoraron la capacidad de carga y deformación (estabilidad y flujo). La norma exige mínimo 9 kilonewtons (kN) de estabilidad y el material obtenido ofrece un rango de 21-16,8 kN.

En la mezcla a la que se agregó PET se obtuvo una reducción de los vacíos con aire para cumplimiento de los parámetros de especificación de la norma Invías. En la estabilidad mostró aumentos con respecto a lo que exige la norma (7,5-9 kN) para tráfico mediano y pesado en rangos que van desde 16,5-17 kN. Esto quiere decir que, si llegara a usarse en vías tráfico pesado de vehículos, tendría mejor resistencia, lo que evitaría que el pavimento se agriete con facilidad.

Según el magíster, “al hacer ensayos de desempeño se podría hacer la producción industrial para aplicar estas mezclas en la construcción de vías; el estudio mostró que al mejorar la rigidez de las mezclas asfálticas modificadas se podrían usar en climas con temperatura elevada”.

También señaló que “la investigación demuestra que la metodología de superficie de respuesta es valiosa para optimizar las mezclas obtenidas”.

Estos resultados pueden servir de referencia para futuras investigaciones en la ingeniería de pavimentos que busquen emplear materiales alternativos que conduzcan a reducir las acumulaciones de residuos plásticos.