Este documento detalla la investigación sobre la adición de polvo de caucho reciclado y esquistos bituminosos en mezclas asfálticas, buscando mejorar sus propiedades y resistencia al tráfico y las condiciones ambientales. Se examina cómo la incorporación de estos modificantes afecta la estructura y el comportamiento del asfalto, contribuyendo a mezclas más económicas y eficientes. Además, se discuten el origen de los materiales bituminosos y su aplicabilidad en la construcción de pavimentos en Colombia.

1. Mezclas asfálticas con polvo de caucho y esquistos bituminosos
Villamil Rojas, Robinson
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MEZCLAS ASFÁLTICAS CON POLVO DE CAUCHO Y ESQUISTOS BITUMINOSOS
Villamil Rojas, Robinson (1
)
RESUMEN
La variabilidad en la respuesta que los materiales a las condiciones de producción y su respectiva aplicación es tan grande
que, es común la presencia de fallas prematura, inclusive en los propios procesos de colocación y compactación de las
mezclas asfálticas. Una mejora en las propiedades fisicoquímicas y reológicas de ellos se consigue adicionando
modificantes que generan cualidades de resistencia y deformación. En este artículo se muestran los elementos teóricos de
la investigación de la adición de polvo de caucho, proveniente del reciclaje de neumáticos de desecho y el polvo de los
esquistos bituminosos, a través de lo cual se busca suministrar, a las mezclas asfálticas, mejores respuestas al ataque del
tránsito y a las condiciones medio ambientales, se considera que la adición provoca cambio en al susceptibilidad térmica
del bitumen y el posible estructura coloidal en la que la reacción cemento – agregado – modificante establece una mezcla
más resistente. Por lo tanto mostraremos la génesis de los materiales empleados, los parámetros de comportamiento de los
mismos, las pruebas y lo que se espera de ello.
Palabras clave: Asfaltos, polvo de caucho, asfaltitas, gilsonitas, pavimentos.
SUMMARY
The variability in the response that the materials to the conditions of production and your respective application it’s so big
that, the premature presence of faults is common, inclusive in the own proper processes of placement and compactation of
the asphalt mixings. An improvement in the physicochemical properties and reologicals of them it is obtained adding
modifiers that generate qualities of resistance and deformation. In this article there appear the theoretical elements of the
investigation of the addition of powder of rubber, from the recycling tire of waste and the powder of the bituminous
schists, across which it is sought to give, to the asphalt mixings, better answers to the assault of the traffic and to the
conditions I happen environmental, it thinks that the addition provokes change in to thermal is susceptibility of the
bitumen and the possible one constructs colloidal in that the reaction I cement - attaché - modifier establishes a more
resistant mixing. Therefore we will show the genesis of the used materials, the parameters of behavior of the same ones,
the tests and what is expected from it.
Key words: Asphalts, powder of rubber, asfaltitas, gilsonitas, pavements
1
Ingeniero Civil Uni-minuto, Especialista en Ingeniería de Pavimentos U. Católica de Colombia,. Tg.,. Administración de Obras Civiles
UNAD, Est. Maestría Construcción de Obras Viales, Universidad Santo Tomas

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I. INTRODUCCIÓN
La modificación de las mezclas elaboradas con cemento
asfáltico tiene muy pocos antecedentes en Colombia, las
aplicaciones actuales se han hecho principalmente en
las carreteras nacionales tipo concesión y en algunas
calles administradas por el Instituto de Desarrollo
Urbano en la Ciudad de Bogotá, en este orden de ideas,
estas prácticas constructivas son relativamente recientes
y su desarrollo tecnológico es incipiente. Sin embargo,
debido a la gran incertidumbre que conlleva la
construcción de pavimentos asfálticos y la alta tasa de
falla prematura de los mismos, la industria ha ido
incorporando aditivos que mejoran el desempeño de
estas mezclas, dentro de ellos podemos citar;
modificadores poliméricos termoplásticos, cauchos
termoplásticos, sintéticos y naturales, azufre y otros
productos orgánicos.
Los modificantes básicamente se aplican al cemento
asfáltico y el proceso de adición se desarrolla en plantas
especiales dado que los procesos de adición requieren
temperaturas tales que al medio ambiente se generaría
un envejecimiento prematuro del material por lo que se
hace al vacio y el asfalto modificado se lleva a las
plantas de elaboración de mezclas listo para ser
aplicado. Con este trabajo se analiza la posibilidad de
adición de polvo de caucho y esquistos bituminosos
molidos durante el proceso de elaboración de la mezcla,
a temperatura ambiente aún cuando la eficiencia de la
mezcla es menor, se pretende conseguir concretos
modificados más económicos y eficientes sin procesos
industrializados especiales para su modificación.
GENESIS DE LOS MATERIALES BITUMINOSOS
El cemento asfáltico utilizado en la elaboración de
concretos bituminosos no es el único producto que, en
la actualidad se emplea como material de construcción
de vías, aún cuando no tienen la relevancia de cemento
asfáltico, los asfaltos naturales juegan un papel
importante en proyectos de vías de bajos niveles de
tránsito y en ciertas condiciones en vías de medianos y
altos volúmenes de tráfico, para dar un vistazo general a
este tipo de materiales, en la gráfica 1 se aprecia el
posible proceso de génesis de gran parte de los
bitúmenes que hoy por hoy se aplican en calles y
carreteras.
La historia nos cuenta, que el origen del petróleo data
de la era Cenozoica hace aproximadamente millones de
años, tiempo en el cual, la tierra fue habitada por seres
vivientes con características especiales en cuanto a su
tamaño y abundancia, los continentes y el mar estaban
densamente poblados por seres vivos que al momento
de su muerte conformaban extensas capas de materia
orgánica en descomposición y con la combinación de
bacterias, procesos de oxidación y conformación de
suelos fueron generando colchones de bituminosos que
el tiempo los fue enterrando bajo el peso de los
sedimentos de tal forma que dentro de la corteza
terrestre engendraron focos de descomposición y
transformación química y orgánica conocida en
nuestros días como crudos de petróleo.
Teniendo en cuenta que la corteza terrestre puede ser
considerada como un elemento de tipo dinámico, en el
que fuerzas tectónicas, presiones y movimientos de
masas, involucran cambios permanentes a sus
materiales constituyentes, estos colchones orgánicos no
podían ser ajenos a este devenir geológico. Gracias a
este dinamismo, en la naturaleza podemos encontrar
una gran gama de materiales bituminosos que son, por
su naturaleza química y conformación geológica
considerablemente diferentes en cuanto a su
comportamiento al ser considerados como materiales de
construcción.
Es posible que cuando estos bitúmenes se crearon bajo
presiones moderadas, sin el efecto extremo de la
tectónica de placas o de condiciones cercanas de
metamorfismo, evito una baja pérdida de los
compuestos de bajo peso molecular constituyendo
crudos livianos de gran utilidad para la obtención de
combustibles y el desarrollo de muchos sub productos
que hacen que este tipo de materiales sean muy
apetecidos al nivel económico.
Ya en condiciones más agresivas de presiones y
temperaturas genera crudos con compuestos orgánicos
con mayores pesos moleculares, crudos convencionales
que son algo más comunes en la naturaleza que aún
cuando no presentan una rentabilidad tan grande, se
pueden, extraer de ellos productos bituminosos de
aplicación industrial. En este orden de ideas, se pueden
encontrar crudos cada vez más pesados con una
capacidad de refinación muy baja que a la fecha, no
resultan tan útiles industrialmente.
Cuando estos materiales son sometidos a condiciones
extremas, ya sea presiones y temperaturas altas su
estructura química tiene al tendencia a conformar
materiales mucho más viscosos hasta convertirlos en
roca o esquistos bituminosos que por su grado de
metamorfismo determinan materiales con características
mecánicas diversas, así como su propia composición
química y mineralógica, pueden ser encontrado
asociados con arenas o arcillas conformando las
llamadas rocas bituminosas o pirobituminosas, pero
también se encuentran puras formando esquistos que
comúnmente son llamados asfaltitas o gilsonitas.

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Figura 1.Ciclo de la génesis de los asfaltos naturales
Fuente: Autor (1)
Si durante el proceso de formación de los crudos, estos,
por algún motivo afloran a la superficie de la corteza
terrestre, el procesos químicos tiene determinadas
variantes en sus condiciones de conformación la
oxidación y la perdida de solventes en el medio
ambiente natural y la combinación con los minerales
circundantes, en este medio de depositación,
desarrollaron mezclas naturales con arenas, con gravas
o con materiales finos; arcillas, limos, raíces y demás
impurezas, estas mezclas naturales, se han empleado
como material de construcción en carreteras de bajos
volúmenes de tránsito, los más conocidos en Colombia
son los asfaltos naturales de Pesca, en el Departamento
de Boyacá, asfaltos naturales de Norcacia en el
Departamento de Caldas y Tolima, asfaltos naturales
del Caquetá y muchas otras fuentes que se encuentran
en nuestra geografía sedimentaria.
Pueden, de la misma forma, constituirse lagos puros de
asfalto, aún cuando no es una situación muy común en
nuestro país, en Venezuela, Canadá y en especial los
más conocidos se encuentran en trinidad, lagos que
ocupan grandes extensiones de terreno.
Figura 2. Aspecto de los lagos de asfalto natural
Fuente: Internet Skyscrapercity.forums (2)

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El asfalto convencional, es el producto de la refinación
de los crudos y corresponde a la fracción final del
proceso, aún cuando en los países desarrollados entra a
una etapa de adecuación, antes de ser aplicado en las
mezclas asfálticas, en Colombia al se le da algún
tratamiento industrial antes de salir al mercado, por esta
razón la gama de asfaltos comerciales se limita a dos o
tres, de los cuales el más empleado es el de la Refinería
de Barrancabermeja, que en el caso de este trabajo,
servirá como base para el proceso de investigación. De
la misma forma se empleará una roca asfáltica blanda
(Figura 3), la cual será triturada y convertida en polvo
para ser agregada a la mezcla.
Figura 3. Roca asfáltica
Fuente: Autor (1)
De otra parte se empleará polvo de caucho producto del
reciclado de neumáticos (Figura 4), que será adicionado
a la mezcla.
Figura 4. Polvo de caucho
Fuente: Autor (1)
CONSIDERACIONES DE TIPO QUÍMICO
El asfalto convencional, está compuesto por un
sinnúmero de cadenas hidrocarbonadas y elementos
que, en forma general están directamente relacionados
con el proceso de su formación, aún cuando su aspecto
sea similar a asfaltos de otras refinerías, en el momento
de desarrollar pruebas de tipo mecánico se establece
una evidente diferenciación, y que decir de las pruebas
químicas, ellas nos establecen, incluso, diferencias entre
los asfaltos producidos por la misma refinería. Sin
embargo, el asfalto al ser el residuo de la destilación de
crudos, más livianos, contiene las moléculas más
grandes y pesadas que no pudieron ser refinadas dentro
de las cuales se pueden encontrar:
Cadenas de tipo alifático saturados o parafinas
Moléculas nafténicas o cicloparafinas
Moléculas aromáticas
Alifáticos no saturados y,
Trazas de elementos como S, Ni, Va, otros.
Esta composición y su proporción, así como las trazas
de impurezas, desempeñan un papel fundamental en el
comportamiento general de asfalto como material
cementante.
Aún cuando existen diferentes modelos de distribución
molecular del asfalto, el más comúnmente conocido es
el modelo Pfeiffer, a través del cual se explica la
composición del asfalto como una solución coloidal en
el que se determina dos tipos de elementos químicos de
características similares, una fase dispersa compuestas
por micelas de alto peso molecular (1000 a 100000
g/mol) denominados ASFALTENOS, constituidos por
aromáticos complejos, de consistencia sólida y color
negro. Los asfaltenos se encuentran dispersos en una
fase continua o medio dispersante, MALTENOS,
compuestos por dos tipos de polímeros bien definidos,
uno de peso molecular medio (500 a 50000 g/mol);
RESINAS, de naturaleza polar aromática de alta
capacidad adhesiva por su naturaleza polar, sólidos o
semisólidos su color es marrón.
Por último los ACEITES, aun cuando no existe un
límite bien definido con las resinas, son moléculas de
peso relativamente bajo (300 a 2000 g/mol), dentro de
ellos están los aromáticos no polares, representan del 40
al 60% de los asfaltos. De la misma forma en esta fase
se encuentran cadenas lineales y ramificadas de
hidrocarburos alifáticos, con un peso molecular similar
a los aromáticos.
Las asfaltitas pueden ser consideradas como una fase
especial constituida por asfaltenos con algunas trazas de
otros elementos y vestigios de maltenos.

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Figura 5. Modelo coloidal de Pfeiffer
Fuente: Autor (1), formulas tomadas de www.repsol.com.es
Para contextualizar el caucho proveniente del reciclado
de los neumáticos dentro del ámbito químico de los
compuestos involucrados dentro de la investigación,
este material puede ser clasificado como un polímero
termoplástico que en general viene asociado con otros
elementos y procesos térmicos y mecánicos para
generar el material de constitución de los neumáticos,
una composición aproximada de puede ser:
Tabla 1 Composición media de un neumático
MATERIAL PROPORCIÓN (%)
Caucho 45 - 48
Negro de carbono y silice 22
Metal 15 - 25
Textil 0 - 5
Oxido de zing 1 - 2
Azufre 1
Aditivos 5 - 8
Fuente (3)
Se debe tener en cuenta que los neumáticos ocupan un
lugar preponderante en la producción mundial del
caucho.
Respecto Del caucho natural, extraido del árbol Hevea
originario del Brasil, determina el 30% a nivel
industrial, siendo el resto materiales sintéticos, para la
fabricación de los neumáticos se emplean, en especial:
Cauchos naturales (NR) Elasticidad
Estireno – Butadieno (SBR) Estab. térmica
Polibutadienos (BR) Estab. térmica
Polisoprenos (IR) Estab. térmica
El NR, es un polisopreno mezclado con pequeñas
cantidades de proteínas, lípidos y sales inorgánicas,
conforma una cadena larga en forma de espiral de peso
molecular relativamente alto (500000 g/mol)
Figura 6. Molécula del caucho natural
Fuente (3)

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CONCLUSIONES
Las características fundamentales de cada uno de los
elementos involucrados dentro de esta investigación
poseen características especiales que deben ser
aprovechadas para conseguir una mezcla óptima bajo la
cual el aporte mecánico del polvo de caucho, su
flexibilidad y las propiedades que caracterizan a los
neumáticos, en cuanto a su estabilidad y duración se
trasladen de manera proporcional a la estabilidad de las
mezclas asfálticas, como se ha podido probar en
investigaciones anteriores y adicionalmente las
propiedades de adherencia y en especial la dureza que
suministra la asfaltita, generen un combinación tal que
se consiga una mezcla económica.
REFERENCIAS
[1] Villamil Rojas, Robinson, Asfaltos naturales
como material de construcción de Carreteras, Tesis de
grado, optar Titulo de Especialista en Ingeniería de
Pavimentos, Universidad Católica de Colombia,
Bogotá, 2008.
[2] Internet Skyscrapercity.forums
[3] Botasso, Hugo Gerardo, Utilización del
caucho en las mezclas asfálticas, Universidad
Tecnológica Nacional, Regional la Plata, Buenos Aires
Argentina. Centro de Investigaciones Viales. S.f.
BIBLIOGRAFIA
CARLSON D, Douglas, Asphalt – Rubbber, An to
crumb Rubber Markets, UNCTAD, International
Rubber Forum. Veracruz 1999.