FRLP - POSGRADO - DOCING - TESIS

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    Estudio de asfaltos híbridos modificados con caucho reciclado de neumáticos fuera de uso y nanoarcillas
    (Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional La Plata, 18-12-2025) Ortiz de Zárate, Federico Ignacio; Meyer, Camilo; Botasso, Gerardo
    En la actualidad, los asfaltos modificados con polímeros se emplean ampliamente, especialmente en infraestructuras viales sometidas a altas cargas de tránsito y condiciones ambientales severas. Los polímeros sintéticos ofrecen excelentes resultados para este propósito, aunque su alto costo limita su uso extensivo. Una alternativa de menor costo y con importantes beneficios ambientales es el caucho reciclado proveniente de neumáticos fuera de uso (NFU), que brinda un desempeño comparable al de los polímeros comerciales. Sin embargo, su aplicación enfrenta dos limitaciones principales: la baja estabilidad al almacenamiento, que se manifiesta como separación de fases cuando el ligante se almacena a altas temperaturas sin agitación, y la susceptibilidad del caucho a los mismos mecanismos de envejecimiento y degradación que afectan al asfalto, lo que acorta la vida útil del pavimento. En los últimos años, el uso de nanomateriales en la modificación de asfaltos ha cobrado creciente relevancia. Entre ellos, las nanoarcillas tipo montmorillonita han demostrado un interesante potencial como aditivos, ya que mejoran el desempeño mecánico y la resistencia al envejecimiento gracias a sus propiedades de barrera, observadas inicialmente en los nanocompositos poliméricos desarrollados por Toyota en la década de 1990. Además, se ha comprobado que las nanoarcillas pueden actuar como compatibilizadores en mezclas poliméricas, lo que podría contribuir a reducir la separación de fases en asfaltos modificados. No obstante, su uso combinado con caucho reciclado de NFU ha sido poco explorado. En este contexto, la presente tesis se centra en el desarrollo de asfaltos más sostenibles, estables y durables, mediante la modificación con caucho reciclado y nanoarcillas. El objetivo principal fue evaluar el efecto de pequeñas proporciones de nanoarcilla sobre el desempeño reológico, la resistencia al envejecimiento y la estabilidad al almacenamiento de asfaltos modificados con caucho. Para ello, se prepararon organoarcillas a partir de bentonita natural argentina y cloruro de benzalconio, optimizando las condiciones de síntesis en laboratorio. Estas organoarcillas se incorporaron junto con polvo de caucho de NFU para obtener asfaltos híbridos por vía húmeda, variando las proporciones de modificadores y los parámetros de dispersión. Posteriormente, se realizaron ensayos de caracterización reológica, estabilidad al almacenamiento y resistencia al envejecimiento termo oxidativo y ultravioleta (UV), con el objetivo de optimizar variables como el contenido de nanoarcilla, el contenido de caucho y el tipo de asfalto base. También se extrajeron y analizaron muestras de caucho digerido para estudiar las posibles interacciones caucho–arcilla durante el proceso de modificación del asfalto. Además, se evaluó el uso combinado de caucho y nanoarcillas en mezclas asfálticas, analizando sus propiedades volumétricas y su resistencia al ahuellamiento mediante el ensayo de rueda cargada. Los resultados demostraron que las organoarcillas sintetizadas pueden emplearse en bajas proporciones como aditivos estabilizantes en asfaltos modificados con caucho, reduciendo la separación de fases hasta niveles aceptables según la norma ASTM D 5976, incluso con contenidos de caucho de hasta 20% p/p. Los ensayos reológicos mostraron que las nanoarcillas mejoran el desempeño a altas temperaturas en un grado comparable al del caucho, mientras que su efecto sobre la resistencia a la fatiga es menos significativo, y depende del tipo de asfalto base. Asimismo, la incorporación de nanoarcillas aumentó la resistencia al envejecimiento, tanto termo-oxidativo como UV, aunque con mayor impacto en el primero. Por otra parte, se prepararon asfaltos híbridos con nanoarcillas de distintas cargas de surfactante, a fin de optimizar este parámetro, determinante del costo del aditivo. Se identificó una carga de surfactante óptima, por encima de la cual la nanoarcilla se delamina fácilmente gracias a su mayor compatibilidad con el asfalto. Bajo estas condiciones, se obtuvieron microestructuras de tipo nanocompuesto, que se tradujeron en mejoras significativas en el comportamiento reológico, la resistencia al envejecimiento y la estabilidad al almacenamiento. Además, se observó una sinergia entre el caucho y la nanoarcilla, donde la presencia de caucho favorece la delaminación de la arcilla. En contraste, con bajas cargas de surfactante, la arcilla no logra delaminarse adecuadamente y tiende a segregarse, interfiriendo con la digestión del caucho y deteriorando propiedades clave del ligante. Finalmente, se analizaron los efectos combinados de la carga de surfactante y el contenido de caucho, con el fin de mejorar la efectividad de las nanoarcillas menos compatibles. Se observó que, con 20% p/p de caucho, la adición de arcilla natural empeora la estabilidad al almacenamiento y la resistencia al envejecimiento, mientras que con 10% p/p de caucho ambas propiedades mejoran significativamente. Esta diferencia se atribuye a la mayor disponibilidad de fracciones livianas del asfalto cuando el contenido de caucho es menor, lo que facilita la delaminación de la arcilla natural y evita la interferencia caucho–arcilla. En tales condiciones, la arcilla natural logra estabilizar las dispersiones, ofreciendo una alternativa de bajo costo adecuada para escenarios con menores exigencias técnicas o restricciones económicas. En síntesis, esta investigación demuestra que las nanoarcillas poseen un alto potencial como aditivos en asfaltos modificados con caucho, ya que mejoran la estabilidad al almacenamiento y la resistencia al envejecimiento. Su empleo favorece el reciclaje de NFU y promueve la construcción de pavimentos más durables y sostenibles, contribuyendo a mitigar el impacto ambiental derivado de la acumulación de neumáticos desechados. De esta manera, la tesis aporta al desarrollo de tecnologías de pavimentación compatibles con los principios de economía circular y reducción de la huella de carbono.