Evaluación del desempeño mecánico de mezclas asfálticas modificadas con escorias de acero

Abstract

En la actualidad, las diferentes ramas de la ingeniería plantean soluciones para la utilización de residuos como materiales alternos en el desarrollo de proyectos, como es el caso de la especialidad de pavimentos; en los cuales se ha estudiado la inclusión de desechos industriales en la fabricación de las diferentes capas del pavimento. Lo anterior considerando la amplia necesidad de insumos naturales para la construcción de obras viales frente al posible aprovechamiento de residuos generados en diversos procesos de fabricación. Uno de los materiales alternos para utilizar en la estructura de pavimento son las escorias siderúrgicas; estos materiales generados en el proceso de fabricación del acero, corresponden a las impurezas recopiladas en las diferentes etapas de producción y presentan cambios en sus propiedades físicas y químicas a causa de los procesos de elaboración, requiriendo la ejecución de ensayos de laboratorio para conocer sus propiedades. Este residuo siderúrgico, resulta ser un insumo importante en regiones donde existen plantas de producción de acero y las zonas de disposición de residuos son escasas o donde las fuentes de materiales sean limitadas. En Colombia se produce una alta cantidad de acero, según el último informe del sector siderúrgico del comité colombiano de productores de acero - ANDI en 2018 se logró producir 1.234 millones de toneladas, de las cuales se considera que las escorias representan entre el 0.1 y 0.3 de la producción total. El presente estudio se enfoca en el diseño de mezclas asfálticas en caliente implementando escorias del horno de convertidores; se realizó la evaluación de una mezcla patrón y una mezcla modificada, en la cual se reemplazo el 100% del agregado pétreo por escoria en el tamaño de partícula n°10. Se realizaron ensayos de caracterización básica y ensayos de evaluación del comportamiento mecánico tales como: Estabilidad y flujo Marshall, susceptibilidad al daño por humedad, módulo dinámico y resistencia al ahuellamiento; lo anterior con el propósito de conocer los beneficios y limitaciones al modificar la mezcla. La importancia de este estudio es avanzar experimentalmente en la evaluación e inclusión de materiales alternos como es el caso de desechos de la industria siderúrgica, en obras de ingeniería de pavimentos; este trabajo pretende ser un referente técnico para la implementación o no de las escorias siderúrgicas en mezclas asfálticas. Lo que se traduciría en una alternativa de impacto positivo para el entorno donde existan problemas ambientales de disposición de residuos o escasez de agregados pétreos naturales.

Abstract: Nowadays the different branches of engineering establish solutions about the use of residues as an alternative material at development of projects. In this case, of specialty in pavements, which has studied the inclusion of the industrial waste in the manufacturing of the different pavement layers. This is due the fact of the wide need of natural supplies to the construction of roadworks face of the possible use of the industrial waste. One of the alternative materials to use in the structure of pavements is the steel slags. Those materials are generated in the steel fabrication process. These are the impurities collected on the different production stages showing changes in their physical and chemical properties because of the elaboration processes. It requires an execution of laboratory tests to recognize their properties. This steel waste turns out to be an important resource in places where there are steel production plants and the waste disposal areas are not enough or where the materials sources are limited. Colombia produces a high amount of steel daily: at least 3288 tons, and the slag represents between 0.1 and 0.3 percent of the total production. The present study is focused on the design of hot mix asphalt concrete implementing the slags of converter furnaces. It was evaluated a pattern mix and a modify mix, in which the 100% of the stone aggregates was replaced to slag at size of particle n° 10. Tests of basic characterization were made, also essays about mechanic behavior such as: Marshall stability and flow, moisture susceptibility, dynamic module and rutting resistance. All of this has the purpose to recognize the benefits and limitations when the mix is modified. The relevance of this study is to advance experimentally in the evaluation and inclusion of alternative materials as the case of the waste steel slag in the pavement engineering works. This work pretends to be a technical reference to the implementation or not of steel slag in mix asphalt. Which would mean an alternative of positive impact to the place where are environmental problems of waste disposal or shortage at natural stone aggregates.