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UNIVERSIDAD PÚBLICA DE EL ALTO VICERRECTORADO
DIRECCIÓN DE INVESTIGACIÓN CIENCIA Y TECNOLOGÍA INSTITUTO DE INVESTIGACIONES DE INGENIERÍA DE GAS Y
PETROQUÍMICA
“OBTENCIÓN DE ASFALTO MODIFICADO A PARTIR DEL RECICLAJE DE NEUMÁTICOS LIGERAMENTE PIROLIZADOS EN LA CIUDAD DE EL
ALTO” PROYECTO FINANCIADO CON RECURSOS PROPIOS
Resolución HCC Nº 03/2020
EQUIPO DE INVESTIGADORES:
M.Sc. Ing. Alizon Triny Huallpara Lliully Univ. Raquel Siñani Chávez
Univ. Juana Gabriela Escobar
EL ALTO – BOLIVIA
2020
UNIVERSIDAD PÚBLICA DE EL ALTO
AUTORIDADES M.Sc. Lic. Freddy Medrano Alanoca RECTOR Dr. Carlos Condori Titirico VICERRECTOR Dr. Antonio López Andrade Ph. D. DIRECTOR DE INVESTIGACIÓN CIENCIA Y TECNOLOGÍA Ing. Justo Reynaldo Irusta Carvajal DECANO DE ÁREA DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Ing. Wily Ricardo Luque Acho DIRECTOR DE CARRERA DE INGENIERIA DE GAS Y PETROQUIMICA M.Sc. Ing. Nicolas Quenta Ticona COORDINADOR INSTITUTO DE INVESTIGACIONES DE INGENIERIA DE GAS Y PETROQUIMICA CONVENIO INTERINSTITUCIONAL UNIVERSIDAD PÚBLICA DE EL ALTO - EMAVIAS DERECHOS RESERVADOS: Universidad Pública de El Alto Dirección UPEA: Av. Sucre s/n Zona Villa Esperanza Diciembre. 2020 El Alto – Bolivia
PRESENTACIÓN
La Constitución Política del Estado, establece y garantiza el desarrollo de la ciencia y la investigación científica, técnica y tecnológica en beneficio del interés general. Asimismo, indica que el Estado, las universidades, las empresas productivas y de servicios, públicas y privadas, desarrollaran procesos de investigación, innovación, promoción, divulgación, aplicación y transferencia de ciencia y tecnología para fortalecer la base productiva e impulsar el desarrollo integral de la sociedad (Art. 103, numeral I, II y III); y por otra, la Universidad Pública de El Alto (UPEA) tiene constituido en su Estatuto Orgánico el Carácter Científico Institucional y tiene como misión no solamente la de formar profesionales capaces a requerimiento de la población, sino al amparo de la Ley de leyes del país tiene la de fomentar la ciencia y la investigación técnica y tecnológica para coadyuvar al desarrollo integral del país.
En el marco anterior, la UPEA expresa en su Plan Estratégico de Desarrollo Institucional PEDI 2017-2021, que es una necesidad fomentar procesos de investigación científica a nivel de la Comunidad Universitaria, promoviendo la generación de nuevos conocimientos, ciencia, desarrollo, tecnología e innovación, tarea que es asumida responsablemente a través de la Dirección de Investigación Ciencia y Tecnología (DICyT) y sus Institutos de Investigaciones, en este caso particular desde el Instituto de Investigaciones de la Carrera de Ingeniería de Gas y Petroquímica, proyecta ser un brazo articulador para investigaciones que coadyuven al rol de la industria de gas y petroquímica.
Por tanto, la UPEA a través de la Carrera de Ingeniería de Gas y Petroquímica coadyuva al desarrollo del sector hidrocarburos del país, enfocados en procesos que permiten la separación primaria (gas, petróleo crudo y agua) y secundaria (deshidratación, removido de petróleo crudo, adulzamiento, criogenización), y otros procesos especializados como extracción de combustibles líquidos y otros. El Instituto de Investigaciones de ésta carrera ha tomado muy en serio este tema de investigación y ha avanzado exitosamente el desarrollo del proyecto “Obtención de asfalto modificado a partir del reciclaje de neumáticos ligeramente pirolizados en la ciudad de El Alto” liderada por la M.Sc. Ing. Alizon Triny Huallpara Lliully y apoyada por las auxiliares de investigación universitarias: Raquel Siñani Chavez y Juana Gabriela Escobar Mollo, quienes en equipo han logrado concluir la investigación de obtención del asfalto modificado a partir del reciclaje de neumáticos ligeramente pirolizados, que mejora las propiedades de durabilidad al prevenir el agrietamiento del cemento asfáltico, disminuyendo el fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga aumentando su elasticidad. Para concluir este trabajo, los investigadores han logrado realizar aproximadamente 44 ensayos de pirolisis con materiales de laboratorio, alcanzando temperaturas de hasta 300 °C, obteniendo caucho ligeramente pirolizados, mezclas de alquitrán con caucho y los resultados han sido caracterizados con diferentes agregados proporcionados por la Empresa Municipal de Asfaltos y Vías (EMAVIAS) del GAMLP.
Finalmente, el proyecto tiende a mostrar las diferentes alternativas de mejora de la calidad de asfaltos en altura, como es la ciudad de La Paz y El Alto, de ahí el interés de EMAVIAS y otros en este trabajo, que sin duda fortalece y alienta la investigación.
M.Sc. Ing. Nicolás Quenta Ticona
COORDINADOR – INSTITUTO DE INVESTIGACIONES CARRERA - INGENIERÍA DE GAS Y PETROQUÍMICA
AGRADECIMIENTOS INSTITUCIONALES
Al M.Sc. Ing. Nicolas Quenta Ticona, coordinador del instituto de investigaciones de la carrera
de ingeniería de gas y petroquímica, por toda su colaboración, por acompañar al desarrollo del
proyecto, por estar siempre pendiente del equipo de investigación y las necesidades del
proyecto y acompañar las gestiones para el trabajo con la empresa EMAVIAS, por gestionar
las relaciones con la carrera de Ingeniería civil para dar continuidad a la investigación.
Al director de la carrera de Ingeniería de Gas y Petroquímica, Ing. Wily Ricardo Luque Acho,
por todo el apoyo brindado para poder realizar los ensayos de laboratorio, tanto en la carrera
como en la empresa EMAVIAS, por incentivar al equipo de investigación a realizar la aplicación
práctica, su predisposición y apoyo constante.
Al encargado de laboratorio de la carrera de Ingeniería de Gas y Petroquímica, Ingeniero
Alfredo Flores Yapu, gracias por su paciencia y sus consejos para llevar adelante la
investigación.
A la Empresa EMAVIAS, por abrir sus puertas para realizar ensayos de laboratorio en sus
instalaciones, permitiendo el intercambio de conocimientos y colaboración por parte de su
personal.
A la Universidad Pública de El Alto, por el incentivo a la investigación científica para la
generación de nuevo conocimiento y transmisión del mismo a la sociedad a través de la
dirección DICYT y todo el personal involucrado.
A mi estimado equipo de investigación, Raquel Siñani y Gabriela Escobar, por su dedicación,
por su perseverancia y el compañerismo demostrado en todo el proyecto.
Ing. Alizon Triny Huallpara Lliully INVESTIGADOR PRINCIPAL
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES DE INGENIERIA DE GAS Y PETROQUIMICA
INDICE
INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1
1.1. ANTECEDENTES ............................................................................................................. 1
1.2. PROBLEMA DE INVESTIGACION .................................................................................. 2
1.2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................... 2
1.2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA........................................................................ 4
1.3. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 4
1.3.1. OBJETIVO GENERAL............................................................................................ 4
1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................. 4
1.4. HIPOTESIS ........................................................................................................................ 4
1.5. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................... 5
1.5.1. JUSTIFICACIÓN TECNICA ................................................................................... 5
1.5.2. JUSTIFICACIÓN ECONOMICA ............................................................................. 5
1.5.3. JUSTIFICACIÓN SOCIAL ...................................................................................... 6
1.5.4. JUSTIFICACIÓN AMBIENTAL ............................................................................... 6
1.6. ALCANCE ......................................................................................................................... 6
1.6.1. ALCANCE TEMATICO ........................................................................................... 6
1.6.2. ALCANCE TEMPORAL .......................................................................................... 6
1.6.3. ALCANCE GEOGRAFICO ..................................................................................... 6
MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 8
2.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES .................................................................................. 8
2.1.1. ASFALTOS ............................................................................................................. 8
2.1.1.1. USOS DEL ASFALTO ..................................................................................... 9
2.1.1.2. TIPOS DE ASFALTO .................................................................................... 10
2.1.1.3. PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS .......................................................... 17
2.1.2. ASFALTOS MODIFICADOS ................................................................................ 24
2.1.2.1. PROCESOS DE PREPARACIÓN DE ASFALTOS MODIFICADOS ........... 26
2.1.3. PIROLISIS DE NEUMATICOS ............................................................................. 29
2.1.3.1. CARACTERISTICAS DE LOS NEUMATICOS............................................. 29
2.1.3.2. PIROLISIS DE NEUMATICOS ..................................................................... 32
2.2. INVESTIGACIONES RELACIONADAS ......................................................................... 33
2.2.1. INVESTIGACIONES EN EL CONTEXTO INTERNACIONAL ............................. 33
2.2.2. INVESTIGACIONES EN EL CONTEXTO NACIONAL ........................................ 47
2.2.3. PUNTOS DE VISTA DE OTROS INVESTIGADORES ....................................... 48
2.2.4. ENFOQUE ELEGIDO POR EL INVESTIGADOR................................................ 48
2.2.5. IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES ................................................................ 48
MARCO METODOLÓGICO ......................................................................... 49
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN ............................................................................................. 49
3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................. 49
3.3. VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN .......................................................................... 51
3.4. POBLACIÓN Y MUESTRAS .......................................................................................... 52
3.5. AMBIENTE DE INVESTIGACIÓN .................................................................................. 52
3.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS ..................................................................................... 53
3.7. PROCEDIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................ 53
RESULTADOS .............................................................................................. 55
4.1. DIAGNOSTICO DEL ESTADO DE LA CAPA ASFALTICA EN LA CIUDAD DE EL
ALTO 55
4.1.1. ENCUESTA SOBRE EL ESTADO DE LA CAPA ASFALTICA EN LA CIUDAD DE
EL ALTO .............................................................................................................................. 55
4.1.1.1. EDADES DE LOS ENCUESTADOS ............................................................ 58
4.1.1.2. PREGUNTA 4: ¿EN QUE ZONA VIVEN? .................................................... 58
4.1.1.3. PREGUNTA 5: ¿CÓMO HA VISTO EL DESEMPEÑO DEL ASFALTO UNA
VEZ PUESTO EN LAS VÍAS DE TRANSPORTE EN SU ZONA? ............................... 59
4.1.1.4. PREGUNTA 6: SELECCIONES ALGUNOS DE LOS PROBLEMAS QUE
PRESENTA EL ASFALTO EN SU ZONA ...................................................................... 60
4.1.1.5. PREGUNTA 7: ¿EN QUÉ CALLES Y/O AVENIDAS PRINCIPALES EN LA
CIUDAD DE EL ALTO CONSIDERA QUE EL ASFALTO SE ENCUENTRA EN MAL
ESTADO? 60
4.1.1.6. PREGUNTA 8: ¿CREE USTED QUE LAS INCLEMENCIAS DEL TIEMPO
(TEMPERATURAS ALTAS, LLUVIAS, GRANIZOS, ETC.) INFLUYEN EN EL
DESGASTE DEL ASFALTO? ......................................................................................... 61
4.1.1.7. PREGUNTA 9: ¿CREE USTED QUE EL PESO DE LOS VEHÍCULOS
INFLUYE EN EL DESGASTE DEL ASFALTO? ............................................................ 61
4.1.1.8. PREGUNTA 10: ¿CREE USTED QUE EL MATERIAL DEL ASFALTO
INFLUYE EN SU RESISTENCIA AL DESGASTE? ...................................................... 62
4.1.1.9. PREGUNTA 11: ¿QUÉ PROBLEMAS GENERA EL MAL ESTADO DEL
ASFALTO EN CALLES O AVENIDAS? ......................................................................... 63
4.1.2. REPORTE FOTOGRAFICO DE CAMPO ............................................................ 64
4.1.2.1. AVENIDA BUENOS AIRES CAMINO A LAJA ............................................. 64
4.1.2.2. AVENIDA JUAN PABLO II (EX TRANCA-RIO SECO) ................................ 65
4.1.2.3. AVENIDA FINAL CASTILLO (ALTO LIMA) .................................................. 66
4.1.2.4. AVENIDA SATELITE (alrededor Hospital Holandés) ................................... 66
4.1.2.5. AVENIDA SATELITE (alrededor plaza triangular Santigo Primero) ............ 67
4.1.2.6. AVENIDA 6 de marzo (alrededor enrejado aeropuerto) .............................. 67
4.1.2.7. AVENIDA UNION .......................................................................................... 68
4.1.2.8. AVENIDA HEROES DEL KM 7..................................................................... 68
4.1.2.9. AVENIDA DE LOS HEROES ........................................................................ 69
4.1.2.10. AVENIDA INTEGRACION ............................................................................ 69
4.1.2.11. CALLE CAP. R. VARGAS ............................................................................. 69
4.1.2.12. AVENIDA PANORAMICA ............................................................................. 70
4.2. POLVO Y GRANO DE CAUCHO PARA LOS ENSAYOS DE LABORATORIO .......... 71
4.3. SELECCIÓN DE MATERIALES PARA EL PROCESO DE PIROLISIS ....................... 72
4.4. ENSAYOS PARA LA PIROLISIS DE NEUMATICOS ................................................... 73
4.4.1. MATERIALES UTILIZADOS PARA EL PROCESO DE PIROLISIS ................... 73
4.4.2. PROCEDIMIENTO PARA EL PROCESO DE PIROLISIS .................................. 81
4.4.3. ENSAYOS PARA LA PIROLISIS DE NEUMATICOS ......................................... 85
4.5. ENSAYOS PARA LA MEZCLA DE ALQUITRAN Y CAUCHO .................................... 95
4.5.1. SELECCIÓN Y FABRICACIÓN DEL IMPULSOR (MEZCLADOR) ..................... 95
4.5.2. MATERIALES UTILIZADOS PARA LA MEZCLA DE ASFALTO ........................ 99
4.5.3. PROCEDIMIENTO PARA LA MEZCLA DE ASFALTO Y CAUCHO ................. 105
4.5.4. ENSAYOS DE MEZCLA DE ASFALTO Y CAUCHO ........................................ 110
4.6. ENSAYOS PARA LA MEZCLA DE ASFALTO Y CAUCHO PIROLIZADO ............... 120
4.7. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS ................................ 123
4.7.1. GRANULOMETRÍA ............................................................................................ 124
4.7.2. CARAS FRACTURADAS EN LOS AGREGADOS GRUESOS (ASTM D 5821)
129
4.7.3. PARTICULAS PLANAS Y ALARGADAS (ASTM D 4791) ................................ 129
4.7.4. DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS AGREGADOS
FINOS Y GRUESOS ......................................................................................................... 130
4.8. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LIGANTE ASFALTICO .................. 132
4.8.1. PENETRACIÓN .................................................................................................. 132
4.8.2. PESO ESPECIFICO ........................................................................................... 133
4.8.3. DUCTILIDAD ...................................................................................................... 135
4.8.4. PUNTO DE ABLANDAMIENTO ......................................................................... 136
4.9. RESULTADOS .............................................................................................................. 137
4.9.1. PIROLISIS DE CAUCHO ................................................................................... 137
4.9.2. MEZCLA DE ALQUITRAN Y CAUCHO ............................................................. 140
4.9.3. CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS .......................................................... 141
4.9.3.1. GRANULOMETRÍA ..................................................................................... 141
4.9.3.2. CARAS FRACTURADAS AGRGEADO GRUESO ..................................... 142
4.9.3.3. PARTICULAS PLANAS Y ALARGADAS (ASTM D 4791) ......................... 142
4.9.3.4. PESO ESPECÍFICO AGREGADO GRUESO (ASTM C 127) .................... 143
4.9.3.5. PESO ESPECÍFICO AGREGADO FINO (ASTM C 128) ........................... 143
4.9.4. CARACTERIZACIÓN DEL LIGANTE ASFALTICO ........................................... 144
4.10. DISCUSIÓN ................................................................................................................... 146
CONCLUSIONES ....................................................................................... 149
RECOMENDACIONES ............................................................................... 151
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Mapa El Alto Bolivia ...................................................................................................... 7
Figura 2: Concreto asfaltico ......................................................................................................... 9
Figura 3: Elasticidad de un asfalto modificado con polímero antes (izquierda) y después
(derecha) de liberar la carga ...................................................................................................... 25
Figura 4: Descripción del proceso por Vía Seca ....................................................................... 27
Figura 5: Descripción del proceso por vía húmeda ................................................................... 28
Figura 6: Proceso de mezcla de asfalto con partículas de caucho ........................................... 29
Figura 7: Partes de un neumático .............................................................................................. 30
Figura 8: Diseño de investigación .............................................................................................. 50
Figura 9: Población y unidad de análisis ................................................................................... 52
Figura 10: Técnicas e instrumentos ........................................................................................... 53
Figura 11: Formulario encuesta ................................................................................................. 57
Figura 12: Edades de los encuestados ...................................................................................... 58
Figura 13: ¿En qué zona vive? .................................................................................................. 58
Figura 14: Desempeño del asfalto ............................................................................................. 59
Figura 15: Problemas en la capa asfáltica ................................................................................. 60
Figura 16: Las inclemencias del tiempo afectan al degaste del asfalto .................................... 61
Figura 17: El peso de los vehículos afecta al estado de la capa asfáltica ................................ 62
Figura 18: Incidencia del material en el desgaste del asfalto .................................................... 62
Figura 19: Avenida Buenos Aires camino a Laja ....................................................................... 64
Figura 20: Avenida Juan Pablo II, Río Seco .............................................................................. 65
Figura 21: Avenida Juan Pablo II ............................................................................................... 65
Figura 22: Avenida final Castillo ................................................................................................. 66
Figura 23: Avenida Satélite (alrededor Hospital Holandés) ...................................................... 66
Figura 24: Avenida Satélite ........................................................................................................ 67
Figura 25: Avenida 6 de marzo .................................................................................................. 67
Figura 26: Avenida Unión ........................................................................................................... 68
Figura 27: Avenida Héroes del KM 7 ......................................................................................... 68
Figura 28: Avenida de los héroes .............................................................................................. 69
Figura 29: Avenida integración .................................................................................................. 69
Figura 30: Calle Cap. R. Vargas ................................................................................................ 70
Figura 31: Avenida Panorámica ................................................................................................. 70
Figura 32: Polvo y grano de caucho utilizado ............................................................................ 71
Figura 33: Especificaciones del manto calefactor ..................................................................... 72
Figura 34: Equipo de destilación simple armado para pirolisis de neumaticos ........................ 74
Figura 35: Determinación de masas .......................................................................................... 81
Figura 36: Introducción de caucho en el balon .......................................................................... 82
Figura 37: Niebla y condensado en el balon ............................................................................. 83
Figura 38: Condensado en el vaso de precipitado .................................................................... 83
Figura 39: Registro de temperatura y tiempo ............................................................................ 84
Figura 40: Peso del vaso de precipitado con destilado y agua ................................................. 84
Figura 41: Pesaje y molido del caucho pirolizado ..................................................................... 85
Figura 42: Agitadores tipo turbina para viscosidades hasta 50 Pa s ........................................ 95
Figura 43: Arreglo para la mezcla de aglutinante modificado con polvo de caucho................. 97
Figura 44: Taladro de banco ...................................................................................................... 97
Figura 45: Dimensiones del impulsor tipo turbina...................................................................... 98
Figura 46: Impulsor fabricado y montaje en el taladro .............................................................. 98
Figura 47: Montaje del impulsor sobre el taladro de banco ...................................................... 99
Figura 48: Equipo para la mezcla de asfalto y grano de caucho ............................................ 100
Figura 49: Calentamiento de alquitrán ..................................................................................... 105
Figura 50: Elaboración de moldes de cartulina ....................................................................... 105
Figura 51: Taladro de banco con el agitador fabricado ........................................................... 106
Figura 52: Arreglo utilizado para la mezcla de alquitrán caucho ............................................ 107
Figura 53: Adición de caucho al alquitrán ................................................................................ 107
Figura 54: Mezcla del alquitrán con el caucho ........................................................................ 108
Figura 55: Medición de temperatura de la mezcla................................................................... 108
Figura 56: Detención del movimiento del recipiente ................................................................ 109
Figura 57: Vaciado de la mezcla a un molde ........................................................................... 109
Figura 58: Ajuste el molde en la prensa .................................................................................. 110
Figura 59: Muestra de mezcla de asfalto y caucho obtenida .................................................. 110
Figura 60: Dimensiones del recipiente ..................................................................................... 111
Figura 61: Calentamiento, vertido y desmoldado del alquitrán ............................................... 112
Figura 62: Muestra de alquitrán obtenida ................................................................................ 112
Figura 63: Peso del trozo de alquitrán ..................................................................................... 113
Figura 64: Determinación del volumen de alquitran ................................................................ 114
Figura 65: Masa y volumen de grano de caucho..................................................................... 114
Figura 66: Masas de alquitran y grano de caucho................................................................... 115
Figura 67: Proceso de mezclado y mezcla obtenida ............................................................... 116
Figura 68: masa y volumen del polvo de caucho .................................................................... 116
Figura 69: Masa del alquitrán y polvo de caucho .................................................................... 117
Figura 70: Proceso de mezclado y vertido de mezcla con polvo de caucho .......................... 118
Figura 71: Masa y volumen del caucho ligeramente pirolizado .............................................. 118
Figura 72: Masa de alquitrán y caucho ligeramente pirolizado ............................................... 119
Figura 73: Proceso de mezclado y vertido de mezcla con caucho pirolizado ........................ 120
Figura 74: Horno donde se calentó el asfalto .......................................................................... 121
Figura 75: Datos para la mezcla de asfalto y caucho pirolizado ............................................. 121
Figura 76: Masa del asfalto más el recipiente y masa del caucho pirolizado ......................... 122
Figura 77: Control de temperatura mezcla asfalto y caucho pirolizado .................................. 122
Figura 78: Mezcla de asfalto con caucho pirolizado ................................................................ 123
Figura 79: Recolección y reducción de muestra de agregados .............................................. 124
Figura 80: Reducción de las muestras y cuarteador ............................................................... 124
Figura 81: Transferencia de las muestras a los platos ............................................................ 125
Figura 82: Lavado del agregado .............................................................................................. 125
Figura 83: Muestras en el horno .............................................................................................. 126
Figura 84: Mallas seleccionadas y equipo de vibración .......................................................... 126
Figura 85: Caras fracturadas agregado grueso ....................................................................... 129
Figura 86: Partículas planas y alargadas ................................................................................. 129
Figura 87: Ensayos agregado grueso ...................................................................................... 130
Figura 88: Ensayos agregado fino ........................................................................................... 131
Figura 89: Preparación de la muestra ...................................................................................... 132
Figura 90: Ensayo de penetración ........................................................................................... 133
Figura 91: Picnómetro determinación del peso especifico ...................................................... 134
Figura 92: Moldes y ductilometro ............................................................................................. 135
Figura 93: Punto de ablandamiento ......................................................................................... 136
Figura 94: Resultados de la pirolisis de caucho ...................................................................... 138
Figura 95: Condensado y caucho pirolizado de los 6 ensayos ............................................... 138
Figura 96: Equipos de destilación en paralelo ......................................................................... 139
Figura 97: Equipo de investigación y productos de la pirolisis obtenidos ............................... 139
Figura 98: Polvo de caucho y caucho pirolizado ..................................................................... 140
Figura 99: Comparación del alquitrán con la mezcla alquitrán caucho................................... 140
Figura 100: Comparación con la mezcla de polvo de caucho ................................................. 141
Figura 101: Resultados de la granulometría ............................................................................ 141
Figura 102: Ensayos de ductilidad ........................................................................................... 146
Figura 103: grano de caucho pirolizado (izquierda) y polvo de caucho pirolizado (derecha) 146
Figura 104: Condensado de grano de caucho (izquierda) y polvo de caucho (izquierda) ..... 147
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Tipos, diferencias y comparación entre asfalto, bitumen y alquitrán .......................... 12
Tabla 2: Composición de un neumático ..................................................................................... 31
Tabla 3: Composición química de un neumático ....................................................................... 31
Tabla 4: Variables de investigación ........................................................................................... 51
Tabla 5: Procedimiento de investigación ................................................................................... 54
Tabla 6: Especificaciones polvo y grano de caucho .................................................................. 72
Tabla 7: Materiales y equipos para la pirolisis de caucho ......................................................... 75
Tabla 8: Materiales para pirolizar ............................................................................................... 80
Tabla 9: Ensayos de pirolisis realizados .................................................................................... 85
Tabla 10: Datos tiempo y temperatura pirolisis ensayo 1 ......................................................... 86
Tabla 11: Datos de tiempo y temperatura pirolisis ensayo 2 .................................................... 87
Tabla 12: Datos temperatura tiempo ensayo 3 .......................................................................... 89
Tabla 13: Datos temperatura tiempo ensayo 4 .......................................................................... 90
Tabla 14: Datos temperatura tiempo ensayo 5 .......................................................................... 92
Tabla 15: Datos temperatura tiempo ensayo 6 .......................................................................... 93
Tabla 16: Materiales para la mezcla de asfalto ....................................................................... 101
Tabla 17: Ensayos de mezclas de asfalto y caucho ................................................................ 111
Tabla 18: Ensayos para caracterización de agregados .......................................................... 123
Tabla 19: Dimensiones de las mallas ...................................................................................... 127
Tabla 20: Masa retenida acumulada ........................................................................................ 127
Tabla 21: Masa retenida en cada malla ................................................................................... 127
Tabla 22: Porcentaje en cada malla......................................................................................... 128
Tabla 23: Porcentaje retenido acumulado ............................................................................... 128
Tabla 24: Porcentaje que pasa ................................................................................................ 128
Tabla 25: masas ensayos agregado grueso ............................................................................ 131
Tabla 26: Recolección de datos agregado fino ....................................................................... 131
Tabla 27: Ensayos para la caracterización del ligante asfaltico .............................................. 132
Tabla 28: Mediciones de penetración ...................................................................................... 133
Tabla 29: Datos registrados peso específico ligante asfaltico ................................................ 134
Tabla 30: Resultados ensayos de pirolisis............................................................................... 137
Tabla 31: Caras fracturadas agregado grueso ........................................................................ 142
Tabla 32: Partículas planas y alargadas .................................................................................. 142
Tabla 33: Caracterización del asfalto ....................................................................................... 145
RESUMEN
El presente proyecto de investigación presenta una alternativa para el reciclaje de neumáticos
fuera de uso en la obtención de asfaltos modificados. Los neumáticos poseen grandes
problemas para su disposición; A nivel mundial se producen cerca de 1,4 billones de unidades
de neumáticos cada año, que representa un estimado de 17 millones de toneladas de
neumáticos usados que serán desechados. En Bolivia, el año 2018, se importaron
aproximadamente 52095 toneladas de neumáticos (entre nuevos y usados), lo cual representa
un gran problema técnico, económico, ambiental y de salud. El asfalto modificado con caucho
mejora las propiedades de durabilidad, ya que previenen el agrietamiento del cemento asfáltico,
disminuyen el fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga aumentando su
elasticidad. Los neumáticos pirolizados, a diferencia del polvo de caucho, al ser agregados al
asfalto mejoran las propiedades reológicas a alta y baja temperatura del asfalto, por lo que su
alto contenido de componentes solubles es un buen potencial para su aplicación en mezclas
asfálticas. Para el desarrollo del presente proyecto se realizó la revisión documental de asfaltos
modificados, posteriormente se hizo un diagnóstico sobre el estado de la capa asfáltica en la
ciudad de El Alto mediante una encuesta y un reporte fotográfico de campo, seguidamente se
llevaron a cabo 44 ensayos de pirolisis con materiales de laboratorio de destilación simple,
alcanzando temperaturas de 300 grados Celsius, obteniendo caucho ligeramente pirolizado,
posteriormente se realizaron mezclas de alquitrán con el caucho, estudiando las características
cualitativas de la mezcla, identificando que el caucho pirolizado genera una mezcla menos
viscosa y el mismo es más soluble que el polvo y grano de caucho. Finalmente, se presentan
algunos ensayos realizados en la empresa EMAVIAS, de la mezcla de asfalto y caucho
pirolizado, caracterización de los agregados y caracterización del ligante asfalto convencional
y caracterización del ligante asfaltico modificado con caucho ligeramente pirolizado.
Palabras CLAVE
Asfalto modificado con caucho, pirolisis de neumáticos, reciclaje de neumáticos
ABSTRACT
This research project presents an alternative for recycling end-of-life tires to obtain modified
asphalt. The tires have great problems for their disposition; Around 1.4 billion units of tires are
produced globally each year, representing an estimated 17 million tons of used tires that will be
discarded. In Bolivia, in 2018, approximately 52095 tons of tires were imported (between new
and used), which represents a great technical, economic, environmental and health problem.
Rubber-modified asphalt improves durability properties, since they prevent cracking of asphalt
cement, reduce cracking due to thermal effects at low temperatures and fatigue, increasing its
elasticity. Pyrolyzed tires, unlike rubber powder, when added to asphalt improve the rheological
properties at high and low temperature of asphalt, so its high content of soluble components is
a good potential for its application in asphalt mixtures. For the development of this project, a
documentary review of modified asphalt was carried out, subsequently a diagnosis was made
about the state of the asphalt layer in the city of El Alto through a survey and a photographic
field report, then 44 tests were carried out of pyrolysis with simple distillation laboratory
materials, reaching temperatures of 300 degrees Celsius, obtaining slightly pyrolyzed rubber,
later mixtures of tar with rubber were made, studying the qualitative characteristics of the
mixture, identifying that pyrolyzed rubber generates a less viscous mixture and it is more soluble
than rubber dust and grain. Finally, some tests carried out in the EMAVIAS company are
presented, of the mixture of asphalt and pyrolized rubber, characterization of the aggregates
and characterization of conventional asphalt binder and lightly pirolized asphalt rubber.
KEYWORDS
Rubber-modified asphalt, tire pyrolysis, end-life tires recycling
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INTRODUCCIÓN
1.1. ANTECEDENTES
Los primeros experimentos relacionados a incorporar caucho natural en bitumen para mejorar
sus propiedades fueron desarrollados en los años 1840. El concepto de utilizar caucho de
neumáticos triturados en pavimentos asfalticos se desarrolló inicialmente en 1950 (Hainin,
Adnan, Aziz, & Hassan, 2015).
Desde mediados de 1960, el departamento de transporte de Arizona de Estados Unidos,
ADOT, por sus siglas en inglés, ha utilizado caucho en asfaltos en la construcción y
preservación de pavimentos, a partir de ese año, en los siguientes 20 años se han conducido
muchos experimentos de campo y se realizaron cambios en materiales, especificaciones y
filosofías de diseño. La primera desarrollada por ADOT fue en 1964, a excepción de un
experimento en 1967, no se realizaron más estudios hasta 1968 año en el que ADOT localizo
su primera superficie con caucho en asfalto. Entre los años 1968-1972 ADOT incorporo asfalto
con caucho en seis proyectos de construcción. En 1975, la compañía de refinación de Arizona
(ARCO por sus siglas en inglés) desarrolló una mezcla de caucho en asfalto utilizó caucho
devulcanizado en una proporción 80:20. Desde que ADOT en un inicio se involucró con caucho
en asfalto, dos fabricantes dominaron el mercado de oferta de caucho McDonald/Sahuaro con
su proceso de devulcanización y caucho Atlos. En 1975 ADOT condució su programa de
desarrollo más extensivo en el campo de asfalto con caucho, los pavimentos construidos ese
año se mantuvieron vigentes aun después de 14 años. (Scofiled Larry A, 1989).
La mezcla asfáltica con caucho por el método seco ha sido desarrollada en Suecia donde
partículas relativamente grandes de caucho se incorporaron en el asfalto con el propósito
inicial de incrementar la resistencia y durabilidad del pavimento. Este tipo de mezcla fue
distribuida en el mercado Europeo bajo el nombre de SKEGA ASPHALT, La tecnología ha sido
patentada para su uso en Estados Unidos en 1978 bajo el nombre comercial PlusRide
(Norhidayah Abdul Hassan;Ramadhansyah Putra Jaya;Gordon D. Airey;Nordiana Mashros,
2014).
En 1993 se registró una patente para el proceso de adición de partículas de neumáticos
reciclados a asfaltos, considerando la saturación de las partículas de neumáticos con
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hidrocarburos aromáticos para que estos no absorban petróleo adicional de los asfaltos y que
no se comprometa la mezcla asfáltica (Robert H. Nath, 1993).
En 2006 se registró una patente sobre asfalto sintético de emulsiones de caucho reciclado de
neumáticos y proceso para realizarlos, considerando temperaturas por encima de la
temperatura ambiente. Las emulsiones pueden contener cantidades significativas de caucho
reciclado de neumáticos y aceite de motor. La patente indica que adicionalmente se pueden
utilizar cloruro de aluminio y cloruro ferrico en soluciones de arcilla agua para formas agentes
emulsificantes para la síntesis de asfaltos y mezclas de asfaltos modificados sintéticos (Jhon
Eric Partanem, 2003).
1.2. PROBLEMA DE INVESTIGACION
1.2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El asfalto convencional en la actualidad, con el incremento del número de vehículos,
incremento del tránsito, el aumento de sobrecargas de los vehículos pesados, cambios
bruscos de temperatura, entre otros, ya no logra satisfacer los requerimientos que estás
condiciones generan, aun con los grados más elevados de dureza, no es posible eliminar el
problema de las deformaciones producidas por el tránsito.
El asfalto es muy susceptible a los cambios de temperatura y sufre envejecimiento por tener
su superficie expuesta, es también afectado por oxidación y la fotodegradación. Respecto a
sus propiedades mecánicas, el asfalto es quebradizo a bajas temperaturas, las cuales generan
esfuerzos de tensión, y fluye a temperaturas un poco arriba de la temperatura ambiente, tiene
además una baja recuperación elástica. (Rogelio Rodríguez Talavera, Victor Manuel Castañó
Meneses, Miguel Martínez Madrid, 2001) .
La simple adopción de asfaltos de elevada dureza, no resuelve el problema, dado que genera
el riesgo de que se produzcan fisuras por flexión debido a que estas se reproducen por efectos
térmicos cuando las temperaturas son muy bajas y los pavimentos son más rígidos. Por otro
lado, con ciertas mezclas con los ligantes convencionales (aglutinantes) no se alcanzaría una
resistencia mecánica suficiente a causa de una suficiente cohesión y adhesividad, lo que,
unido al bajo contenido de ligante de estas mezclas, podría redundar en una disminución en
su durabilidad (S. & J., 2013).
Todos los factores mencionados limitan ampliamente la utilidad de un asfalto convencional,
reducen el tiempo de diseño de vida según el diseño del asfalto e incrementa los costos de
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mantenimiento. Por estas razones este material tiene que ser modificado para mejorar sus
propiedades. El método más utilizado para modificar los asfaltos es el uso de neumáticos
pulverizados como modificadores, sin embargo, esta tecnología requiere de equipos
especiales que causan excesivo consumo de energía y daño al medio ambiente, así mismo
elevados porcentajes de partículas de caucho insolubles causan problemas en el manejo,
bombeo y compactación, lo que posteriormente genera propiedades inciertas del pavimento
(Xiaoyu Wu, Shifeng Wang, Ruikin Dong, 2016).
Por otro lado, los neumáticos poseen grandes problemas para su disposición debido a que:
son diseñados para soportar condiciones severas de fricción, luz y bacterias, lo que provoca
que no se degraden fácilmente, teniendo una vida de 80 a 100 años, no se pueden derretir y
al quemarse generan gases tóxicos; así mismo al no ser dispuestos adecuadamente se
convierten en factores generadores de incendios causando daño a la salud (Ali Alsaleh;
Melanie L. Sattler, 2014) (Gomez, 2017). La magnitud del problema se ve magnificada por los
botaderos donde se almacenan inútilmente. Estos botaderos son riesgosos para el medio
ambiente y la salud, por el riesgo de generar incendios, y siendo utilizados como un habitad
roedores, víboras y mosquitos. Por lo tanto, su reciclaje requiere un alto gasto de tiempo y
energía y se basa únicamente en la destrucción mecánica, térmica o química del producto de
caucho; la recuperación de las materias primas utilizadas para producirlas es imposible (Maciej
Sienkiewicz, Justyna Kucinska-Lipka, Helena Janik, Adolf Balas, 2012).
A nivel mundial se producen cerca de 1,4 billones de unidades de neumáticos cada año, que
representa un estimado de 17 millones de toneladas de neumáticos usados que serán
desechados (Maciej Sienkiewicz, Justyna Kucinska-Lipka, Helena Janik, Adolf Balas, 2012).
En Bolivia, el año 2018, se importaron aproximadamente 52095 toneladas de neumáticos
(entre nuevos y usados) (INE, 2018), lo cual representa un gran problema técnico, económico,
ambiental y de salud pública debido a las dificultades que existen para su disposición final
(Barrios Huanca, 2011). Uno de los problemas a nivel nacional con los neumáticos fue el
incendio del depósito de llantas del botadero de K’ara K’ara en Cochabamba en 2016 (La
Razon, 2016).
En la ciudad de El Alto, la problemática que se ha ido observando con los residuos de
neumáticos es que cuando terminan su tiempo de vida son desechados en vías públicas
(aceras, alcantarillas, corrientes de agua) o en ocasiones son quemados, lo que produce la
emisión de gases tóxicos y provocan la contaminación del ambiente (Jimenez, Pavimentos
con polimeros reciclados, 2011). En esta ciudad varias calles y avenidas asfaltadas presentan
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algunos baches y deterioros ya sea por las inclemencias del tiempo, el peso del transporte que
soporta, o puede ser también que la mezcla asfáltica no es de buena calidad. De acuerdo al
artículo publicado en el periódico La Razón en 2018 (Rivas, 2018), se tienen diez vías troncales
en la ciudad en pésimas condiciones que requieren arreglo en la capa asfáltica, entre ellas la
avenida Litoral, Bolivia y 6 de Marzo, donde se presenta acumulación de agua, piedra, tierra y
arena en lo baches, secciones destruidas, algunas que presentan hundimientos, rajaduras
entre otros problemas. Los cambios bruscos de temperatura ambiente en la ciudad de El Alto
no favorecen a la conservación de la capa asfáltica, presentándose climas fríos, secos, lluvias
y nevadas ocasionales en invierno.
1.2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
El incremento del número de vehículos, incremento del tránsito, el aumento de sobrecargas
de los vehículos pesados y cambios bruscos de temperatura, generan daños en la capa
asfáltica convencional.
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Obtener asfalto modificado a partir del reciclaje de neumáticos ligeramente pirolizados
mediante ensayos experimentales comparativos en las instalaciones de la carrera de
ingeniería de gas y petroquímica de la UPEA.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Describir las características de los asfaltos modificados con caucho y sus procesos de
obtención.
• Realizar un diagnóstico sobre el estado de la capa asfáltica de la ciudad de El Alto.
• Realizar ensayos de pirolisis de caucho en laboratorio.
• Realizar ensayos comparativos de mezclas de asfalto y caucho.
1.4. HIPOTESIS
La mezcla de asfalto y caucho ligeramente pirolizado presenta mejores propiedades que la
mezcla de asfalto y caucho sin pirolizar.
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1.5. JUSTIFICACIÓN
1.5.1. JUSTIFICACIÓN TECNICA
Los asfalto modificado con caucho mejoran las propiedades de durabilidad, ya que previenen
el agrietamiento del cemento asfáltico, disminuyen el fisuramiento por efecto térmico a bajas
temperaturas y por fatiga aumentando su elasticidad, a altas temperaturas aumentan su rigidez
mejorando la resistencia a la deformación permanente, reducen las deformaciones
permanentes (ahuellamiento), mejoran la adherencia en superficies mojadas para disminuir su
incidencia en accidentes de tránsito y ayudan a reducir el ruido que se transmite a través del
pavimento (Campaña O, Galeas S, Guerrero V, 2015) (VEGA ZURITA, 2016)
Entre otros beneficios, los asfaltos modificados mejoran la cohesión brindando mejor retención
de los agregados, reducen el envejecimiento en servicio, ampliando la vida útil de las mezclas
asfálticas, ya que se mantienen las ventajas iniciales. La elasticidad incrementa en un 100 y
300 por ciento, lo cual indica una alta resistencia a la deformabilidad en estos asfaltos.
(Rodriguez & Ayala, 2005) (Ana Sofía Figueroa Infante, Arnulfo Sánchez Castillo, Fredy
Alberto Reyes Lizcano, 2007) (Salvatierra, 2014)
Por otro lado, de acuerdo al autor Vega Zurita: “Los neumáticos principalmente se componen
por productos de petróleo, poseen un alto poder calorífico, así como alta volatilidad y contenido
medio de azufre, propiedades que los hacen excelentes candidatos para pirolisis, que pueden
ser utilizados para recuperar energía y subproductos. Un material que cumple con todos estos
requisitos es el caucho que se obtiene del reciclo de las llantas usadas de los automotores el
cual después de recibir un tratamiento para su adecuación y en especial para la reducción de
su tamaño se puede incorporar al asfalto para de esta manera formar un asfalto modificado
con caucho” (VEGA ZURITA, 2016).
1.5.2. JUSTIFICACIÓN ECONOMICA
Incorporar a los asfaltos neumáticos fueras de uso, que son materiales que se desechan y que
se da un nuevo valor gracias a su uso en asfaltos, genera un ahorro significativo de dinero si
se compara con la mezcla convencional porque se obtiene un asfalto más durable, permitiendo
mantener una vía transitable por más tiempo, evitando cierres temporales y reduciendo costos
de mantenimiento.
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1.5.3. JUSTIFICACIÓN SOCIAL
La utilización de mezclas asfálticas modificadas con polímeros trae desarrollo y seguridad, ya
que una vía en la cual se hace el uso de este tipo de mezcla asfáltica estará sujeto a menores
costos de mantenimiento, ofrece un mejor nivel de servicio y confort para la sociedad, los
accidentes causados por problemas de la capa asfáltica disminuyen. Por otro lado, se evita
desechar residuos que afectan a la salud de la sociedad mediante el reciclaje de neumáticos
(Estrada Escalante, 2017).
1.5.4. JUSTIFICACIÓN AMBIENTAL
El reciclaje de neumáticos se presenta como alternativa de prevención, mitigación y corrección
ante la gran cantidad de impactos generados, reduce el daño al medio ambiente, y sus efectos
sobre la salud, al mismo tiempo mediante su aplicación en asfaltos se obtienen productos que
le dan valor agregado (ORTIZ CASAS, 2014). El caucho procedente de los neumáticos usados
puede utilizarse como parte del material ligante o capa selladora del asfalto (caucho asfáltico)
o como árido (hormigón de asfalto modificado con caucho) (Castro, 2007).
1.6. ALCANCE
1.6.1. ALCANCE TEMATICO
En el presente proyecto se planificarán ensayos para poder agregar neumáticos pirolizados a
asfaltos, para obtener asfalto modificado el cual podrá ser localizado en un espacio de parqueo
en las instalaciones de la carrera de gas y petroquímica, y se podrá localizar asfalto sin
modificar en otro espacio de parqueo, para evaluar de forma comparativa, las diferencias en
el desempeño de ambos. Así mismo, se determinarán las cantidades requeridas de mezcla
asfáltica y de neumáticos pirolizados a utilizar y los materiales y equipos necesarios para
pirolizar el neumático.
1.6.2. ALCANCE TEMPORAL
El presente proyecto ha sido desarrollado a partir del mes de febrero durante la gestión 2020.
1.6.3. ALCANCE GEOGRAFICO
El proyecto es desarrollado para la ciudad de El Alto del departamento de La Paz Bolivia.
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Figura 1: Mapa El Alto Bolivia
Fuente: (La historia con mapas, 2015)
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MARCO TEÓRICO
2.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
2.1.1. ASFALTOS
El asfalto es un producto negro, viscoso, pegajoso, que por sus propiedades y características
es usado como aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción de carreteras y
autopistas (Cuchillo Caytuiro, 2020). El asfalto se produce en una variedad de tipos y calidades
que van desde sólidos duros hasta líquidos casi tan ligeros como el agua. La forma semisólida
conocida como cemento asfaltico, es el material básico utilizado en pavimentos de hormigón
asfaltico. El asfalto líquido es producido cuando el cemento asfaltico es mezclado con
destilados derivados del petróleo o emulsionados con agua o un agente emulsificante. Los
productos de asfalto líquido pueden ser producidos para varios usos y aplicaciones (Speight
James G. PhD, 2016).
Por definición el asfalto es un material bituminoso porque este es un material hidrocarburifero
que es soluble en sulfuro de carbono y muchos solventes aromáticos. El asfalto es un material
termoplástico en la medida en que gradualmente es licuificado mientras se calienta. A
temperatura ambiente, el asfalto es típicamente un material semisólido, pero a altas
temperaturas (120-165°C, 250-325°F) está en forma líquida y puede ser bombeado a través
de tuberías, rociado a través de boquillas, o mezclado con agregado (arena, grava, piedra
triturada, escoria, hormigón reciclado y agregados geosintéticos) siempre que se mantenga la
alta temperatura. Cuando el asfalto se enfría retorna a su forma semisólida y puede ser
utilizado como un material cementante1 y a prueba de agua, dos propiedades que confieren
resistencia y flexibilidad al asfalto (Speight James G. PhD, 2016).
El alquitrán obtenido de la destilación destructiva del carbón también se denomina
(incorrectamente) como material bituminoso. Sin embargo, debido a las propiedades de
ambos, el asfalto derivado del petróleo y alquitrán de carbón, difieren significativamente
(Speight James G. PhD, 2016).
La principal fuente del asfalto es el petróleo, la destilación de petróleo a presión atmosférica
remueve las fracciones de menor punto de ebullición y produce crudo reducido que puede
contener fracciones más pesadas como lubricantes, asfaltos y ceras. La destilación de crudo
1 Un material cementante es aquel que tiene las propiedades de adhesión y cohesión necesarias para unir agregados y conformar una masa.
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reducido a condiciones de vacío separa los lubricantes y ceras de los asfaltos (Speight James
G. PhD, 2016).
2.1.1.1. USOS DEL ASFALTO
El asfalto es un material muy impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos
esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas permanentes, presenta las propiedades
ideales para la construcción de pavimentos cumpliendo las siguientes funciones
(MasMineralMetal, 2019): Impermeabilizar la estructura del pavimento, proporciona una íntima
unión y cohesión entre agregados, mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo
disminuir su espesor.
a) PAVIMENTOS
Uno de los principales usos que se les dan a los asfaltos es, entre otros, como material
aglutinante en la elaboración de carpetas asfálticas para la construcción de pavimentos
flexibles Figura 2.
Figura 2: Concreto asfaltico
Fuente: (González Biviano, 2019)
b) OBRAS HIDRÁULICAS
El principal uso en obras hidráulicas es como relleno en las juntas en la construcción de
canales y revestimiento de diques. Los objetivos a cumplir en las estructuras hidráulicas son
varios, entre ellos:
• Evitar la pérdida de agua.
• Proteger las laderas de la erosión.
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• Disminuir el rozamiento.
• Reducir el servicio de conservación.
c) IMPERMEABILIZANTES
Los asfaltos soplados u oxidados se producen cuando se hace pasar aire a través de los
asfaltos calentados, lo que los hace adecuados para revestimientos de techos y otras
aplicaciones similares.
Su uso en carreteras está limitado en gran medida a la impermeabilización de estructuras y al
relleno de juntas de los pavimentos de concreto hidráulico. También es común utilizarlo como
impermeabilizante en la construcción de cimentaciones en obras civiles.
2.1.1.2. TIPOS DE ASFALTO
El asfalto tiene varios usos, a pesar de que su uso como material de construcción de carreteras
es el más conocido, para lo cual es mejor conocido como hormigón asfaltico, en inglés asphalt
concrete (mezcla de asfalto y agregado). Sin embargo, existen varias formas diferentes de
asfalto: asfalto semisólido a sólido, asfalto liquido como una emulsión de asfalto y asfalto
cutback (Speight James G. PhD, 2016). Por otro lado, puede existir confusión entre las
definiciones de asfalto, bitumen y alquitran, cuyas características y diferencias son descritas
en la Tabla 1.
a) MEZCLAS ASFALTICAS
La mezcla asfáltica es una mezcla de dos materiales, material pétreo y material asfaltico, la
función del material asfaltico es mantener unidas las partículas, el material pétreo otorga una
resistencia a la mezcla asfáltica. Las propiedades de mezclas asfálticas de diferente
procedencia no necesariamente se pueden predecir promediando las propiedades de los
componentes. Los asfaltos pueden ser considerados como combinaciones de una fracción
dispersa y otra solvente, entre las cuales la naturaleza y cantidades varía entre asfaltos. Las
propiedades de los asfaltos serán determinadas por la forma en la cual las dos fracciones
interactúan. En la mezcla se tiene aproximadamente un 5% de asfalto en masa y un 95% de
material pétreo, en volumen el material petróleo será un 80%, 12% de asfalto y cierto
porcentaje de aire. El material asfaltico es pequeño sin embargo transmite determinadas
propiedades a la mezcla. Tomando en cuenta la compatibilidad de mezclas asfálticas, asfaltos
compatibles bien dispersos exhiben susceptibilidad de la viscosidad a alta temperatura, alta
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ductilidad2, baja elasticidad y bajas tasas de endurecimiento por oxidación. Asfaltos no
compatibles, pobremente dispersados, se caracterizan por susceptibilidad a baja temperatura,
baja ductilidad, pronunciada elasticidad y altas tasas de envejecimiento. La compatibilidad de
los asfaltos también está relacionada a la composición química, los asfaltos no compatibles
tienden a ser altos en contenido de asfaltenos y azufre comparados con sistemas compatibles
(Speight James G. PhD, 2016).
a) CEMENTO ASFALTICO
El asfalto es producido en una variedad de tipos y grados que van desde sólidos duros hasta
líquidos de fácil fluidez. La forma semisólida de los asfaltos (usualmente conocida como
cemento asfaltico) es el material básico utilizado para la construcción de pavimentos de
hormigón asfaltico. El asfalto líquido es producido cuando el cemento asfaltico es mezclado
con uno o más destilados de petróleo o emulsificados con agua y un agente emulsificante
(Speight James G. PhD, 2016).
b) HORMIGÓN ASFALTICO
Comúnmente conocido como asfalto o pavimento, es la combinación de dos ingredientes
primarios: agregado y cemento asfaltico. Típicamente el agregado constituye del 90-95% en
peso de la mezcla total, y el cemento (aglutinante asfaltico) constituye del 5-10% en peso de
la mezcla total. En el proceso de producción, el agregado y aglutinante son combinados en
una planta que produce el material especificado. Los equipos de la planta incluyen:
contenedores fríos para el almacenaje de agregado, un secador para secar y calentar el
agregado a la temperatura requerida para el mezclado, tanques para el almacenaje de asfalto
líquido y una mezcladora para combinar el agregado y cemento asfaltico licuificado. Una vez
producido, el hormigón asfaltico es transportado al sitio donde es extendido en un espesor
uniforme. Posteriormente el material es compactado al grado requerido, el asfalto se extiende
a temperaturas mayores a 107 C, el material debe ser compactado antes que la temperatura
de la mezcla caiga por debajo de los 80 C para alcanzar la densidad adecuada (Speight James
G. PhD, 2016).
2 Se conoce como ductilidad a la propiedad de aquellos materiales que, bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse plasticamente en forma de hilo sin llegar a romperse.
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Tabla 1: Tipos, diferencias y comparación entre asfalto, bitumen y alquitrán
ASFALTO BITUMEN ALQUITRAN
Fuente • Asfalto Natural: obtenido de lagos (asfalto con 40 a 70% de bitumen puro) y rocas (asfalto con 10 a 15% de bitumen puro)
• Asfalto residual obtenido por la destilación de crudo base asfáltica.
Obtenido por la destilación parcial del petróleo crudo. También llamado como alquitrán mineral y también está presente en el asfalto. Contiene 87% de carbón, 11% de hidrogeno y 2% de oxígeno.
Es un líquido altamente viscoso que contiene una alta cantidad de carbono. Es utilizado para colocar capas superficiales para pavimento, conservación de madera, etc.
Color Café negruzco Color oscuro con ligero tinte rojizo Profundamente negro
Estado Solido o semisólido Solido Liquido viscoso
Contenido de carbono
Bajo Medio Alto
Resistencia
al agua
Mayor Mayor Menor
Resistencia
acida
Mayor Mayor Menor
Poder
adhesivo
Menor Menor Mayor
Tiempo de
fraguado
Menor Menor Mayor
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ASFALTO BITUMEN ALQUITRAN
Tipos • Asfalto Cutback: Se encuentra en estado líquido, el asfalto es disuelto en un solvente volátil. Utilizado para la fabricación de pinturas bituminosas, para reparar techos, etc.
• Emulsión asfáltica: Obtenida agregando 50 a 60% de agua al asfalto en presencia de 1% de un agente emulsificante. El agente emulsificante forma películas a prueba de agua cuando el agua es evaporada, por lo que puede utilizarse en condiciones frías.
• Cemento asfáltico: el asfalto natural es sometido a aire a alta presión y alta temperatura para obtener cemento asfaltico. El cemento asfaltico es plástico por naturaleza y es utilizado para pisos, techos, materiales impermeabilizantes, etc.
• Asfalto Mastico: Es obtenido calentando el asfalto natural con arena y rellenos minerales. Es una sustancia impermeable que no posee huecos. La dureza y el punto de derretimiento puede ser manejado durante el proceso de calentamiento. Se encuentra en estado sólido y por calentamiento puede pasar al estado líquido. Es utilizado para láminas de impermeabilización.
• Bitumen Cutback: Es obtenido por la destilación de bitumen asfaltico con la adición de alquitrán de hulla o petróleo. Puede ser utilizado como pintura para condiciones de clima frio
• Emulsión de bitumen: Es obtenido disolviendo bitumen finamente dividido en medio acuoso. Agentes estabilizantes adecuados son agregados a la solución.
• Bitumen plástico: Mayormente contiene relleno inerte cerca de 40 a 45% y bitumen y diluyentes como otros materiales. Es utilizado como material sellante para fugas, grietas en estructuras de albañilería, etc.
• Bitumen soplado: Es un tipo especial de bitumen elaborado sometiendo al bitumen a aire a alta presión y temperatura. Puede ser usado como material de impermeabilización, material de aislamiento térmico, etc.
• Bitumen de destilado de primera destilación: Es obtenido por la destilación de bitumen en viscosidad definida.
• Alquitrán de hulla: Es el subproducto obtenido durante la producción de gas de carbón. Utilizado para preservar madera, caminos de macadám, etc
• Alquitrán de madera: Es obtenido por la destilación de maderas resinosas como pinos, etc. Proporciona el aceite de creosota que tiene muy buenas propiedades conservantes. Es adecuado para preservar madera.
• Asfalto mineral: Es producido por la explotación de kerogeno obtenido de lutitas bituminosas.
Fuente: (The constructor civil engineering home, 2020)
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c) EMULSIÓN ASFALTICA
La emulsión asfáltica, también designada como asfalto líquido, es una mezcla de dos
componentes normalmente inmiscibles (asfalto y agua) y un agente emulsificante (usualmente
jabón). Sin embargo, es importante notar que el aglutinante del asfalto es el material base que
ha sido licuificado con un solvente, En el proceso de emulsificación, los aglutinantes a alta
temperatura (la fase discontinua) son mecánicamente separados en glóbulos diminutos y
dispersados en agua (fase continua) tratados con una pequeña cantidad de agentes
emulsificantes. A través de la selección adecuada de agentes emulsificantes y otros controles
de fabricación, los asfaltos emulsificados son producidos en varios grados y tipos. A través de
la selección del agente emulsificante, el asfalto emulsificado puede ser: anóxico y catiónico
(Speight James G. PhD, 2016).
d) MEZCLA FRIA DE HORMIGON ASFALTICO
La mezcla fría de hormigón asfaltico, es típicamente una mezcla producida de asfalto
emulsificado, el termino es aplicado para la producción de mezcla asfáltica a temperaturas
menores a 60 C. Mientras la mezcla este en su estado emulsificado, el asfalto es menos
viscoso y la mezcla es fácil de manejar y compactar. La emulsión se romperá después de que
suficiente agua haya sido evaporada y la mezcla fría adquirirá las propiedades de una mezcla
de hormigón asfáltico caliente frío. La mezcla fría es comúnmente utilizada como un material
parche y en carreteras de poco tráfico, sin embargo, normalmente requieren una cubierta de
sello u hormigón asfaltico caliente como capa de protección (Speight James G. PhD, 2016).
e) ASFALTO CUTBACK
El asfalto cutback es un asfalto licuificado por la adición de diluyentes (típicamente solventes
hidrocarburiferos) y generalmente es designado como asfalto liquido para distinguirlo de
aglutinantes de asfaltos semisólidos o sólidos. Sin embargo, es importante notar que el
aglutinante de asfalto es el material base que ha sido licuificado con un solvente. Este tipo de
asfalto es utilizado en pavimentos y en material para techados, es subclasificado de acuerdo
a los solventes utilizados para licuificar el cemento asfaltico para producir un asfalto de curado
rápido, medio o lento. En los inicios del uso de los asfaltos, el asfalto cutback era ampliamente
utilizado con resultados satisfactorios, pero fueron reemplazados en muchas aplicaciones por
asfaltos emulsificados, la principal aplicación de estos asfaltos es en materiales de parcheo
frios y para la aplicación de una cubierta principal de rociada (Speight James G. PhD, 2016).
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f) MEZCLA ASFALTICA CALIENTE
El hormigón de mezcla asfáltica caliente es una combinación de agregado, en un 95 % en
peso aproximadamente, junto con cemento asfaltico. En la producción de la mezcla, el
cemento asfaltico se caliente, se combina y se mezcla con el agregado en una planta de
mezcla asfáltica caliente. La mezcla asfáltica caliente es cargada en camiones para el
transporte hasta el sitio de pavimentación. Los camiones vuelcan la mezcla asfáltica caliente
en tolvas ubicadas en la parte delantera de las máquinas de pavimentación. El asfalto es
localizado en la carretera y luego compactado utilizadno rodillos pesados. El hormigón asfaltico
caliente es producido calentando los aglutinantes del asfalto para disminuir su viscosidad, y
secando el agregado para remover la humedad de la mezcla anterior. La mezcla es
generalmente desarrollada con el agregado a una temperatura de 150 C para asfalto virgen,
165 C para asfalto modificado con polímeros, y a 95 C para cemento asfaltico (Speight James
G. PhD, 2016)
g) ASFALTO OXIDADO
El asfalto oxidado, es un asfalto que ha sido tratado soplando aire a través de él a elevadas
temperaturas para producir propiedades físicas requeridas para el uso industrial del producto
final. El asfalto oxidado es típicamente utilizado en operaciones de materiales para techados,
cubiertas de tuberías, sellado inferior de pavimentos de hormigón de cemento Portland y
aplicaciones hidráulicas (Speight James G. PhD, 2016).
El hormigón asfaltico mastico es producido calentando asfalto oxidado de alto grado en un
mezclado hasta que se convierta en un líquido viscoso después de lo cual la mezcla de
agregado es añadida. Típicamente, el asfalto utilizado en una carretera que experimenta un
tráfico elevado es el asfalto modificado con polímeros con aditivos estabilizantes, sin embargo,
esta mezcla es difícil de compactar y debe ser compactada por rodillos pesados a alta
temperatura (Speight James G. PhD, 2016).
h) ASFALTO DE GRADO DE PENETRACIÓN
El asfalto de grado de penetración (penetration-grade asphalt en inglés), es un asfalto que ha
sido procesado por soplado de aire, precipitación de solvente y desasfaltado con propano. Una
combinación de estos procesos puede ser utilizada para producir diferentes grados que son
clasificados de acuerdo a su valor de penetración. La clasificación de los asfaltos en términos
de métodos de pruebas de penetración (AASHTO M20; AASHTO T49; ASTM D5; ASTM D243;
ASTM D 946) está basada en la premisa de que los asfaltos menos viscosos exhibirán una
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penetración de aguja más profunda que los asfaltos más viscosos. La profundidad de
penetración es correlacionada de forma empírica con el comportamiento de los aglutinantes
del asfalto, por lo tanto, un aglutinante de asfalto con un alto número de penetración es
utilizado para climas fríos, mientras que un aglutinante de asfalto con un bajo número de
penetración es utilizado para climas cálidos (Speight James G. PhD, 2016).
i) PAVIMENTO DE ASFALTO RECUPERADO
El uso del material de pavimento asfaltico recuperado o reciclado está incrementando, este
material es generado cuando materiales de pavimento viejos y dañados son molidos y
triturados para la adición como un componente en nuevas mezclas. El proceso de reciclaje
puede hacerse en sitio o en una planta central de proceso. La adición de material reciclado a
una mezcla asfáltica cambia sus propiedades mecánicas de la mezcla y afecta su desempeño
(Speight James G. PhD, 2016).
j) ASFALTO DE REFINERIA
El asfalto es el residuo de la destilación de petróleo crudo, el asfalto no puede ser destilado
incluso bajo condiciones de vacío elevado, porque las temperaturas requeridas para realizar
esta destilación promueven la formación de coque. El asfalto tiene una composición química
y física compleja que usualmente varía por la fuente del petróleo crudo. El asfalto es un
material anisotrópico, discontinuo e inhomogéneo, considerado como un material coloidal3. La
naturaleza del asfalto es determinada por factores como la naturaleza del medio (parafínico o
aromático), así como la naturaleza y proporción de asfaltenos y resinas. Se ha sugerido que
los asfaltenos son liofóbicos4, las resinas son liofílicas5 y la interacción de las resinas con los
asfaltenos es responsable para la dispersión de los asfaltenos. Los asfaltenos varian en
carácter, pero son de peso molecular suficientemente alto para requerir la dispersión como
micelas, que son peptizadas6 por las resinas. Si los asfaltenos son de peso molecular
relativamente bajo, las resinas abundan, y el medio aromático por naturaleza, el resultado
puede ser asfalto viscoso sin propiedades anómalas. Sin embargo, si el medio es parafínico y
las resinas son escasas, y los asfaltenos son de alto peso molecular (o micelas) es asfalto es
3 Un coloide es una mezcla formada por particulas microscópicas en estado sólido (fase dispersa) que están dispersas en una
sustancia (fase líquida o dispersor). 4 Un término descriptivo de la falta de afinidad (o repulsión) que un material sólido tiene por el líquido en el que el sólido se dispersa 5 Un término descriptivo de la fuerte afinidad que un material sólido (normalmente un coloide) tiene por el líquido en el que el sólido se dispersa. 6 Proceso generalmente indeseado, en el que un precipitado cristalino al entrar en contacto con el disolvente frío, retorna a su
primitiva forma coloidal.
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de tipo gel y exhibe las propiedades que acompañan esta estructura. Un alto contenido de
resinas, imparte a un producto características adhesivas y plasticidad deseables, el alto
contenido de asfaltenos es usualmente responsable de la dureza, mayor fragilidad, como es
evidenciado por la estructura y las propiedades reológicas de asfalto modificado (Speight
James G. PhD, 2016)
k) SUPERPAVE
El asfalto superpave, una abreviación de pavimento asfaltico de desempeño superior (superior
perfoming asphalt pavement), es un sistema de pavimento diseñado para proveer carreteras
de larga duración. Los componentes clave del sistema son cuidadosamente seleccionados de
aglutinantes y agregados, proporciones volumétricas de ingredientes y la evaluación del
producto terminado (Speight James G. PhD, 2016).
l) MEZCLA CALIENTE DE ASFALTO
El hormigón asfaltico de mezcla caliente es producido agregando ya sea zeolitas, ceras,
emulsiones asfálticas, o en algunos casos incluso agua al aglutinantes asfaltico antes de la
mezcla. Esto permite significativamente la reducción de temperatura, menos mezclado y
resulta en menor consumo de recursos hidrocarburiferos, liberando así menos dióxido de
carbono, aerosoles y vapor. La menor temperatura no solo mejora las condiciones de trabajo,
sino también conduce a una disponibilidad más rápida de la superficie para su uso, lo cual es
importante para los sitios de construcción con tiempos programados críticos. El uso de estos
aditivos en mezcla asfáltica caliente puede permitir una compactación más fácil y permite la
pavimentación en clima frio o recorridos más largos (Speight James G. PhD, 2016).
m) AGLUTINANTES MISCELANEOS
Actualmente existe interés considerable en el desarrollo de materiales no hidrocarburiferos
para producir otros aglutinantes. Fuentes como biomasa y algas están recibiendo atención. Se
ha reportado que los biocombustibles pueden incrementar considerablemente el grado de
rendimiento de aglutinantes asfalticos de asfaltos modificados con polímeros cerca de 6 C y el
uso de biomateriales puede mejorar el comportamiento del asfalto a baja temperatura, sin
embargo, requiere de mayor investigación (Speight James G. PhD, 2016).
2.1.1.3. PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS
2.1.1.3.1. PROPIEDADES QUÍMICAS DEL ASFALTO
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a) Solubilidad
Hugo León Arenas refiere que: “los cementos asfalticos están constituidos casi siempre por
bitumen puro, el cual por definición es completamente soluble en disulfuro de carbono. Solo
un porcentaje muy pequeño de impurezas está presente en el cemento asfáltico obtenido en
refinería” (Arenas Lozano, s.f.). Así mismo, Speight James (2016) indica que la pureza del
ligante asfaltico es definida por la solubilidad en disulfuro de carbono y debe ser mayor a 99,5%
(w/w) soluble en este solvente (Speight James G. PhD, 2016). Hugo León Arenas menciona
que: “…para determinar la pureza del cemento asfáltico se utiliza el ensayo de solubilidad
definido por la norma ASTM D-2042. Los maltenos, los constituyentes cementantes (resinas)
y los asfaltenos, son solubles en disulfuro de carbono, tricloroetileno, tetracloro de carbono y
otros solventes orgánicos de bajo punto de ebullición…”. El ensayo de solubilidad es una forma
de identificar el porcentaje de contaminantes en el asfalto. La parte insoluble en estos
solventes se considera materia inerte.
b) Reactividad
El asfalto es una mezcla compleja de hidrocarburos y constituyentes heteroátomos. La
compleja composición es reflejada en las propiedades y comportamiento del asfalto debido a
la presencia de grupos funcionales, particularmente grupos funcionales basados en nitrógeno
básico y oxigeno acídico (acidic oxygen). Las reacciones de asfalto usualmente se enfocan en
la oxidación, que sirve para introducir más grupos funcionales oxigeno base en el asfalto y es
la reacción común que causa falla en el pavimento. La reacción general resulta en un
incremento en el punto de ablandamiento y contenido de asfaltenos que incrementa
linealmente con el tiempo durante las operaciones de soplado llevando a fallas en el pavimento
asfaltico. El mecanismo de oxigenación es parcialmente resuelto, pero mucho sobre el
mecanismo continua sin ser cubierto si la falla oxidativa de pavimento asfaltico debe ser
mitigada, comprendiendo que cada aglutinante asfaltico puede interactuar de forma diferente
con oxidación aérea (Speight James G. PhD, 2016).
El concreto asfaltico está compuesto por aglutinantes y agregados, el aglutinante es
típicamente derivado del petróleo crudo como un subproducto de la destilación fraccional y
debido a su naturaleza orgánica el aglutinante, sufre envejecimiento oxidativo a medida que
pasa el tiempo, cuyo efecto es más prominente en forma de endurecimiento. El efecto del
envejecimiento crea propiedades de material graduado debido a la variación del
envejecimiento respecto a la profundidad, así la oxidación de asfalto es de significancia
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practica para comprender el tiempo de servicio del pavimento. La oxidación del aglutinante
asfaltico es un proceso que se presenta a lo largo del tiempo de servicio del pavimento debido
a los constituyentes aromáticos y comprender la naturaleza del proceso de oxidación es un
paso crítico para un mejor diseño del pavimento para una mayor durabilidad del mismo. El
endurecimiento oxidativo del asfalto es atribuido principalmente por la introducción de grupos
funcionales polares que contienen oxígeno en las moléculas del asfalto, causando un
incremento de la interacción molecular (Speight James G. PhD, 2016).
A medida que un asfalto envejece, su viscosidad incrementa y se convierte más rígido y
quebradizo, deteriorando las propiedades físicas deseadas. A medida que los componentes
aromáticos se oxidan, se crean más componentes carboxil polar que resulta en una asociación
intermolecular más fuerte entre los constituyentes asfalticos y eventualmente en un incremento
de viscosidad, lo que afecta directamente al comportamiento del asfalto por la dureza del
aglutinante asfaltico. Cuando el pavimento asfaltico posee suficientes espacios vacíos para el
acceso de aire, la tasa de oxidación es determinada por la temperatura del pavimento, la tasa
de oxidación incrementa con la temperatura. Así mismo, la sensibilidad del asfalto a la
oxidación varía en función a su composición química.
2.1.1.3.2. PROPIEDADES FÍSICAS DEL ASFALTO
Las propiedades físicas del asfalto, de mayor importancia para el diseño, construcción, y
mantenimiento de carreteras son: consistencia, durabilidad, susceptibilidad a la temperatura,
Adhesión y cohesión, envejecimiento y endurecimiento.
a) Consistencia
La consistencia indica el grado de fluidez del asfalto, dependiente de la temperatura. Se tienen
ensayos para medir la consistencia como:
- La viscosidad, es la resistencia que ofrece un fluido a la deformación debido al
rozamiento interno de las moléculas. La viscosidad de un aglutinante de un asfalto a
altas temperaturas refleja la habilidad del aglutinante a ser bombeado en una planta de
asfalto, su capacidad para recubrir bien el agregado y ser localizado y compactado en
una nueva superficie de pavimento. La viscosidad incrementa con la adición de polvo
de caucho al aglutinante del asfalto, este incremento no es lineal y depende de la
temperatura (Hainin, Adnan, Aziz, & Hassan, 2015). Según (Arenas Lozano, s.f.) en los
cementos asfalticos la viscosidad varía desde unos pocos centipoises a elevadas
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temperaturas a 1010 poises o más a bajas temperaturas, en las que se produce la rotura
frágil.
- La penetración mide la consistencia del aglutinante del asfalto a temperaturas medias
de servicio, usualmente se mide a 25°C y se utiliza en el ensayo una aguja normalizada
de 100 gramos y se hace penetrar en la superficie de la muestra durante un tiempo de
5 segundos (Arenas Lozano, s.f.). La adición de polvo de caucho de neumáticos al
aglutinante reduce el valor de penetración. Mientras mayor sea el porcentaje de polvo
de caucho de neumáticos en la mezcla, se tendrá un menor valor de penetración,
indicando que el aglutinante se hace más duro y más consistente.
- El punto de ablandamiento mide la consistencia del aglutinante del asfalto, que
representa la temperatura a la cual ocurre un cambio de fase de solido a líquido. La
adición de polvo de caucho al asfalto incrementa el valor del punto de ablandamiento
(Hainin, Adnan, Aziz, & Hassan, 2015). Se mide a través del ensayo de anillo y bola de
acuerdo con la norma ASTM D-36.
- Ductilidad, la cual indica que por la acción de una fuerza, un material pueda deformarse
sin llegar a romperse, se mide según la norma ASTM D-113 en un ductilómetro, se
mide la resistencia a la ruptura por medio del alargamiento de una probeta de cemento
asfaltico, estirada en sus extremos a velocidad constante (Arenas Lozano, s.f.).
b) Durabilidad.
Es una medida de qué tan bien un aglutinante puede mantener sus características originales
cuando es expuesto a condiciones ambientales y procesos de envejecimiento. La evaluación
del comportamiento incluye pruebas de laboratorio que simulan condiciones ambientales y
proceso de envejecimiento y establecen límites de pasa/no pasa, en sus resultados. El asfalto
es afectado grandemente por muchas variables como el diseño de la mezcla y características
del agregado, la mano de obra en la construcción, y otras variables, que incluyen la misma
durabilidad del asfalto (Speight James G. PhD, 2016).
c) Susceptibilidad a la temperatura.
Las propiedades mecánicas del asfalto necesitan ser diseñadas para hacer frente a la
naturaleza y la velocidad del tráfico bajo condiciones climáticas prevalecientes. De acuerdo a
(H.L.Robinson, 2004), dado que las propiedades del bitumen son susceptibles a la temperatura
por su naturaleza viscoelástica, el asfalto se comporta de forma similar. Los asfaltos son
termoplásticos, el asfalto se ablandará durante periodos de clima cálido/caliente y se
endurecerá durante meses de clima frío, lo cual debe ser tomado en cuenta para el diseño del
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asfalto. Esta característica se conoce como susceptibilidad a la temperatura, que varía entre
asfaltos de petróleos de diferente origen. Los polímeros ayudan a reducir la susceptibilidad
térmica del bitumen elevando el punto de ablandamiento y bajando el punto de
endurecimiento, reduciendo el riesgo de ahuellamiento y agrietamiento (Speight James G.
PhD, 2016).
Es muy importante conocer la susceptibilidad a la temperatura del asfalto que va a ser utilizado
pues indica la temperatura adecuada a la cual se debe mezclar el asfalto con el agregado, y
la temperatura a la cual se debe compactar la mezcla sobre la base de la carretera. La
susceptibilidad térmica es importante para las propiedades del aglutinante del asfalto, el cual
debe tener suficiente fluidez a altas temperaturas para que pueda cubrir las partículas de
agregado durante el mezclado, y así permitir que estas partículas se desplacen unas respecto
a otras durante la compactación. Por lo cual, el aglutinante debe ser lo suficientemente viscoso
a temperatura ambiente para mantener suspendidas las partículas de agregado en el
pavimiento en el sitio (Speight James G. PhD, 2016).
d) Adhesión y cohesión.
Adhesión es la capacidad del asfalto para adherirse al agregado en la mezcla de
pavimentación. Cohesión es la capacidad del asfalto de mantener firmemente, en su puesto,
las partículas de agregado en el pavimento terminado. Una vez se deteriora la adhesión, la
superficie se hace inestable, la falla por adhesión se caracteriza por la separación de la
cubierta asfáltica del agregado causado por ejemplo por la acción del agua. Por otro lado, la
falla por cohesión se da debido a la separación de las moléculas dentro de la capa asfaltico,
fallas en la cohesión pueden conllevar a fallas de adhesión. El ensayo ASTM D 3409 se utiliza
para determinar la adhesión del asfalto a superficies.
e) Envejecimiento y endurecimiento
El envejecimiento del asfalto hace referencia al cambio de propiedades del asfalto en el tiempo.
La destrucción de un pavimento asfaltico durante su tiempo de servicio es debido al
envejecimiento del aglutinante, que contribuye a reducir el tiempo de servicio del pavimento,
el envejecimiento refleja un aumento de la viscosidad y disminución de la penetración, lo que
incrementa la rigidez y se reducen las características adherentes del asfalto. Los factores que
afectan al envejecimiento incluyen: características del asfaltico y su contenido en la mezcla, la
naturaleza del agregado y la distribución de partículas, los vacíos contenidos en la mezcla y
factores relacionados a la producción como la temperatura y el tiempo. Las formas más
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importantes de falla relacionada con el envejecimiento son el tráfico y las fracturas por
inducción térmica y el desprendimiento del asfalto. El envejecimiento también ocurre durante
el proceso de mezcla y construcción del asfalto (Speight James G. PhD, 2016). Existen varios
ensayos para simular el envejecimiento como el horno de película fina (TOF) y el ensayo de
película fina y rotatoria (RTOF), la vasija de envejecimiento a presión (PAV) entre otros.
Los asfaltos tienden a endurecerse aumentando sus características de consistencia en la
mezcla asfáltica durante la construcción, y también en el pavimento terminado. Este
endurecimiento es causado principalmente por el proceso de oxidación (el asfalto
combinándose con el oxígeno). El endurecimiento del asfalto continúa en el pavimento
después de la construcción. Una vez más, las causas principales son la oxidación y la
polimerización. Estos procesos pueden ser retardados si se mantiene, en el pavimento
terminado, una cantidad pequeña de vacíos (de aire) interconectados, junto con una capa
gruesa de asfalto cubriendo las partículas de agregado. (ARCE, 2007)
2.1.1.3.3. PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL ASFALTO
La reología es el estudio de la manera en que se deforma y fluye la materia, considerando la
relación entre fuerza y deformación; las propiedades reológicas incluyen su elasticidad,
plasticidad y viscosidad. El estudio de las propiedades reológicas del aglutinante asfaltico es
un fenómeno importante para caracterizar la dinámica del comportamiento mecánico del
aglutinante. El aglutinante es un material termoplástico, viscoelástico y se comporta como un
sólido tipo vidrio a bajas temperaturas y como un fluido viscoso a altas temperaturas (mayores
a 140 C). La deformación térmica y mecánica del aglutinante asfaltico puede ser definida por
su respuesta al esfuerzo-deformación-tiempo y a la temperatura. La deformación y el flujo del
aglutinante asfaltico es importante para determinar el comportamiento del pavimento, un
pavimento con menor resistencia a fluir puede ser susceptible al ahuellamiento, mientras que
un pavimento con mayor resistencia puede ser susceptible a fatiga o craqueo térmico (Hainin,
Adnan, Aziz, & Hassan, 2015).
Según (Arenas Lozano, s.f.): “La estructura coloidal de los ligantes asfálticos hace bastante
complicado el estudio de sus propiedades reológicas, por lo que deben estudiarse como
funciones de la temperatura”.
Una de las pruebas más simples para caracterizar la respuesta al esfuerzo versus deformación
de un material es la prueba de arrastre. Un material elástico sometido a la prueba de arrastre
se deformará a un esfuerzo constante. Cuando la carga es removida, el material
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inmediatamente retornará a su firma inicial. Un material viscoso, por otro lado, se deformará a
una tasa constante cuando e aplique una carga y e continuará deformando a esa tasa hasta
que la carga sea removida, en cuyo punto no hay deflección posterior o recuperación. Un
material viscoelástico posee componentes viscosos y elástico como respuesta, cuando se
aplica la carga se produce una deformación inmediata correspondiente a la respueta elástica
seguida de una deformación gradual dependiente del tiempo, esta deformación dependiente
del tiempo puede ser dividida en componentes puramente viscosos y una demora por el
componente elástico. Al retirar la carga no se recupera de la deformación, sin embargo la
deformación elástica retardada se recupera pero no inmediatamente en comparación con una
deformación puramente elástica.
La viscosidad y la temperatura de los hidrocarburos se relaciona por la ecuación de Walther
(ASTM D5018).
Donde: v es viscosidad, λ es la constante de cambio, T es la temperatura absoluta, A y B son
parámetros empíricos que miden la susceptibilidad de la viscosidad a la temperatura.
A bajas temperaturas (60 C o menos) y/o a altas velocidades de corte, asfaltos semisólido y
solido muestran un incremento de componentes elásticos que relaciona a la viscosidad con el
esfuerzo de corte. El alto nivel de viscosidad constante a bajas velocidades de corte limita la
viscosidad.
Se han desarrollado vario viscosímetro para asegurar los datos de viscosidad a temperatura
tan bajas como 0 C. Los instrumentos más populares en uso son “cone plate”, parallel plate e
instrumentos capilares (Speight James G. PhD, 2016).
Los ensayos recientemente desarrollados para medir las propiedades viscoelásticas son
directamente utilizables en relaciones de ingeniería. Las propiedades pueden estar
relacionadas a la estructura inherente de los materiales bituminoso. La fracción del de mas
alto peso molecular, la fracción de asfalteno, es dispersa en el asfalto y es dependiente del
contenido y naturaleza de las fracciones de resina y petróleo. Mayor aromaticidad en la
fracción de petróleo o mayores temperaturas llevan a condiciones viscosas. Una condición
más elástica resulta de una naturaleza más parafínica y es indicada por un elevado modulo
elástico o, empíricamente por una penetración relativamente alta a un determinado punto de
ablandamiento. Empíricamente, el índice de penetración y la susceptibilidad térmica de
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penetración han sido utilizadas para medir el grado de dispersión (Speight James G. PhD,
2016).
El asfalto desarrolla una estructura interna con los años, endurecimiento, en el cual la
viscosidad puede incrementar sin ninguna perdida de materiales volátiles, aquellos con un alto
grado de estructura gel particular exhiben tixotropía (Speight James G. PhD, 2016).
2.1.1.3.4. PROPIEDADES MECANICAS DEL ASFALTO
Para las propiedades mecánicas del asfalto, se tiene 3 propiedades principales: rigidez
elástica, resistencia a la deformación y resistencia a la fatiga o agrietamiento.
La rigidez elástica de mezclas asfálticas es importante porque provee un indicador del
comportamiento del pavimento bajo las cargas del tráfico. Mientras más rígido el asfalto, más
resistente será a la deformación bajo cargas dinámicas de tráfico. Sin embargo, si es asfalto
es muy rígido será mas susceptible a la fatiga térmica. Los aglutinantes modificados con
polímeros no necesariamente mejoran la rigidez del asfalto, a pesar de que ciertos polímeros
plastoméricos si lo harán. Mientras que la rigidez y la resistencia a la deformación son a
menudo especificadas, la resistencia a la fatiga es rara vez especificada y es un área de
investigación actual. El agrietamiento por fatiga en asfaltos se relaciona a la dureza del ligante
o envejecimiento que es afectado por numerosos factores. La tasa de endurecimiento depende
de la temperatura de la mezcla, tiempo de residencia en la planta de asfalto durante el
mezclado, el tiempo de entrega antes de la compactación, y el espesor de la capa de
recubrimiento del ligante sobre el agregado (H.L.Robinson, 2004).
2.1.2. ASFALTOS MODIFICADOS
De acuerdo al autor (Arenas Lozano, s.f.), existen casos en que las características de las
mezclas asfálticas obtenidas con los cementos asfálticos convencionales no logran resistir las
condiciones de tránsito y clima, generando la necesidad de utilizar ligantes o aglutinantes
modificados con mejores propiedades reológicas, mayor adherencia, resistencia al
envejecimiento y menor susceptibilidad térmica. El uso de aglutinantes modificados permite
altos valores de rigidez a temperaturas altas de servicio que disminuye el ahuellamiento y baja
rigidez a bajas temperaturas lo que disminuye el riesgo de aparición de fisuras prematuras.
Para mejorar estas propiedades sin producir efectos negativos secundarios, se están
empleando a nivel mundial los cementos asfalticos modificados con polímeros, que es
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considerada una de las opciones más prometedoras para mejorar las propiedades de los
aglutinantes.
Figura 3: Elasticidad de un asfalto modificado con polímero antes (izquierda) y después (derecha) de
liberar la carga
Fuente: (Norhidayah Abdul Hassan;Ramadhansyah Putra Jaya;Gordon D. Airey;Nordiana
Mashros, 2014)
Algunas de las bondades que se pueden obtener a partir de la modificación del cemento
asfáltico son (Ana Sofía Figueroa Infante, Arnulfo Sánchez Castillo, Fredy Alberto Reyes
Lizcano, 2007) (Arenas Lozano, s.f.):
• Mejorar la rigidez del cemento asfáltico a altas temperaturas de servicio minimizando
el riesgo de ahuellamiento
• Mejorar la flexibilidad y la elasticidad a bajas temperaturas para minimizar la aparición
de fisuras asociadas a los cambios térmicos.
• Mejorar el comportamiento a la fatiga
• Aumentar la adhesividad agregada- ligante
• Mejorar la resistencia a la abrasión de las mezclas asfálticas
• Aumentar la resistencia al envejecimiento
• Disminución de la susceptibilidad térmica
• Aumentar la cohesión interna
• Minimizar los problemas durante el proceso de colocación y compactación de la mezcla
asfáltica
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• Permitir un mayor espesor de película de aglutinante alrededor de las partículas de
agregado con el fin de incrementar la durabilidad de la mezcla
• Reducir la probabilidad de exudación del cemento asfáltico
• Disminuir los espesores de la estructura de pavimento
• Mejorar el comportamiento general de toda la estructura del pavimento.
La llanta triturada como modificador del asfalto beneficia a la flexibilidad y resistencia a la
tensión de las mezclas asfálticas, lo cual disminuye las grietas, el caucho natural aporta
propiedades elásticas mientras el caucho sintético proporciona estabilidad térmica.
2.1.2.1. PROCESOS DE PREPARACIÓN DE ASFALTOS MODIFICADOS
El caucho de llantas usadas puede ser incorporado en las mezclas asfálticas por medio de dos
métodos diferentes denominados proceso húmedo y proceso seco. En el proceso húmedo, el
caucho actúa modificando el ligante, mientras que en el proceso seco el caucho es usado
como una porción de agregado fino.
a) PROCESO POR VIA SECA (DRY PROCESS)
En el proceso por vía seca la cantidad requerida de ligante tiende a aumentar, también se
requiere un proceso especial para adicionar el grano de caucho reciclado (GCR) en planta, y
un mayor tiempo de compactación en obra; el proceso por vía húmeda requiere un equipo
adicional en planta para el mezclado y almacenamiento del asfalto-caucho, así como cambio
de bombas y tuberías, adicionalmente requiere mayor energía para calentar la mezcla a
mayores temperaturas con tiempos de reacción prolongados (Figura 4). (VILLAMIZAR,
RUBIO, & RAMÍREZ, 2014).
El proceso consiste en mezclar el caucho con el tamaño de partícula apropiado junto con los
demás agregados antes de adicionar el asfalto. Se puede incluir entre 2 a 15% de caucho con
respecto a los agregados. El porcentaje de partículas de caucho en el método por vía seca
varia: entre 3% y 5% de partículas de caucho del peso total de la mezcla es usado
generalmente; en cambio en la Guía de uso de asfalto y caucho, indica que el porcentaje
deberá estar entre el 1% al 3% del peso total de la mezcla asfáltica. (Roberts, 1996) (Caltrans,
2006)
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Figura 4: Descripción del proceso por Vía Seca
Fuente: (Mora & Mesias, 2013)
b) PROCESO POR VIA HUMEDA (WET PROCESS)
En este proceso el GCR es mezclado con el ligante para producir una mezcla asfalto-caucho,
la cual es usada de la misma manera que un ligante modificado.
Cuando el cemento asfáltico y GCR son mezclados, el GCR reacciona con el ligante
hinchándose y ablandándose por la absorción de aceites aromáticos, no siendo esta una
reacción de tipo química. El cemento asfáltico modificado con GCR mediante el proceso
húmedo ha sido usado ampliamente como ligante en la reparación de grietas y sello de juntas,
tratamientos superficiales, membranas retardantes de fisuras, y en la elaboración de mezclas
asfálticas en caliente de la mezcla (Figura 5) (VILLAMIZAR, RUBIO, & RAMÍREZ, 2014).
En este proceso, el caucho es mezclado directamente con el ligante, de igual forma que un
asfalto modificado para añadir posteriormente los agregados. Las partículas de caucho
mayormente utilizadas en el proceso húmedo son, más pequeñas que la malla N° 10 (0,0787
pulg =2 mm) o la malla N° 16 (0,0469 pulg =1,19 mm). (Mora & Mesias, 2013)
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Figura 5: Descripción del proceso por vía húmeda
Fuente: (VILLAMIZAR, RUBIO, & RAMÍREZ, 2014)
c) PROCESO DE MEZCLA ASFALTICA CON PARTICULAS DE CAUCHO
El asfalto “virgen” que está en un tanque de almacenamiento pasa a un tanque de
calentamiento donde se mantiene a una temperatura de al menos 177°C, luego se bombea
las partículas de caucho a un mezclador durante un periodo de 45 a 60 minutos. El material
resultante de asfalto – caucho pasa a un recipiente de reacción que tiene una agitación
continua de mezcla. En la Figura 6, se muestra los componentes del proceso de mezcla de
asfalto – caucho que incluyen la tolva de partículas de caucho, el tanque de almacenamiento
de asalto, el tanque de calor que trae asfalto hasta alta temperatura alta, cámara de mezcla y
por último recipiente de reacción donde el asfalto y caucho interactúan. (Kaloush & Prapoorna,
2011)
Este sistema puede producir aproximadamente 28 toneladas de mezcla asfalto con caucho
por hora, antes de añadir a los agregados, lo que sería suficiente para producir 400 toneladas
de asfalto modificado en ese mismo periodo (Mora & Mesias, 2013).
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Figura 6: Proceso de mezcla de asfalto con partículas de caucho
Fuente: (Mora & Mesias, 2013)
La mezcla de asfalto y caucho se realiza mediante la reacción de asfalto caliente con gránulos
de neumático. El grado de asfalto se calienta aproximadamente a 190°C. Las partículas de
caucho a temperatura ambiente se añaden al asfalto caliente y procede la mezcla. Durante el
calentamiento y la mezcla, el asfalto y las partículas de caucho se hinchan, lo cual cambian la
mezcla resultante a un gel como un material compactado. (Kaloush & Prapoorna, 2011) (Mora
& Mesias, 2013).
2.1.3. PIROLISIS DE NEUMATICOS
2.1.3.1. CARACTERISTICAS DE LOS NEUMATICOS
Un neumático es básicamente un elemento que permite a un vehículo desplazarse en forma
suave a través de superficies lisas, consiste en una cubierta principalmente de caucho que
contiene aire el cual soporta al vehículo y su carga. Su invención se debe al norteamericano
Charles Goodyear quién descubrió, accidentalmente en 1880, el proceso de vulcanización,
con el que se da al caucho la resistencia y solidez necesaria para fabricarlo.
En la actualidad, la mayoría de los neumáticos de vehículos de pasajeros como los de camión
son radiales, por lo que están compuestos de una banda de rodamiento elástica, una cintura
prácticamente inextensible y una estructura de arcos radialmente orientada, sobre una
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membrana inflada y sobre unos aros también inextensibles que sirven de enganche a otro
elemento rígido, que es la llanta.
También existe otro tipo de neumáticos llamados diagonales, utilizados principalmente en
camiones. La complejidad de la forma y de las funciones que cada parte del neumático tiene
que cumplir se traduce también en una complejidad de los materiales que lo componen. El
principal componente del neumático es el caucho: casi la mitad de su peso. La fabricación de
neumáticos concentra un gran porcentaje de la industria del caucho constituyendo el 60 % de
la producción anual del mismo. Los elastómeros o cauchos son materiales poliméricos cuyas
dimensiones pueden variar según sea el tipo de esfuerzo al que son sometidos, volviendo a
su forma cuando el esfuerzo se retira. (Salvatierra, 2014)
Figura 7: Partes de un neumático
Fuente: Google imagenes
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Tabla 2: Composición de un neumático
COMPONENTES
TIPO DE VEHICULO
FUNCION AUTOMOVILES % EN PESO
CAMIONES % EN PESO
CAUCHO NATURAL 14 27 ESTRUCTURAL – DEFORMACION
CAUCHO SINTETICO 27 14 ESTRUCTURAL – DEFORMACION
NEGRO DE HUMO 28 28 MEJORA OXIDACION
FIBRA TEXTIL, SUAVIZANTES,
OXIDOS, ANTIOXIDANTES, ETC
16 – 17 16 – 17 JUVENTUD
PESO PROMEDIO 8,6 Kg 45,4 Kg
VOLUMEN 0,06 m3 0,36 m3
Fuente: (Salvatierra, 2014)
En cuanto a su composición química, puede variar según el uso a que están destinados:
Tabla 3: Composición química de un neumático
ELEMENTOS %
CARBONO 70 – 83
HIDROGENO 5 – 7,5
AZUFRE 1,2 – 1,9
COLOR 0,1 – 0,8
NITROGENO 1,5
OXIGENO 5
ZINC 1,2 - 2,7
HIERRO 5 – 18
OTROS 5
Fuente: (Salvatierra, 2014)
Algunas de las cuestiones importantes sobre la composición de los neumáticos son las
siguientes (Salvatierra, 2014):
• Los neumáticos contienen cloro en un 1% de su peso.
• Los policlorobifenilos (PCB), peligrosos productos clorados cuya fabricación está
prohibida, están presentes en los neumáticos viejos, mezclados con algunos de sus
componentes (aceites y plastificantes).
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• Los componentes de los neumáticos contienen varios metales pesados en diferentes
cantidades.
2.1.3.2. PIROLISIS DE NEUMATICOS
Entre las posibles vías de valorización de los neumáticos está la pirólisis, en la que los
neumáticos se reducen a unas corrientes gaseosas, de aceite condensable, residuo carbonoso
y metal.
En el proceso de pirólisis se calientan los trozos de neumático (1-3 cm) a temperatura
moderada (400 - 800 °C) en ausencia de oxígeno o con una cantidad limitada del mismo. La
degradación térmica del material produce una descomposición del neumático donde los
elementos orgánicos volatilizables (principalmente cadenas de caucho) se descomponen en
gases y líquidos, y los elementos inorgánicos (principalmente acero y negro de carbono no
volátil) permanecen como residuo sólido. Los gases pirolíticos están compuestos
principalmente por metano, butenos y butanos junto con otros hidrocarburos ligeros; también
contienen en baja proporción CO, C02, y H2S. Los gases pirolíticos tienen un gran poder
calorífico (68 - 84 MJm-3). Los sólidos pirolíticos (de iguales dimensiones que el original) se
desintegran fácilmente en polvo de carbono, cordones de acero y filamentos.
Los productos obtenidos en la pirólisis son el residuo carbonoso, aceite y gas. Mediante la
variación de la velocidad de calentamiento en el pirolizador se puede modificar la relación entre
aceite condensable y gas no condensable (a mayor velocidad mayor producción de gas). El
gas de pirólisis se emplea como combustible para el propio reactor de pirólisis o para algún
otro proceso como sustituto de combustible fósil.
Los productos obtenidos mediante pirólisis y sus características dependen de la fuente de
alimentación, las condiciones experimentales y de las características específicas del sistema
empleado (tamaño y tipo de reactor, eficiencia de la transferencia de calor, tiempo de
permanencia). Se ha observado una relación inversamente proporcional entre el tamaño de
las partículas de neumático y la conversión pirolítica, así como que la temperatura de
degradación máxima del mismo tipo de caucho bajo idénticas condiciones depende de la
composición del neumático empleado, o que las constantes cinéticas dependen de la
velocidad de calentamiento o de la conversión. (Salvatierra, 2014)
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2.2. INVESTIGACIONES RELACIONADAS
2.2.1. INVESTIGACIONES EN EL CONTEXTO INTERNACIONAL
Uno de los métodos más exitosos para la disposición de neumáticos fuera de uso para mejorar
las propiedades del asfalto es el uso de neumáticos triturados (polvo). El tiempo requerido para
que reaccionen el neumático con un aglutinantes asfaltico depende de muchos factores,
incluyendo las propiedades químicas del aglutinante asfaltico y el neumático, así como el
tamaño de las partículas, textura del neumático y la temperatura de reacción (Speight James
G. PhD, 2016).
De acuerdo al artículo (Bahia Hussain U; Davies Robert, 1994), los neumáticos fuera de uso
han sido utilizados para una amplia variedad de aplicaciones. A principios de 1960, ingenieros
en pavimentos en los Estados Unidos comenzaron experimentos con el uso de neumáticos
triturados como modificadores de cemento asfaltico, se realizaron diferentes aproximaciones
para incorporar el modificador de neumático triturado (CRM crumb rubber modifier) en
materiales de pavimento, por otro lado (Arenas Lozano, s.f.) menciona que a partir de 1960 se
utilizaron materiales poliméricos para geotextiles en Holanda y sus aplicaciones incrementaron
en otras ramas de la ingeniería. En general para obtener asfaltos modificados con polímeros
se cuentan con dos métodos clasificados como método seco y método húmedo. El método
húmedo consiste en dispersar partículas de CRM en el cemento asfaltico para producir el
llamado caucho asfaltico (AR asphalt rubber) el cual es utilizado para producir mezcla de
hormigón asfaltico caliente. El proceso seco consiste en mezclar partículas de CRM con el
agregado antes de introducir el cemento asfaltico a la mezcla.
El artículo de (Bahia Hussain U; Davies Robert, 1994) hace referencia a que la investigación
científica del efecto de la adición de CRM en aglutinantes asfalticos era escasa en 1994, el
propósito del artículo fue evaluar el efecto de CRM, producido por diferentes procesos
(trituración a temperatura ambiente, trituración criogénica y extrusión especial con algún tipo
de aditivo obteniendo tamaños de partículas de máximo 1 mm), en las propiedades reológicas,
rotura y envejecimiento , de los aglutinantes de asfaltos de cuatro diferentes asfaltos que
variaban en su contenido de asfaltenos, aromáticos, peso molecular, propiedades reológicas
y de ruptura. Las mezclas fueron realizadas den recipientes de 3,8 litros manteniendo
temperaturas de 160 ±5°C en mezcladores de laboratorio de alta velocidad equipados con un
manto calefactor. Los ensayos realizados fueron de viscosidad rotacional, reometria de corte
dinámico, propiedades de deformación de falla y flexión, y características de envejecimiento.
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Entre los resultados obtenidos se indica que la adición de CRM incrementa la viscosidad, cuyo
efecto no es favorable dado que genera mayor dificultad en el bombeo, mezclado y
compactación en asfaltos en mezcla caliente. Los ensayos realizados para medir el
comportamiento de agrietamiento en los asfaltos considerando el módulo complejo de corte
G* entre otros, demostraron que las propiedades son favorables respecto al incremento en la
resistencia al agrietamiento de los materiales aglutinantes. Así mismo, que el efecto de CRM
en el módulo G* depende de la temperatura de prueba, a baja temperatura, se observa una
reducción de G* en relación a asfaltos convencionales, sin embargo, esto no ocurre con todos
los asfaltos, algunos asfaltos demostraron un incremento marginal, sin embargo, los cambios
son muy pequeños. El efecto de CRM en la deformación a la falla es favorable, sin embargo,
la magnitud es pequeña. Considerando las temperaturas, el efecto de CRM en asfaltos a alta
temperatura es especifico dado que muestran diferente comportamiento, a temperaturas
intermedias el tipo de asfalto fue mas importante que el tipo de CRM, a bajas temperaturas los
cambios de propiedades reológicas y de ruptura son pequeños considerando asfaltos con
caucho y sin caucho. Los neumáticos triturados a temperatura ambiente y los triturados a
temperaturas criogénicas demostraron un comportamiento similar después de ser
almacenados a alta temperatura, sin embargo, la forma de almacenamiento no tuvo efecto en
las propiedades reológicas y de falla. Así mismo, la adición de caucho puede reducir el
endurecimiento por envejecimiento oxidativo del asfalto.
En el artículo de (Ana Sofía Figueroa Infante, Arnulfo Sánchez Castillo, Fredy Alberto Reyes
Lizcano, 2007), titulado “Caracterización física de un asfalto modificado con poliestireno y
llanta triturada” relacionado al mejoramiento del asfalto modificado para mejorar la calidad de
este, y así optimizar el funcionamiento de las carreteras; menciona que la utilización de llantas
trituradas como un modificador en los asfaltos, beneficia en la flexibilidad y resistencia,
disminuyendo las grietas y el ahuellamiento. En el artículo se llevan a cabo ensayos de:
ductilidad, punto de ignición y llama, punto de ablandamiento, ensayo al horno de lámina
asfáltica delgada en movimiento, viscosidad de Brookfield. En los diferentes ensayos los
modificadores cambian las propiedades del asfalto original, el asfalto resultante modificado
presenta las propiedades de baja tendencia al fisuramiento, alta durabilidad, mejor adherencia,
menor punto de ignición, menor viscosidad, reducción de la penetración y la ductilidad, y el
incremento del punto de ablandamiento de los asfaltos modificados respecto al ligante asfáltico
convencional esto debido a la llanta triturada y a las temperaturas elevadas a la cual es
sometido el asfalto durante la modificación.
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En el artículo de (Campaña O, Galeas S, Guerrero V, 2015), titulado “Obtención de asfaltos
modificados con polvo de caucho proveniente del reciclaje de neumáticos de automotores”, se
estudian los métodos de proceso por vía seca y el proceso por vía húmeda con la incorporación
de polvo de caucho en el asfalto, realizados en un laboratorio. Para los cálculos de las
propiedades Marshall (contenido óptimo de asfalto), se realizan los siguientes ensayos:
Gravedad especifica máxima teórica y densidad de mezclas asfálticas RICE, Densidad Bulk
(peso unitario) y porcentajes de vacíos de los agregados compactados o sueltos. También se
realizan los ensayos de desempeño: Modulo de rigidez, resistencia a la fatiga y deformación
dinámica. Las pruebas se realizan en tres muestras de porcentajes de: 10%, 15% y 20% de
polvo de caucho. Se tiene que el valor de densidad bulk que más se aproxima al valor de la
mezcla sin modificar corresponde al asfalto modificado por proceso húmedo con 10 % de polvo
de caucho mezclado en asfalto y difiere en un 4.37 %. En cuanto al valor de la gravedad
específica (método RICE) se tiene que el valor que más se aproxima al valor de la mezcla sin
modificar corresponde al asfalto modificado, la estabilidad y el flujo son significativamente
superiores en las mezclas asfálticas modificadas mediante el proceso húmedo. Estos ensayos
permitieron determinar el módulo de rigidez a 20 °C, tanto a deformación constante como a
esfuerzo constante. En el caso de mezclas obtenidas mediante el proceso seco se observó
que cuando la cantidad de polvo de caucho añadida era de 2 y 3 wt %, el módulo de rigidez a
deformación constante se redujo sustancialmente, se obtienen mejores propiedades con las
mezclas realizadas por el proceso húmedo. Esto se puede deber a que se tiene mayor
homogeneidad en las fases permitiendo la coalescencia entre el polvo de caucho y el asfalto
de mejor manera que en el proceso seco.
El artículo de (Hainin, Adnan, Aziz, & Hassan, 2015) titulado “Performance of modified asphalt
binder with tire rubber powder” presenta una revisión sobre artículos previos realizados
respecto al uso de asfaltos modificados con polvo de caucho para modificar los aglutinantes
de los asfaltos, describe propiedades y experimentos que se realizan con asfaltos modificados,
algunas propiedades físicas del asfalto modificado son:
Propiedad de penetración, cuanto mayor sea el porcentaje de polvo de caucho, menores serán
los valores de penetración lo que indica que el aglutinante se vuelve más duro y consistente.
Propiedades del punto de reblandecimiento: a medida que aumenta el porcentaje de polvo de
caucho de neumático (TRP), el punto de reblandecimiento también aumenta a medida que el
aglutinante se vuelve cada vez más viscoso.
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Propiedades de viscosidad: La viscosidad aumenta con la adición de polvo de caucho al
aglutinante de asfalto.
Propiedades reológicas del aglutinante de asfalto modificado con polvo de caucho para
neumáticos: los pavimentos que se deforman, pueden ser susceptibles a la formación de
surcos y sangrado mientras que los que están demasiado rígidos pueden ser susceptibles a
la fatiga o al agrietamiento térmico.
Los procesos experimentales son formas de verificar el comportamiento del polvo de caucho
de neumático en el asfalto. En el articulo se describen los siguientes:
En el proceso del Reómetro dinámico de cizallamiento (DSR), se utiliza equipo para evaluar
las características de resistencia permanente a la deformación y al agrietamiento por fatiga
midiendo las propiedades del aglutinante de asfalto a temperaturas altas e intermedias. El
DSR mide el módulo de corte complejo de una muestra (G *) y el ángulo de fase (δ) en un
rango de temperatura de 30 ° C a 80 ° C que son indicadores de la resistencia de un asfalto a
la deformación por corte en la región viscoelástica y ayuda a predecir el potencial de surcos y
la vida de fatiga de los pavimentos de asfalto de mezcla caliente.
También el proceso de Módulo de corte complejo (G*) y Angulo de fase (δ) que se define
como la relación entre la tensión máxima y la tensión máxima que mide la resistencia general
a la deformación de un material cuando se corta repetidamente, mientras el ángulo de fase (δ)
es la diferencia de fase entre la tensión aplicada y la tensión resultante. El módulo complejo
aumenta con el aumento del porcentaje de polvo de caucho, hay un aumento constante en el
módulo complejo G *, con un aumento en el porcentaje de polvo de caucho después del
envejecimiento. El aumento en el módulo complejo (G *) y la disminución en el ángulo de fase
(δ) del aglutinante de asfalto modificado indican una mayor resistencia a la deformación en
comparación con el aglutinante de asfalto puro.
Además, el proceso de Factor de desbaste o deformación permanente (G* / sin δ) que es
una de las principales dificultades que causan fallas en los pavimentos de asfalto. El factor de
enrutamiento refleja la resistencia total de un aglutinante a deformarse bajo carga repetida (G
*), y la energía relativa disipada en deformación no recuperable (sin δ) durante el ciclo de
carga. Un valor más alto de G * / sin δ implica que el aglutinante se comporta más como un
material elástico, lo cual es deseable para la resistencia al enrutamiento. La mezcla se realizó
a 150 ° C y una velocidad de 250 rpm para un tiempo de mezcla de 2 h.
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Otro proceso es el Factor de fatiga (G * sin δ) que se considera uno de los más significativos
modos de socorro en el pavimento de asfalto debido a la carga de tráfico repetitiva a lo largo
del tiempo. Se utiliza en las especificaciones actuales de SUPERPAVE (PAVIMENTO DE
ASFALTO DE ALTO RENDIMIENTO) como un indicador de resistencia a la figuración por
fatiga. El uso de polvo de caucho para neumáticos modificado con aglutinante de asfalto
parece mejorar la resistencia a la fatiga, además, G * sin δ del aglutinante de asfalto modificado
es menor que el aglutinante no modificado a una temperatura de 31 ° C. indicando que el
aglomerante asfáltico cubierto de caucho mejoraría la resistencia a la fatiga del aglomerante
asfáltico como resultado de la adición de polvo de caucho.
Además, el Efecto de la concentración de caucho sobre las propiedades de rendimiento del
aglutinante de goma, mostraron que los porcentajes más altos de caucho desmenuzado
aumentan la viscosidad a 135 ° C y mejoran las propiedades de grietas y fatiga.
Otro de los efectos es el Efecto de las condiciones de mezclado donde los aglutinantes de
asfalto y el polvo de caucho para neumáticos se mezclan a sus temperaturas de mezclado
durante diferentes tiempos de mezclado. Estos dos factores influyen en las propiedades de
rendimiento del aglutinante de asfalto modificado con caucho para neumáticos.
Con base en los resultados de estudios previos, las propiedades de rendimiento del aglutinante
de asfalto modificado se mejoran con la adición del polvo de caucho para neumáticos.
Además, un aumento en el porcentaje de polvo de caucho para neumáticos provoca un
aumento en G * / sin δ y una disminución en G * sin δ, lo que indica una mayor resistencia
contra el enrutamiento y el agrietamiento por fatiga.
El artículo de (Santanilla, Infante, & Claudia Paola Amaya, 2008) titulado “Contrastación entre
el asfalto modificado con poliestireno y llanta triturada empleando dos métodos de mezclado”
describe que los modificadores de asfaltos producen una actividad iónica superficial que
incrementa la adherencia de la interface entre el material pétreo y el material asfáltico,
conservándolo aun en presencia del agua. También aumentan la resistencia de las mezclas
asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión repetidos y, por lo tanto, a la fatiga y
reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas asfálticas a las variaciones
de temperatura. La metodología empleada incluyó la preparación de una serie de mezclas
ligante-modificador polimérico con diferentes porcentajes de modificador, empleando un
dispersor asfaltico para su homogenización, utilizando equipos de laboratorio.
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Los materiales que se utilizaron en el laboratorio del artículo “Contrastación entre el asfalto
modificado con poliestireno y llanta triturada empleando dos métodos de mezclado” son: El
Dispersador de asfaltos está diseñado para producir asfaltos modificados con polímeros. Otro
material es el Poliestireno que se obtiene de la polimerización del estireno. Y un último material
importante es la llanta triturada que actúa como modificador de ligante asfaltico, que al estar
bien dosificado mejora la resistencia al fisuramiento por fatiga y evita el ahullamiento del
pavimento, además reduce el envejecimiento por oxidación al ligante.
El proceso de modificación del ligante asfaltico descrito en el artículo, comenzó con el
calentamiento del asfalto convencional a 130°C. posteriormente se calentó el cemento
asfaltico a 135°C en el aparato de mezclado para poder adicionar el poliestireno, para dar
inicio a la homogenización, se incorpora la llanta triturada mezclando por 30 minutos a 2400
rpm en un rango de temperatura de 180°C a 200°C.
Los resultados de las pruebas de este artículo se basan en las propiedades de: Ductilidad, que
al realizar la modificación tanto con llanta triturada como con poliestireno, los valores obtenidos
van incrementando, aunque para el modificador de 16% de llanta triturada y 1% de poliestireno
el resultado arrojado es mayor que para las otras modificaciones, para la variación de
ductilidad respecto a la temperatura, se evidenció que el valor de ductilidad se incrementa en
la modificación de la temperatura, en este caso a 180ºC, por lo cual se considera que a mayor
temperatura se presenta un mejor mezclado entre el asfalto convencional y los modificadores.
Otra propiedad que se evalúa es la Penetración, cuando está en descenso se acentúa en la
mezcla de menor temperatura, es por ello que con la modificación a mayor temperatura se
logró una mejor homogenización del material y esto se debe a que el método por el cual se
realizó el proceso de mezclado es más eficaz.
Además, está el peso específico, cuando el ligante con incorporación de poliestireno y llanta
triturada a 180ºC registró variaciones ascendentes en todas las modificaciones respecto a los
valores obtenidos en las pruebas a 170ºC. A mayor temperatura se logró un mejor proceso de
mezclado.
Las propiedades de Punto de ignición del ligante modificado con 1% de poliestireno son el
máximo punto de ignición tanto para el modificado a 170ºC como para el modificado a 180ºC,
el punto de ignición es igual siendo de 288ºC y el Punto de ablandamiento donde el asfalto
modificado a 180ºC presenta un punto de ablandamiento superior al ligante modificada a
170ºC, el punto de ablandamiento obtenido para el ligante modificado con 1% de poliestireno
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y el modificado con 1% de poliestireno más cada uno de los porcentajes de llanta triturada
presenta una menor susceptibilidad térmica. Cada vez que aumenta el porcentaje de material
modificador la mezcla se hace más rígida, esto hace que debido al calor el asfalto modificado
se ablanda a una temperatura cada vez más alta.
Las propiedades de las viscosidades de Brookfield de los asfaltos modificados con icopor y
con llanta triturada son mucho más altas que las del cemento asfáltico convencional, éstas se
fueron aumentando a medida que al ligante se le fue incorporando mayor porcentaje de llanta
triturada. Se puede evidenciar que el proceso de modificación a una temperatura mayor, en
este caso a 180 °C es donde hubo una mejor incorporación de la llanta triturada y el
poliestireno, logrando una mejor homogenización. El ensayo de penetración clasifica el asfalto
como un asfalto de penetración 80/100, que significa baja tendencia al fisuramiento. El
cemento asfáltico modificado con poliestireno y llanta triturada a 180ºC, registró mayores
temperaturas de punto de ablandamiento con respecto a l modificación a 170ºC, esto quiere
decir que el ligante presentó mayor fluidez y se presentó más blando y viscoso.
El artículo de (Botasso & Segura, 2012) titulado “Estudio experimental de microaglomerado
asfaltico antiderrapante modificado con NFU” define el microaglomerado como la mezcla
continua de granulometría discontinua que es elaborada y colocada en caliente como capa de
rodadura de calzadas. Estas mezclas de espesor máximo de 3 cm utilizan como árido una
piedra artificial triturada. Así mismo, indica que las mezclas se desarrollan a nivel de superficie
generando texturas ásperas y rugosas, las texturas deseables se denominan:
• Macrotextura: dada por la longitud de onda del tamaño del agregado grueso.
• Microtextura: dada por la aspereza del mastic asfáltico conformado por el ligante y los
finos y fillers de la mezcla.
Ambas, permiten disminuir la distancia del frenado con pavimento mojado ya que se evacúa
más rápidamente el agua y el agarre del neumático aumenta.
Se realiza el asfalto modificado para que las mezclas antiderrapantes mantengan sus valores
frente a las inclemencias del clima y el transporte. Se cuentan con dos tipos de polímeros: el
polvo proveniente de la trituración de los neumáticos fuera de uso (NFU) y el estireno
butadieno estireno SBS (polímero virgen en forma de pelets).
Para realizar el proceso se utilizó un dispersor de NFU y SBS. Las dispersiones poliméricas
se basan en la norma IRAM 6596 (2010).
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Además que las mezclas asfálticas no alcanzan valores de estabilidad, flujo o vacíos, la
macrotextura se puede medir en forma puntual con un ensayo denominado parche de arena
según la norma IRAM 1555. La microtextura se puede medir en forma puntual con un ensayo
denominado péndulo inglés TRRL según la norma IRAM 1850.
En el artículo se realiza un experimento que utiliza modernos ensayos, se propone hacer
modelos de escala de una probeta del ensayo Marshall, donde se pueden observar las
condiciones de textura.
El modelo de probeta proviene del ensayo de ahuellamiento, donde aplica una carga con ciclos
sinusoidales como sucede con el transito sobre el pavimento. La idea es que esta carga sea
la que produzca el deterioro de las condiciones de la superficie para los dos tipos de
modificadores utilizados en el microaglomerado.
Asi mismo, de acuerdo a la descripción del artículo, se realiza el moldeo de compactación,
para conformar las mezclas tipo aglomerado utilizando los modificadores, el SBS y el NFU. Se
procede a medir la macrotextura con el ensayo de parche y arena, y la microtextura con el
péndulo inglés TRRL, pruebas de acción de rueda del equipo que simule la acción del tránsito
y provoque deterioro.
Para el ensayo realizado, la cantidad de asfalto fue un 5,4 % en peso de la mezcla. La cantidad
de ligante asfáltico se ha determinado como el valor óptimo de las mezclas. La cantidad óptima
que permitió alcanzar valores similares de desempeño entre los dos ligantes fueron la adición
del 8% de NFU y del 3% de SBS.
En el artículo, se trabaja con la metodología Marshall, del cual se obtiene valores volumétricos
y mecánicos y cumplen con lo exigido para las mezclas discontinuas.
Las medidas puntuales de macrotextura consisten en extender arena fina sobre el pavimento,
formando un círculo con lo que es fácil determinar el área cubierta A partir del volumen de
arena utilizado y del área de pavimento cubierta por ella, se calcula una profundidad media de
los huecos rellenos por la arena, valor que se utiliza como medida de la macrotextura
superficial del pavimento.
Asimismo, la microtextura se puede medir en forma puntual con el ensayo denominado
péndulo inglés TRRL (IRAM 1850), que consiste en medir la pérdida de energía de un péndulo
de características conocidas, provisto en su extremo de una zapata de caucho, cuando la
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arista de la zapata roza sobre la superficie a ensayar, con una presión determinada, a lo largo
de una longitud fija.
De la misma forma, al dispersar polvo de NFU en el cemento asfáltico CA-20 utilizado se ha
logrado aumentar el punto de ablandamiento del ligante asfáltico original y aumentar la
recuperación elástica por torsión.
Por lo tanto, la densidad Marshall alcanzada con el asfalto modificado con 8% de NFU es
menor que la que se obtiene con el asfalto modificado con SBS. Esto posiblemente se deba al
efecto de amortiguación que genera el polvo de caucho triturado.
Por otra parte, los valores de macrotextura son un poco menor en el microaglomerado con
caucho que en el realizado con polímero virgen. Esto posiblemente se deba a la mayor
cantidad de vacíos obtenidos en la mezcla con adición de NFU. Los valores de microtextura
obtenidos antes y después del proceso de solicitación del modelo son satisfactorios y los
microaglomerados desarrollados con polvo de NFU tienen mejor desempeño.
En conclusión, el asfalto modificado con caucho proveniente de la trituración de neumáticos
fuera de uso NFU permite desarrollar microaglomerados con valores de macrotextura y
microtextura iniciales similares a los de una mezcla realizada con polímero virgen.
En el artículo de (Quintana, Anselmi, Urrego, & Mariño) titulado “Experiencias sobre el estudio
de materiales alternativos para modificar asfaltos” se presentan resultados de ensayos de
mezclas asfálticas modificadas con aditivos poliméricos (producto de desechos industriales a
excepción del látex natural) del tipo elastómero como el látex reciclado, caucho de neumático
de llanta molido y látex natural. Se realizaron ensayos de caracterización de asfaltos como la
penetración, punto de ablandamiento, flotación y viscosidad.
El ensayo de Caracterización dinámica de mezclas densas en caliente (MCD-2)
empleando un desecho de Policloruro de vinilo PVC desarrollado en el artículo se realizó
el adicionamiento de un desecho de Policloruro de vinilo PVC al cemento asfaltico por vía
húmeda y al agregado pétreo por vía seca. La influencia del PVC sobre los valores de
estabilidad puede ser entendida como una resistencia mecánica evaluada en el estado de falla
de las mezclas.
Los resultados fueron, en comparación con la mezcla asfáltica convencional, las modificadas
por vía húmeda con 6.0 y 6.5% de cemento asfáltico presentan valores superiores de
estabilidad y rigidez Marshall para cualquier porcentaje de PVC adicionado. Cuando la mezcla
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se modifica por vía seca y la temperatura del ensayo es de 10°C, se observa que el módulo
disminuye alcanzando valores entre 79 y 90% del obtenido por las mezclas convencionales.
El módulo de las mezclas modificadas por vía seca tiende a presentar valores similares, pero
ligeramente mayores a aquellos obtenidos por la mezcla convencional.
A pesar que las mezclas asfálticas modificadas por vía húmeda experimentan mayor rigidez
Marshall y módulo dinámico que las modificadas por vía seca, la resistencia a la deformación
permanente de ambas es similar. El punto de ablandamiento y la viscosidad incrementan
cuando se adiciona por vía húmeda PVC al cemento asfaltico.
El ensayo de Resistencia mecánica evaluada en el ensayo Marshall de una mezcla tipo
MDC-2 modificada con asfaltita desarrollado en el artículo, donde la asfáltita presenta un
peso específico de 1.10 g/cm3 y partículas de coloración negra brillante que pasan el tamiz
No. 40. Las mezclas asfálticas modificadas con asfáltita, experimentan un incremento notable
de la rigidez en comparación con las mezclas convencionales. En los resultados se observa
de manera general que los asfaltos modificados son menos penetrables para cualquier
porcentaje de CA y asfáltita en comparación con los convencionales. Cuando se adiciona
asfáltita en porcentajes entre 2.5 y 3.5% al CA, el cemento asfáltico modificado se rigidiza a
tal punto que el grado de susceptibilidad térmica es muy pequeño.
En el ensayo de Modificación de mezclas densas en caliente (MDC-2) empleando látex
natural (LN), caucho molido (cm) y desecho de PVC, se evalúa la influencia que tiene
adicionar látex natural (LN), caucho molido (CM, proveniente de llanta de neumático reciclado)
y desecho de Policloruro de vinilo (PVC) sobre una mezcla densa caliente (MDC-2), cuando
se modifica el cemento asfáltico (CA) por vía húmeda.
De los resultados se concluye que la mezcla asfáltica densa en caliente modificada con LN
presenta mayor resistencia mecánica, se observa que las mezclas modificadas con CM
presentan mayores valores de estabilidad y rigidez Marshall con respecto a las mezclas
convencionales. Se observa que las mezclas modificadas con PVC presentan mayores valores
de estabilidad y rigidez Marshall con respecto a las mezclas convencionales para cualquier
porcentaje de CA y PVC.
El ensayo de Modificación de mezclas densas en caliente (MDC-1) empleando desecho
de polietileno de alta densidad (PEAD) y poliestireno (PS), se evalúa la influencia que tiene
adicionar un desecho de polietileno de alta densidad (PEAD) y de poliestireno (PS) sobre una
mezcla densa caliente (MDC- 1), cuando se modifica el cemento asfáltico (CA) por vía húmeda.
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Los asfaltos modificados con PEAD presentan una resistencia mayor a la penetración que el
asfalto convencional, mientras que con PS disminuye ligeramente
En el ensayo de Modificación de mezclas drenantes (MD) empleando un desecho de
Policloruro de vinilo (PVC), se observa que al adicionar desecho de PVC, los valores de
desgaste de las mezclas modificadas obtenidos en el ensayo Cantabro son mayores con
respecto a la mezcla convencional (aquella que no modifica las propiedades del CA original),
y a medida que se aumenta el contenido de CA los valores disminuyen. Estos resultados
muestran que el desecho de PVC disminuye la resistencia al desgaste de las MD cuando se
adiciona por vía húmeda al CA.
En el ensayo de Modificación de mezclas drenantes (MD) empleando látex reciclado (LR),
el uso de látex reciclado presenta la evolución del desgaste Cantabro con el contenido de CA
y LR de las muestras ensayadas en estado seco y tras inmersión respectivamente. Los
resultados muestran que la mayor resistencia al desgaste de las mezclas se obtiene cuando
se adiciona 0.5% de LR al 4.0% de CA.
El artículo del autor (Cárdenas, 2014) titulado “Propuesta de una plataforma de pruebas para
el análisis de interacción llanta-pavimento” menciona que uno de los problemas más
significativos en las ciudades hoy en día es el ruido generado por el tráfico vehicular. El ruido
generado por los vehículos se puede discriminar en función de la velocidad en tres tipos: el
ruido debido al tren de potencia, específicamente en el motor o en el escape de gases, que se
genera a velocidades menores que 50km/h, el ruido generado por la interfaz neumático/asfalto
que se hace presente en velocidades entre 50km/h y 110km/h y el ruido aerodinámico, a
velocidades superiores a 110km/h.
El ruido de rodadura neumático/pavimento, que es la fuente acústica para el artículo, se genera
por diferentes causas que incluye la velocidad del vehículo, la aceleración, la pendiente de la
carretera, el espesor de la superficie del pavimento y la edad de la superficie. La pendiente de
la carretera, es de los factores más importantes al determinar los niveles de tráfico, puesto
que, a mayor pendiente mayor es el flujo de vehículos y mayor es la velocidad. Los romanos
fueron los primeros en emplear carreteras y desde ese entonces las carreteras empezaron a
ser ruidosas por el impacto producido por las ruedas en el asfalto, siendo la superficie de
pavimento no uniforme y escabrosa.
Para mediciones de campo lejano se usa el método estadístico de paso (SPB – Statistical
Pass By) el cual está definido por la norma ISO 11819 – 1, que se aplica en el desarrollo del
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artículo. Esta norma indica la ubicación de un micrófono a una distancia de 7.5 metros del carril
de prueba, midiendo el nivel de presión sonora de todos los vehículos que pasan justo en el
eje acústico del micrófono. Para este articulo se aplica este método, el cual busca caracterizar
la superficie de pavimento con respecto al tráfico vehicular natural de la ciudad, teniendo en
cuenta el número de vehículos de paso (ISO 11819 – 1, 2001). También se busca saber la
influencia del ruido de rodadura en distintas superficies de pavimento, es decir, identificar los
distintos niveles de presión sonora generados por la interfaz neumático/pavimento de los
vehículos en función de la velocidad.
Para mediciones de campo cercano, se emplea el método de proximidad (CPX – Close
Proximity Method), el cual está definido por la norma ISO 11819 – 2. Este método requiere
instalar un micrófono cercano al neumático, para así garantizar una proximidad entre el interfaz
neumático/pavimento. Este método se emplea para tener un mayor control en el momento de
captura y adquisición de datos. El método planteado en la norma ISO 10844 permite la
caracterización de la textura tanto en la superficie de pavimento como en la superficie del
neumático, lo cual ayuda a obtener un estudio más exclusivo y sin interferencias acústicas.
Este artículo se focaliza en el ruido de rodadura que se genera por un número específico de
vehículos de paso en una vía específica, entendiendo las causas principales de este problema
y determinar la cantidad de energía acústica que es emitida en la interfaz
neumático/pavimento, conocido como ruido de rodadura. Para esto, hay que tener en cuenta
los tipos de neumático que se usa en el vehículo, el tipo de asfalto y las variables cinemáticas
asociadas con la velocidad y la aceleración de cada vehículo. Al final del articulo se presentan
los índices estadísticos de paso (SPBI), los cuales indican el nivel sonoro del ruido emitido
por diferentes vehículos debido a la interacción entre el neumático y el pavimento.
Para este artículo se implementa la norma ISO 11819 – 1, que hace referencia a la
caracterización de pavimentos en relación al ruido de rodadura de los vehículos. Este articulo
determina como el nivel de presión sonora generado por el interfaz
neumático/pavimento del vehículo cambia en función de la velocidad. Además, se indica
el tipo de superficie donde se hizo el ensayo y cuál es el nivel de presión sonora que se emite
en esa vía para vehículos ligeros, vehículos pesados doble eje y vehículos pesados multieje.
En conclusión, se logra analizar el ruido de rodadura generado por la interfaz
neumático/pavimento y una clasificación preliminar de los pavimentos. La norma internacional
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aplicada en este artículo no funciona de manera eficiente, debido a las limitaciones presentes
en cuanto a los lugares de medición y condiciones estipuladas por la norma.
Se ha comprobado que las modificaciones de caucho triturado del betún mejoran las
características del aglutinante bituminoso, como la viscosidad, el punto de reblandecimiento,
el módulo de pérdida y el módulo de almacenamiento. Posteriormente, esto mejora la
resistencia al enrutamiento, la resistencia y la resistencia a la fisuración por fatiga de las
mezclas asfálticas. Para lograr un CRMB superior y equilibrado en términos de propiedades
de alta y baja temperatura, se deben considerar factores como el tiempo de mezcla, la
temperatura, las características y la fuente del tipo de caucho triturado y betún, ya que estos
son los factores que rigen el resultado rendimiento de mezclas asfálticas. El mecanismo de
envejecimiento de CRMB también es importante a tener en cuenta para que el CRMB
resultante tenga una viscosidad viable para ser aplicado en el proceso de construcción.
La investigación titulada “Caracterización fisicoquímica y morfológica de asfaltos modificados
con material reciclado” (Ana Sofía Figueroa-Infante;Elsa Beatriz Fonseca-Santanilla;Fredy
Alberto Reyes-Lizcano, 2009), se deriva del proyecto Movilidad sustentable, realizado en el
Centro de Investigación de Desarrollo Sustentable y Cambio Climático (Cidescac) de la
Universidad de La Salle. En la investigación se estudiaron algunos materiales no
biodegradables que podrían ser reciclados y reutilizados como sellantes de fisuras en
pavimentos asfálticos. Los materiales reciclados fueron caucho proveniente de las llantas
usadas de los vehículos y poliestireno (icopor), para mejorar las propiedades físicas,
mecánicas y químicas de la mezcla asfáltica. Los ensayos realizados incluyeron la
caracterización fisicoquímica de los materiales para encontrar las proporciones óptimas de
aplicación en campo. Se analizaron ensayos para encontrar la estabilidad química, la
deformación plástica, la fatiga y el módulo dinámico de la mezcla diseñada. El alcance de esta
fase de la investigación es la producción, la colocación y el seguimiento del nuevo material
para la reparación de daños superficiales en pavimentos flexibles, para lo cual se realizó un
tramo de prueba otorgado por el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU).
El asfalto empleado para esta investigación del articulo provino del complejo industrial de
Barrancabermeja de Ecopetrol (asfalto CIB), de penetración 80-100, mientras que los
modificadores empleados fueron el poliestireno correspondiente a vasos desechables y el
polvo de llantas usadas.
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En este artículo se investigó acerca de la factibilidad de mejorar el comportamiento mecánico
de una mezcla asfáltica con asfalto proveniente del Complejo Industrial de Barrancabermeja
(CIB) cuando se modifica el ligante convencional con dos residuos poliméricos: poliestireno
expandido (icopor) y polvo de llantas usadas. A partir de la caracterización fisicoquímica y
mecánica, se fabricó una mezcla densa en caliente para rodadura tipo MDC-2 (Norma Invías-
2007), debido a su gran utilización en el país.
En conclusión, se estableció que el poliestireno expandido como polímero mantiene y mejora
las propiedades elásticas del ligante, mientras que la llanta mejora propiedades como la
susceptibilidad térmica, la resistencia a la fatiga, la inflamabilidad y la resistencia a los
solventes. De acuerdo con los resultados de la investigación, se encontraron los porcentajes
óptimos de cada polímero para la modificación del asfalto CIB convencional, y esta dosificación
generó un ligante modificado estable (respecto de las interacciones ligante-polímero) que,
además de contener un porcentaje importante de llanta usada, contribuye a la solución de un
grave problema ambiental.
Los resultados indicaron que no se verificó un cambio significativo en la estructura química del
ligante, y allí el asfalto CIB modificado es una mezcla física de asfalto-polímero estable y
homogénea. Las curvas reológicas y las energías de activación de flujo calculadas permiten
predecir una menor susceptibilidad térmica del asfalto CIB modificado respecto del asfalto CIB
convencional.
Finalmente, una de las pretensiones de mayor relevancia es aportar con los resultados el uso
de estos desechos no biodegradables como el polvo de llanta y otros en las mezclas asfálticas
para pavimentos. El módulo complejo del ligante modificado es mayor respecto al módulo
complejo del ligante sin modificar, en el rango de temperaturas estudiadas, es decir, de 25 °C
a 80 °C. Se recomienda analizar puntos en intervalos de bajas temperaturas (negativas) a
altas temperaturas (por encima de la de mezclado) y estudiar con mayor repetitividad los
resultados obtenidos para el módulo dinámico del ligante modificado envejecido.
De acuerdo al artículo “Lightly pyrolyzed tire rubber used as potential asphalt alternative”
(Xiaoyu Wu, Shifeng Wang, Ruikin Dong, 2016), si bien los procesos mecánicos para triturar
los neumáticos y utilizarlos en asfaltos modificados son los más utilizados, esta tecnología
requiere de equipos especiales que causan excesivo consumo de energía y contaminación
ambiental. Además, un alto porcentaje de partículas insolubles pueden causar problemas en
el manejo, bombeo y compactación que a la larga traen incertidumbre sobre los pavimentos.
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la pirolisis de neumáticos en materiales de bajo peso molecular podrían ser el camino correcto
para atacar el problema de la aplicación de métodos mecánicos. La adición de neumáticos
ligeramente pirolizados a baja temperatura, mejora las propiedades reológicas a alta y baja
temperatura del asfalto, por lo que su alto contenido de componentes solubles es un buen
potencial para su aplicación en mezclas asfálticas.
2.2.2. INVESTIGACIONES EN EL CONTEXTO NACIONAL
En la Universidad Mayor de San Andrés se publicó un artículo sobre mezclas asfálticas con
un elastómero (caucho) y un plastómero (envases plásticos de PEBD) con asfalto 85/100, con
el objetivo de estudiar una mezcla asfáltica para la capa de rodadura con el uso de estos
materiales, los cuales fueron utilizados en diferentes proporciones de peso, con la finalidad de
mejorar el desempeño mecánico en el ahuellamiento. Los materiales modificadores fueron el
caucho de una llanta que fue llevada a una recauchutadora y bolsas de leche, pilfrut, yogurt,
entre otros de polietileno de baja densidad. Se modificó el asfalto en porcentaje en eso de 3%,
5%, y 7%. Los ensayos realizados y diseño de mezclas se realizó de acuerdo a normas
establecidas. En las conclusiones del articulo menciona que el ensayo de ahuellamiento dio
como resultado un ahuellamiento de una mezcla asfáltica convencional de 13,10 mm en
comparación con la mezcla asfáltica modificada con caucho y polietileno de 9,09 mm, los
autores también concluyeron que el caucho y los envases de platico tienen la capacidad de
modificar al asfalto en su comportamiento reológico; incrementa la consistencia, la viscosidad,
la susceptibilidad térmica, recuperación elástica entre otros. Por otro lado, con los análisis de
laboratorio los autores lograron constatar que los asfaltos modificados con caucho y PEBD
frente a las mezclas convencionales, presentan mayor resistencia a la fatiga y evita el
ahuellamiento, así como el deterioro de la capa de rodadura a altas y bajas temperaturas
(Alvarez Pacheco Fernando Antonio; Centellas Yecid; Pérez loayza Oscar Luis, 2016).
En el instituto de Investigaciones de la carrera de Ingeniera de Gas y Petroquímica de la
Universidad Pública de El Alto en la gestión 2019 se ha elaborado el proyecto “Obtención de
crudo sintético mediante la pirolisis de llantas usadas en la ciudad de El Alto”. En dicha
investigación se hizo un diagnóstico de la cantidad de neumáticos que se desechan en Bolivia
y en la ciudad de El Alto, además de cálculos de cuanto combustible se podría obtener a partir
de los neumáticos pirolizados. (IIGP UPEA, Huallpara Lliully Alizon, Apaza Mamani Maribel,
Alvarez Condori Ronald, Choque Calle Joel, 2019)
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2.2.3. PUNTOS DE VISTA DE OTROS INVESTIGADORES
Se han identificados en términos generales, dos formas de uso del caucho de neumáticos en
asfaltos:
• Caucho de neumáticos triturados
• Caucho de neumáticos pirolizados
Muchos estudios y autores, como (Hainin, Adnan, Aziz, & Hassan, 2015) que desarrolla una
revisión de estudios previos desarrollados con asfaltos modificados con caucho de neumáticos
triturados, hacen referencia a utilizar polvo de caucho en asfaltos y las ventajas que este
método presenta, que indudablemente mejoran las propiedades de los asfaltos
convencionales. Los procesos que utilizan polvo de caucho son el proceso seco y el proceso
húmedo. Respecto a estos dos procesos el que tiene mayor aceptación es el proceso húmedo,
dado que la falta de estándares y comportamiento inconsistente del proceso seco (pobre
comportamiento o bajo mejoramiento comparado con el proceso humedo) a resultado en un
escepticismo entre quienes aplican caucho en asfaltos y los mismos investigadores, a pesar
del potencial que posee para reciclar más polvo de caucho comparado con el proceso húmedo
(Norhidayah Abdul Hassan;Ramadhansyah Putra Jaya;Gordon D. Airey;Nordiana Mashros,
2014).
Por otro lado, los autores (Xiaoyu Wu, Shifeng Wang, Ruikin Dong, 2016) en el articulo “Lightly
pyrolyzed tire rubber used as potential asphalt alternative” indica que la adición de neumáticos
ligeramente pirolizados a baja temperatura, mejora las propiedades reológicas a alta y baja
temperatura del asfalto, por lo que su alto contenido de componentes solubles es un buen
potencial para su aplicación en mezclas asfálticas.
2.2.4. ENFOQUE ELEGIDO POR EL INVESTIGADOR
En esta investigación se seleccionó el enfoque de los autores (Xiaoyu Wu, Shifeng Wang,
Ruikin Dong, 2016), que consideran el uso de neumaticos pirolizados en lugar de neumáticos
triturados para su adición en asfaltos, considerando que la adición de neumaticos pirolizados
resulta en mejores propiedades en un asfalto en comparación con la adición de neumáticos
triturados.
2.2.5. IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES
Se han revisado fuentes de información primaria y secundaria, revistas científicas de
sciendirect, researchgate.
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MARCO METODOLÓGICO
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN
El enfoque de la presente investigación, es un enfoque mixto, cuantitativo y cualitativo.
Cuantitativo, considerando que se determinará la cantidad de asfalto y caucho necesarios para
la mezcla de estos dos componentes, en base a estas cantidades se realizaran ensayos
experimentales. Así mismo, será cualitativo, en primera instancia, para comprender el contexto
sobre el cual se está proponiendo la investigación, que es la ciudad de El Alto, y el estado de
las capas asfálticas en esta ciudad desde la observación y el desarrollo de encuestas, lo cual
servirá para aportar mayor información descriptiva al desarrollo de la investigación. También
será cualitativa, tomando en cuenta que se describirán los resultados obtenidos de las mezclas
de asfalto y caucho cualitativamente. De esta forma, a través del enfoque mixto, se
recolectarán información numérica y no numérica para la investigación, estudiando diferentes
aspectos del problema.
La investigación según su alcance será exploratoria y descriptiva, tomando en cuenta que
estos alcances no son excluyentes mutuamente, sino que se entrelazan para poder incluir en
la investigación elementos de uno y otro (Hernández-Sampieri Roberto & Mendoza Torres
Christian, 2018). Se considerará exploratoria en el entendido de que el uso de neumáticos
ligeramente pirolizados en asfaltos modificados ha sido poco estudiado, los estudios
relacionados a asfaltos modificados con caucho, se han centrado en el uso de neumáticos en
fase solida (polvo) y no así neumáticos pirolizados. Por esta razón, se identifican conceptos y
variables para poder indagar en este método y su perspectiva de innovación. La investigación
se considera también descriptiva, tomando en cuenta que se busca especificar propiedades y
características del asfalto modificado con caucho, determinando la cantidad de asfalto a utilizar
y la cantidad de neumáticos. La investigación a futuro podrá ser correlacional, comparando el
comportamiento de la adición de neumático en polvo al asfalto respecto a la adición de
neumáticos pirolizados al asfalto.
3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
En la presente investigación se realizará la planificación de ensayos para modificar asfaltos
con neumáticos pirolizados, y poder evaluar su efecto a las condiciones atmosféricas de la
ciudad de El Alto. El tipo de diseño de investigación será un diseño múltiple (Figura 8).
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Figura 8: Diseño de investigación
Fuente: Elaboración propia
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Inicialmente se aplicará un diseño no experimental transversal (transeccional) exploratorio
mediante encuestas a ciudadanos de El Alto para comprender el contexto de la investigación,
identificando los problemas en la capa asfáltica (asfalto como variable independiente) desde
el punto de vista de sus ciudadanos. Para este mismo propósito, se realizará un reporte
fotográfico de campo para identificar mediante la observación los problemas en la capa
asfáltica en algunas calles y avenidas de la ciudad. Así mismo, se gestionarán reuniones y/o
entrevistas a empresas que operan en el sector de asfaltos. Con los resultados obtenidos se
busca describir la variable “asfalto” en el contexto seleccionado para el proyecto.
Seguidamente, se aplicará un diseño experimental, diseñando los ensayos a ser requeridos
para modificar el asfalto (variable dependiente) con el uso de la variable dependiente
“neumáticos pirolizados”. Se identificarán los equipos requeridos y condiciones para pirolizar
el neumático (variable independiente), y se planificarán los ensayos para la mezcla de asfalto
modificado (grupo experimental) y asfalto sin modificar (como grupo de control) para evaluar
su desempeño por comparación.
3.3. VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN
Para la presente investigación se identificaron 4 variables, dos variables independientes
(neumáticos fuera de uso y asfalto) y dos variables dependientes (Neumáticos pirolizados y
asfaltos modificados).
Tabla 4: Variables de investigación
VARIABLE TIPO DEFINICIÓN
CONCEPTUAL
DEFINICIÓN
OPERACIONAL
Neumáticos fuera de uso
Independiente Una categoría de residuos cuyo reciclaje es extremadamente difícil, con una estructura compleja y composición diversa (Sienkiewicz Maciej et.al, 2012).
caracterización del neumático, determinación de la cantidad requerida mediante cálculos analíticos
Neumáticos
pirolizados dependiente Producto obtenido por la
degradación térmica de neumáticos en ausencia de oxígeno (Wójtowicz Marek & Serio Michael, 1996).
Determinación de cantidades
de neumáticos pirolizados a obtener a partir de una materia prima, determinación de características del reactor y condiciones para la pirolisis.
Asfalto Independiente El asfalto es un producto negro, viscoso, pegajoso, que por sus
Identificación del estado de la capa asfáltica mediante
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propiedades y características es usado como aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción de carreteras y autopistas
encuestas y observación (registros fotográficos de campo)
Asfaltos modificados
Dependiente Mezcla asfáltica a la cual se añaden en un cierto porcentaje materiales y aditivos de forma homogénea para mejorar sus propiedades (Alvarez Pacheco Fernando Antonio; Centellas Yecid; Pérez loayza Oscar Luis, 2016).
cantidad de asfalto a preparar para dos espacios de parqueo, un espacio con asfalto modificado y otro con asfalto sin modificar.
Fuente: Elaboración propia
3.4. POBLACIÓN Y MUESTRAS
La selección de población y muestra de la presente investigación, se realiza para comprender
el contexto de la investigación orientado por el criterio de las características de la misma más
que un criterio estadístico generalizado, por lo que la muestra será no probabilística. La unidad
de muestreo son los habitantes de la ciudad de El Alto y la unidad de análisis es el asfalto en
la ciudad de El Alto.
Figura 9: Población y unidad de análisis
Fuente: Elaboración propia
Para la determinación de la muestra se considera una muestra cualitativa no probabilística
considerando voluntarios de los habitantes de la ciudad de El Alto con acceso a internet para
el llenado de la encuesta en línea.
3.5. AMBIENTE DE INVESTIGACIÓN
Se realizará un trabajo de gabinete para la recopilación de información bibliográfica, para la
redacción del documento y los cálculos requeridos.
•habitantes de la ciudad de El AltoPOBLACIÓN
•asfalto en la ciudad de El AltoUNIDAD DE ANALISIS
•Participantes voluntariosMUESTRA
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Se desarrollará un trabajo de campo para la identificación del estado de la capa asfáltica de la
ciudad de El Alto mediante un reporte fotográfico y el desarrollo de encuestas.
3.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS
Las técnicas e instrumentos a ser utilizadas en la investigación se muestran en la siguiente
Figura.
Figura 10: Técnicas e instrumentos
Fuente: Elaboración propia
3.7. PROCEDIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN
La investigación será desarrollada en base a actividades definidas para el cumplimiento de los
objetivos específicos y así alcanzar el objetivo general del proyecto. Dentro del procedimiento
se definió inicialmente el problema de investigación, planteamiento de hipótesis, objetivos,
justificación. Posteriormente se elaboró el marco teórico y estado del arte considerando
investigaciones previas realizadas relacionadas al proyecto de investigación. Seguidamente
se definió el método y el diseño de la investigación seleccionando las técnicas e instrumentos.
Las siguientes actividades planificadas del procedimiento se detallan en la Tabla 5.
Tipo
Documental
Documental
Campo
Campo (digital)
Campo (virtuales)
Técnicas
Analisis documental
Analisis de contenidos
Observacion
Encuestas
Entrevistas
Instrumentos
Clasificación de la información
Analisis de la información y desarrollo
de calculos
Diario de campo, registro fotografico
Guia de encuestas, cuestionario
Guia de entrevistas, libreta de notas, videoconferencia
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OBTENCIÓN DE ASFALTO MODIFICADO A PARTIR DEL RECICLAJE DE NEUMATICOS LIGERAMENTE PIROLIZADOS EN LA CIUDAD DE EL ALTO
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Tabla 5: Procedimiento de investigación
Fuente: Elaboración propia
Inicio del proyecto: 13 de febrero de 2020
TAREA 4 5 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 2 3 4 5
Mejoras en el planteamiento del proyecto de investigación 9
Recolección de información bibliografica sobre asfaltos en general y asfaltos modificados 10
Revisión documental sobre las propiedades de los asfaltos 11
Recolección de información bibliografica sobre asfaltos modificados con caucho 7,5
Redacción de la información recopilada 10
Planteamiento de preguntas y formulario de la encuesta 2
Socialización de la encuesta 4
Sistematización de datos recolectados en la encuesta 2
Reporte fotografico del estado de la capa asfaltica en la ciudad de El Alto 6
Revisión documental sobre las caracteristicas quimicas de un neumatico y la pirolisis 8
Determinación de los materiales a utilizar 3
Busqueda de caucho en grano 4
Desarrollo de los ensayos experimentales 7
Analisis y sistematización de resultados 5
Determinación de los materiales a utilizar 3
Busqueda de asfalto para los ensayos 3
Desarrollo de los ensayos experimentales 6
Analisis y sistematización de resultados 7
Gestión para firma de convenios 41
Elaboración de un articulo científico de libre presentación 7
Elaboración de un articulo del presente proyecto de investigación 7
Desarrollo de capactitaciones como ponente 4,5
Socialización de resultados 3
Elaboración y edición del informe final 39
OBJETIVO ESPECIFICO 2: REALIZAR UN DIAGNOSTICO SOBRE EL ESTADO DE LA CAPA ASFALTICA DE LA CIUDAD DE EL ALTO
OBJETIVO ESPECIFICO 3: REALIZAR ENSAYOS DE PIROLISIS DE CAUCHO EN LABORATORIO
OBJETIVO ESPECIFICO 4: REALIZAR ENSAYOS COMPARATIVOS DE MEZCLAS DE ASFALTO Y CAUCHO
OTRAS ACTIVIDADES DEL DOCENTE INVESTIGADOR
AG
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SEP
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MB
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NO
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OBJETIVO ESPECIFICO 1: DESCRIBIR LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS ASFALTOS MODIFICADOS CON CAUCHO Y SUS PROCESOS DE OBTENCIÓN
SEM
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RESULTADOS
4.1. DIAGNOSTICO DEL ESTADO DE LA CAPA ASFALTICA EN LA CIUDAD DE EL
ALTO
Para el diagnóstico del estado de la capa asfáltica en la ciudad de El Alto se aplicó un diseño
no experimental transversal (transeccional) exploratorio mediante encuestas a ciudadanos de
El Alto para comprender el contexto de la investigación, identificando los problemas en la capa
asfáltica (asfalto como variable independiente) desde el punto de vista de sus ciudadanos. La
encuesta se realizó a los habitantes de la ciudad de El Alto mediante el formulario Google
forms, a personas voluntarias.
Para este mismo propósito, se realizó un reporte fotográfico de campo para identificar
mediante la observación los problemas en la capa asfáltica en algunas calles y avenidas de la
ciudad.
4.1.1. ENCUESTA SOBRE EL ESTADO DE LA CAPA ASFALTICA EN LA CIUDAD DE EL
ALTO
Las encuestas fueron desarrolladas desde el mes de junio a julio del presente año, realizada
en línea mediante un formulario de Google forms, realizando un total de 12 preguntas,
contando con 46 personas que participaron de la encuesta, las preguntas se presentan a
continuación:
1. Nombres
2. Apellidos
3. Edad
4. ¿En qué zona vive?
5. ¿Cómo ha visto el desempeño del asfalto una vez puesto en las vías de transporte en
su zona?
_Bueno _regular _malo _ las calles no son asfaltadas
6. Seleccione algunos de los problemas que presenta el asfalto en su zona
a. Baches
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b. Grietas
c. Hundimientos
d. Ondulaciones
e. Hinchamiento
f. Levantamiento o desprendimiento
g. Otros
h. ninguno
7. ¿En qué calles y/o avenidas principales en la ciudad de El Alto considera que el asfalto
se encuentra en mal estado?
8. ¿Cree usted que las inclemencias del tiempo (temperaturas altas, lluvias, granizos,
etc.) influyen en el desgaste del asfalto?
_Si _No
9. ¿Cree usted que el peso de los vehículos influye en el desgaste del asfalto?
_Si _No
10. ¿Cree usted que el material del asfalto influye en su resistencia al desgaste?
_Si _No
11. ¿Qué problemas genera el mal estado del asfalto en calles o avenidas?
12. ¿Cuál es su opinión respecto al uso de materiales reciclados (por ejemplo, los
neumáticos) en los asfaltos?
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Figura 11: Formulario encuesta
Fuente: Elaboración propia en google forms
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4.1.1.1. EDADES DE LOS ENCUESTADOS
Figura 12: Edades de los encuestados
Fuente: Resultados Google forms
• Análisis
Los rangos de edades de las personas encuestadas fueron entre 21 hasta los 55 años: 1 de
21 años, 6 entre 21 a 24 años, 11 de 24 años, 3 entre 24 a 25 años, 4 de 26 años, 7 de 27
años, 1 de 28 años, 2 de 29 años, 1 de 30 años, 10 personas entre 31 a 55 años.
• Interpretación
Existe una mayor participación de los encuestados en personas de entre 22 a 27 años, siendo
este el 68.9 % del total encuestado.
4.1.1.2. PREGUNTA 4: ¿EN QUE ZONA VIVEN?
Figura 13: ¿En qué zona vive?
Fuente: Resultados Google forms
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• Análisis
Los encuestados viven en las zonas de:
Rio Seco VIviendas, VILLA TUNARI, Villa cooperativa, Mariscal Sucre, Villa Adela, Santa
Isabel, Bautista Saavedra, Santa Rosa, SANTIAGO II, Urb. 31 de octubre (cruce ventilla),
Huayna Potosi, Pedro domingo murrillo, Villa ingenio, brasil, Mercedario, V. Tejada
Rectangular,Cosmos 79, Alp Américana, Las Kantutas, Zona Mururata, Alto lima, Camino laja
zona puerta del sol, Cristal 1,Estrellas de Belén, Urb. Mercurio, Boris Banzer, Villa Esperanza,
16 de Julio El Alto.
• Interpretación
La mayoría de los encuestados son de la zona cosmos 79, misma que cuenta con un estadio
olímpico para 4000 espectadores.
4.1.1.3. PREGUNTA 5: ¿CÓMO HA VISTO EL DESEMPEÑO DEL ASFALTO UNA VEZ
PUESTO EN LAS VÍAS DE TRANSPORTE EN SU ZONA?
Figura 14: Desempeño del asfalto
Fuente: Resultados Google forms
• Análisis
Los encuestados dicen que el desempeño del asfalto en su zona es regular en un 59.6 %,
bueno en un 8.5 %, malo en un 10.6 % y un 8.5 % que las calles no están asfaltadas.
• Interpretación
Un gran porcentaje de los encuestados no están de acuerdo con el desempeño del asfalto en
su zona (70,2 % sumando a quienes indicaron que es regular y malo el estado de la capa
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asfáltica) y además un buen porcentaje dice que las calles en sus zonas no están asfaltadas
a pesar que son zonas con mucha población y circulación de vehículos.
4.1.1.4. PREGUNTA 6: SELECCIONES ALGUNOS DE LOS PROBLEMAS QUE
PRESENTA EL ASFALTO EN SU ZONA
Figura 15: Problemas en la capa asfáltica
Fuente: Resultados Google forms
• Análisis
Los problemas que presenta el asfalto son:
Baches 53.2 %, grietas 42.6 %, hundimientos 34 %, ondulaciones 25.5 %, hinchamientos
12.8%, levantamiento o desprendimiento 38.3 %, otros 17%, ninguno 17%.
• Interpretación
La mayoría de los problemas es de baches, pero muchos de estos problemas están
interrelacionados o son consecuentes uno tras otros y la mayoría se debe a la circulación de
vehículos de alto tonelaje.
4.1.1.5. PREGUNTA 7: ¿EN QUÉ CALLES Y/O AVENIDAS PRINCIPALES EN LA
CIUDAD DE EL ALTO CONSIDERA QUE EL ASFALTO SE ENCUENTRA EN
MAL ESTADO?
• Análisis
Las calles o avenidas mencionadas son:
CALLE ABEL ITURALDE, Av. Periferica, Avenida litoral, Av. 6 de marzo, Camino a viacha, Las
calles Roberto Hinojosa, SANTIAGO SEGUNDO, Av. Antofagasta, Av. Del Policía, Av Simón
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Bolívar, ,Av. Juan Pablo II, Extranca Río seco, zona kaluyo, Avenida castillo, Extranca Senkata,
ceja, Alfonzo Ugarte, Carretera a Laja.
• Interpretación
Las avenidas o calles más mencionadas son las principales cerca a la ceja y sus calles y
avenidas aledañas puesto que son de mayor circulación.
4.1.1.6. PREGUNTA 8: ¿CREE USTED QUE LAS INCLEMENCIAS DEL TIEMPO
(TEMPERATURAS ALTAS, LLUVIAS, GRANIZOS, ETC.) INFLUYEN EN EL
DESGASTE DEL ASFALTO?
Figura 16: Las inclemencias del tiempo afectan al degaste del asfalto
Fuente: Resultados Google forms
• Análisis
El 78.7 % de los encuestados están de acuerdo de que las inclemencias del clima afectan en
el desgaste del asfalto, y el 21.3 % no está de acuerdo.
• Interpretación
Todos los cambios de temperatura hacen que el asfalto sufra cambios de dilatación entre otros
lo cual lo desgasta y hace que pierda sus cualidades.
4.1.1.7. PREGUNTA 9: ¿CREE USTED QUE EL PESO DE LOS VEHÍCULOS INFLUYE
EN EL DESGASTE DEL ASFALTO?
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Figura 17: El peso de los vehículos afecta al estado de la capa asfáltica
Fuente: Resultados Google forms
• Análisis
El 95.7 % de los encuestados coincide en que el peso de los vehículos desgasta el asfalto.4.3
% no cree que este factor influya.
• Interpretación
Los vehículos de alto tonelaje tienen sus vías delimitadas ya que no todos los asfaltos soportan
sus pesos sin sufrir daños o desgaste.
4.1.1.8. PREGUNTA 10: ¿CREE USTED QUE EL MATERIAL DEL ASFALTO INFLUYE
EN SU RESISTENCIA AL DESGASTE?
Figura 18: Incidencia del material en el desgaste del asfalto
Fuente: Resultados Google forms
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• Análisis
El 91.5 % de los encuestados cree que el material del asfalto influye en su resistencia, 8.5 %
no cree que este factor influya.
• Interpretación
Los materiales hacen que el asfalto resista distintos tonelajes de los vehículos además de las
exposiciones a temperaturas y trabajos extremos, entonces la carretera tenga una
composición diferente a las de las calles que transitamos.
4.1.1.9. PREGUNTA 11: ¿QUÉ PROBLEMAS GENERA EL MAL ESTADO DEL
ASFALTO EN CALLES O AVENIDAS?
• Análisis
Los más frecuentes son:
En vehículos, gasto irregular de las llantas, daño en la suspensión del vehículo, gasto excesivo
de combustible, trancaderas, gasto de frenos
En la manera de conducir, podría generar accidentes.
• Interpretación
Los problemas mencionados hacen que el conductor al evitar los baches u otros no conduzca
de manera adecuada, haciendo que se inseguro para los peatones y desgastando y dañando
su vehículo.
4.1.1.10 PREGUNTA 12: ¿CUÁL ES SU OPINIÓN RESPECTO AL USO DE
MATERIALES RECICLADOS (POR EJEMPLO, LOS NEUMÁTICOS) EN LOS
ASFALTOS?
• Análisis
El reciclaje del material es amigable con el ambiente y sin embargo debería hacerse estudios
y ensayos para su utilización en determinados sectores además de conocer sus limitaciones.
Una minoría de las opiniones están en desacuerdo a el uso y el reciclado
• Interpretación
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El reciclaje y re uso de materiales no renovables y que tenemos en gran cantidad nos ayuda
a innovar en tecnologías y generar nuevas alternativas y nuevos materiales para el asfalto, no
sin antes realizar estudios y ensayos para conocer sus características, limitación, pros y
contras.
4.1.2. REPORTE FOTOGRAFICO DE CAMPO
El siguiente reporte fotográfico fue obtenido realizando un trabajo de campo por el grupo de
investigación en algunas calles y avenidas de la ciudad de El Alto.
4.1.2.1. AVENIDA BUENOS AIRES CAMINO A LAJA
En la siguiente figura, parte superior izquierda, se evidencia el desprendimiento de la carpeta
asfáltica, deterioro ocasionado por las inclemencias del tiempo además del peso de los
vehículos, se puede ver el desgaste del asfalto y ya se nota solo tierra y piedras. En la parte
superior derecha se puede ver agrietamiento del asfalto y desprendimiento, esto debido al
peso de los vehículos y su cargamento. En la parte inferior izquierda se evidencia
desprendimiento y hundimiento, y en la parte inferior derecha se evidencia agrietamiento y
desprendimiento.
Figura 19: Avenida Buenos Aires camino a Laja
Fuente: Elaboración propia
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4.1.2.2. AVENIDA JUAN PABLO II (EX TRANCA-RIO SECO)
Cerca de la Ex tranca Río Seco, se evidencia el desprendimiento de la carpeta asfáltica y el
agrietamiento.
Figura 20: Avenida Juan Pablo II, Río Seco
Fuente: Elaboración propia
En la sección intermedia se la avenida también se evidencia desprendimiento y agrietamiento.
Figura 21: Avenida Juan Pablo II
Fuente: Elaboración propia
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4.1.2.3. AVENIDA FINAL CASTILLO (ALTO LIMA)
En esta avenida se evidencia la presencia de hundimiento y agrietamiento en la capa asfáltica.
Figura 22: Avenida final Castillo
Fuente: Elaboración propia
4.1.2.4. AVENIDA SATELITE (alrededor Hospital Holandés)
La avenida cuenta con pavimento rígido, en la siguiente figura (izquierda) se evidencia grietas,
en el lado derecho desprendimiento, esto debido al peso de los vehículos y su cargamento
Figura 23: Avenida Satélite (alrededor Hospital Holandés)
Fuente: Elaboración propia
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4.1.2.5. AVENIDA SATELITE (alrededor plaza triangular Santigo Primero)
Esta sección de la avenida cuenta con pavimento rígido. En la siguiente figura (izquierda) se
evidencia agrietamiento, en el lado derecho desprendimiento, esto debido al peso de los
vehículos y su cargamento y rieles del tren que interceptan.
Figura 24: Avenida Satélite
Fuente: Elaboración propia
4.1.2.6. AVENIDA 6 de marzo (alrededor enrejado aeropuerto)
En la siguiente figura se evidencia agrietamiento debido al constante tráfico de alto y bajo
tonelaje.
Figura 25: Avenida 6 de marzo
Fuente: Elaboración propia
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4.1.2.7. AVENIDA UNION
En la Avenida Unión, en la siguiente figura (lado izquierdo), se tiene una buena condición del
asfalto. El la figura (lado derecho) se evidencia agrietado leve.
Figura 26: Avenida Unión
Fuente: Elaboración propia
4.1.2.8. AVENIDA HEROES DEL KM 7
En algunas secciones de la avenida (lado izquierdo de la figura) se envidencia buena condición
del asfalto, mientras en otras (lado derecho de la figura) se identifica desgaste y agrietamiento.
Figura 27: Avenida Héroes del KM 7
Fuente: Elaboración propia
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4.1.2.9. AVENIDA DE LOS HEROES
En la Avenida de los Héroes se identifica agrietamiento causado por el tráfico vehicular.
Figura 28: Avenida de los héroes
Fuente: Elaboración propia
4.1.2.10. AVENIDA INTEGRACION
En la avenida integración, se evidencia un desgate leve del asfalto.
Figura 29: Avenida integración
Fuente: Elaboración propia
4.1.2.11. CALLE CAP. R. VARGAS
La calle cuenta con pavimento rígido en buenas condiciones.
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Figura 30: Calle Cap. R. Vargas
Fuente: Elaboración propia
4.1.2.12. AVENIDA PANORAMICA
Cuenta con pavimento rígido con desgaste mínimo al ser una avenida de bajo nivel de tráfico
vehicular.
Figura 31: Avenida Panorámica
Fuente: Elaboración propia
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Del reporte fotográfico se evidencia que se cuenta con varias avenidas y calles que cuentan
con pavimento rígido y grietas. La aplicación de la presente investigación es la mejora de las
propiedades del pavimento flexible, las avenidas que cuentan con pavimento flexible, en su
mayoría, presentan problemas de agrietamiento y desprendimiento de la capa asfáltica.
4.2. POLVO Y GRANO DE CAUCHO PARA LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
Se adquirió polvo y grano de caucho de la empresa terracycle, quienes enviaron por
encomienda este material como muestra. El costo que se cubrió solo fue el costo del envío.
Figura 32: Polvo y grano de caucho utilizado
Fuente: Elaboración propia
Se trabajó con polvo y grano de caucho, tanto para el proceso de pirolisis como para la mezcla
de asfalto, las características de los mismos son:
• Grano de caucho 0,68 mm a 1,5 mm
• Polvo de caucho 0,1 mm a 0,68 mm
Las características de estos materiales provistas por la empresa, se muestran en la siguiente
tabla:
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Tabla 6: Especificaciones polvo y grano de caucho
Fuente: Terracycle
4.3. SELECCIÓN DE MATERIALES PARA EL PROCESO DE PIROLISIS
Para la obtención de neumáticos ligeramente pirolizados se requiere de 300 grados
centígrados de temperatura, por lo cual se identificó si los materiales planificados a
utilizar, cumplen con esta condición.
Figura 33: Especificaciones del manto calefactor
Fuente: Catalogo Fisatom
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De acuerdo a las consultas realizadas, el material de vidrio de laboratorio soporta
temperaturas de 400 grados centígrado (información proporcionada por le empresa
PONCELAB). Por otro lado, el manto calefactor proporciona una temperatura máxima
de 300 grados centígrados.
Por lo cual los materiales identificados cumplen con las condiciones requeridas, los
mismos fueron seleccionados para los ensayos de laboratorio a realizar.
4.4. ENSAYOS PARA LA PIROLISIS DE NEUMATICOS
Para obtener neumáticos pirolizados se aplicó el método experimental, desarrollando ensayos
de laboratorio con un equipo de destilación simple, alcanzando temperaturas cercanas a los
300 grados centígrados, considerando esta temperatura para pirolizar ligeramente los
neumáticos.
Dado que algunos de estos materiales para destilación simple se llegan a malograr debido a
las altas temperaturas y al material que se utiliza para la pirolisis (neumáticos), se adquirieron
los mismos para el desarrollo de los ensayos experimentales (costos Anexo B).
4.4.1. MATERIALES UTILIZADOS PARA EL PROCESO DE PIROLISIS
Para la obtención de asfalto pirolizado se utilizó:
• Balanza electrónica
• Termómetro infrarrojo
• Manto de calentamiento
• Refrigerante recto
• Matraz de fondo redondo de 250 ml
• Vaso de precipitado de 50 ml
• 2 conexiones 24/40
• 2 Mangueras (entrada y salida)
• 2 soportes
• Agua refrigerante
• Polvo de caucho
• Grano de caucho
• Frascos de muestra
• Vidrio reloj
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Figura 34: Equipo de destilación simple armado para pirolisis de neumaticos
Fuente: Elaboración propia
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Tabla 7: Materiales y equipos para la pirolisis de caucho
PIEZAS DEL EQUIPO DE DESTILACIÓN
BALANZA ELECTRONICA
Utilizada para realizar
mediciones de masa de las
cantidades a pirolizar y de los
resultados obtenidos.
MANTO CALEFACTOR
calentar o templar diferentes
muestras o sustancias
químicas en este caso
calentaremos caucho en
granos en el laboratorio con
un voltaje de 230 v ;135 w.
CONTROLADOR
Controlará el calentamiento
del mato por niveles del 1-9.
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TERMÓMETRO
INFRARROJO(-50ºc-
500ºc)
Es un
medidor de temperatura de u
na
porción de superficie de un
objeto a partir de la
emisión de luz del tipo cuerpo
negro que produce.
Mediremos la temperatura del
caucho hasta llegar a 300ºC.
BALÓN
Se introducirá caucho
triturado al balón para
calentarlo a altas
temperaturas así para poder
pirolizarlo.
REFRIGERANTE
Es utilizado para condensar
los vapores que se
desprenden de un matraz de
destilación a través de un
líquido refrigerante que
circula en su interior.
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CABEZAL DEL
DESTILADOR
Esta pieza nos permite
colocar el termómetro y
desviar los vapores al
condensador utilizando
conexiones estándares
esmeriladas y estancas.
ADAPTADOR DEL VACÍO
Es embudo que ocupa todo el
espacio interior colectando el
líquido procedente del
refrigerante y lo conduce a un
cuello de salida que vierte el
condensado dentro el
recipiente colector. Al mismo
tiempo permite la salida de
los gases del frasco colector
y que son desplazados por el
condensado líquido a través
de una toma lateral
comunicada al mismo tiempo
con el interior del frasco
colector y con la atmósfera.
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SOPORTE UNIVERSAL
Permite sujetar distintos
recipientes; en este caso el
refrigerante.
VASO PRECIPITADO
Es utilizado para recibir el
producto de la materia prima
(condensado).
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TAPÓN DE GOMA DE
LABORATORIO
Este adaptador consiste en
un trozo de conducto que
tiene en su parte inferior el
cono esmerilado para
acoplarse de forma estanca
en la salida superior del
cabezal de destilación; y un
adaptador de goma acoplado
en la salida abierta superior
para acomodar el
termómetro. La flexibilidad de
la goma permite desplazar el
termómetro hacia arriba o
hacia abajo para posicionarlo
adecuadamente.
MANGUERAS DE
LABORATORIO (GOMA
FILTRO)
Se conectara al refrigerante
(salida de agua y entrada de
agua).
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Fuente: Elaboración propia
Tabla 8: Materiales para pirolizar
MATERIALES PARA PIROLIZAR
CAUCHO EN POLVO
Materia prima para pirolizar.
FRASCOS PARA
MUESTRAS
Utilizados para el
condensado una vez
concluye el proceso de
destilación.
VIDRIO RELOJ
Utilizados para las muestras
de caucho antes y después
de pirolizar
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gin
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1
CAUCHO EN GRANOS
Materia prima para pirolizar.
Fuente: Elaboración propia
4.4.2. PROCEDIMIENTO PARA EL PROCESO DE PIROLISIS
1. Se inició armando el equipo de destilación simple para pirolizar y destilar el grano de caucho
y polvo de caucho, y obtener el caucho pirolizado además del destilado.
2. Se pesaron las masas del polvo y grano de caucho, también la masa del balón. Para el
producto destilado se utilizó un vaso precipitado de 50 ml, a este se agregó agua hasta 60 ml
y luego se pesó.
Figura 35: Determinación de masas
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2
Fuente: Elaboración propia
3. Se agregó el grano de caucho al balón de 250 ml, este se insertó en el manto calefactor,
encendiéndolo al nivel 3 y e iniciando un cronometro para el registro de la información del
tiempo. Este cronometro nos ayudara a saber los tiempos en que cambia de fase el caucho,
además usamos un termómetro infrarrojo que apuntamos al balón, esto nos ayudara a saber
cuál es la temperatura en cada intervalo de tiempo.
Figura 36: Introducción de caucho en el balon
Fuente: Elaboración propia
4. Empezamos a observar en el balón los cambios de fase, empieza a evaporarse, luego se
forma una neblina en la boquilla y en el conector del balón, después se empieza a formar el
condensado de color amarillento, este condensado pasa el refrigerante para luego obtener el
producto que se forma en el vaso precipitado con agua.
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3
Figura 37: Niebla y condensado en el balon
Fuente: Elaboración propia
Figura 38: Condensado en el vaso de precipitado
Fuente: Elaboración propia
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4
5. Constantemente se fue registrando el tiempo y la temperatura del proceso.
Figura 39: Registro de temperatura y tiempo
Fuente: Elaboración propia
6. Al pasar más de dos horas el caucho ya no destila, ese sería el final de la destilación,
pesamos los vasos precipitados ahora con el destilado.
Figura 40: Peso del vaso de precipitado con destilado y agua
Fuente: Elaboración propia
7. Después de que el balón enfría recogemos los restos del caucho y esto ya es el pirolizado
de caucho, lo que necesitamos. Ya que el pirolizado tiene consistencia de grumos primero lo
pesamos y después lo pasamos por un mortero para aplastarlos y entonces sean polvo. De
esta manera será más fácil mezclarlo con el alquitrán.
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5
Figura 41: Pesaje y molido del caucho pirolizado
Fuente: Elaboración propia
4.4.3. ENSAYOS PARA LA PIROLISIS DE NEUMATICOS
Se llevaron a cabo un total de 44 ensayos de pirolisis. Los primeros se realizaron con fines de
determinación de las condiciones de operación del proceso de pirolisis en laboratorio y los
siguientes 38 ensayos fueron realizados con fines de producción de caucho pirolizado a partir
de polvo de caucho con una cantidad de 50 gramos por ensayo. Respecto a los primeros 6
ensayos, 4 ensayos se realizaron con grano de caucho y 2 ensayos con polvo de caucho, para
los ensayos se utilizaron 25 gramos y 50 gramos de estos materiales como se indica en la
siguiente tabla.
Tabla 9: Ensayos de pirolisis realizados
Numero de
ensayo
Material utilizado Cantidad (gramos)
1 Grano de caucho 25
2 Polvo de caucho 25
3 Grano de caucho 25
4 Polvo de caucho 25
5 Grano de caucho 50
6 Grano de caucho 50
Fuente: Elaboración propia
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6
En cada ensayo se registró el tiempo y la temperatura, habiendo tenido la dificultad que en el
primer ensayo el termómetro de mercurio localizado justo por debajo de la boquilla de la
conexión hacia el refrigerante (como es sugerido), no registraba cambios de temperatura, es
por esta razón que es optó por el uso de un termómetro infrarrojo disponible en la carrera de
ingeniería de gas y petroquímica.
❖ ENSAYO 1 CON 25 GRAMOS DE GRANO DE CAUCHO
Tabla 10: Datos tiempo y temperatura pirolisis ensayo 1
DATOS ANTES DEL ENSAYO
TIPO DE CAUCHO: GRANO DE CAUCHO
MASA DE CAUCHO: 25 GRAMOS
MASA DEL VASO DE PRECIPITADO CON AGUA: 109,345 GRAMOS
VOLUMEN DE AGUA EN EL VASO DE PRECIPITADO: 60 ML
NRO TIEMPO (MINUTOS) TEMPERATURA (°C) NIVEL MANTO OBSERVACIONES
1 10,23 78,00 3 SE INICIÓ UTILIZANDO UN TERMÓMETRO DE MERCURIO
2 24,00 78,00 4
3 27,47 78,00 4
4 32,18 78,00 4
5 38,83 78,00 4 SE COMENZÓ A SENTIR EL OLOR A CAUCHO
6 47,00 78,00 4 EL OLOR SE HIZO MAS FUERTE
7 49,75 78,00 4 VAPOR EN EL BALON Y CONDENSADO EN LA CONEXIÓN EN T
8 52,70 78,00 4 NIEBLA EN EL BALON
9 61,17 78,00 4 CONDENSACIÓN EN EL TERMOMETRO
10 63,00 78,00 5 YA NO SE PRESENTA VALOR EN EL BALON
11 70,00 78,00 5 NUEVAMENTE NIEBLA
12 71,00 78,00 5 NIEBLA INTERMITENTE
13 71,50 78,00 5 SE ESCUCHAN SONIDOS PROVENIENTES DEL BALON
14 76,00 78,00 5 CONDENSACIÓN EN LA CONEXIÓN EN T
15 78,00 78,00 5 NIEBLA HASTA LA CONEXIÓN
16 80,00 78,00 5 CONDENADO EN EL VAO DE PRECIPITADO
17 90,00 78,00 5 NIEBLA CONSTANTE
18 114,00 142,00 5 SE UTILIZÓ EL TERMOMETRO INFRARROJO
19 117,00 142,00 6
20 118,00 145,00 6
21 119,00 147,00 6
22 121,00 150,00 6
23 122,00 153,00 6
24 125,00 153,00 6
25 127,00 160,00 6
26 129,00 158,00 6
27 130,67 163,00 6
28 143,00 183,00 7
29 148,00 200,00 7
30 150,00 200,00 7
31 157,00 206,00 7
32 160,00 210,00 7
33 163,00 215,00 7
34 166,00 220,00 7
35 168,00 220,00 8
36 171,00 232,00 8
37 172,00 241,00 8
38 174,00 244,00 8
39 177,00 255,00 8
40 180,00 262,00 8
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7
Fuente: Elaboración propia
❖ ENSAYO 2 CON 25 GRAMOS DE POLVO DE CAUCHO
Tabla 11: Datos de tiempo y temperatura pirolisis ensayo 2
41 183,00 267,00 8
42 197,00 260,00 9
43 200,00 262,00 9
44 205,00 260,00 9
45 207,00 260,00 9
46 210,00 263,00 9
47 211,00 265,00 9
48 212,00 266,00 9
49 213,00 267,00 9
50 214,00 270,00 9
51 214,48 271,00 9
52 215,00 273,00 9
53 215,33 275,00 9
54 215,50 277,00 9
55 215,58 278,00 9
56 215,67 279,00 9
57 215,75 280,00 9
58 217,00 282,00 9
59 217,33 284,00 9
60 217,55 285,00 9
61 219,75 280,00 9
62 222,85 284,00 9 YA NO SE PRESENTA DESTILADO, CONCLUSIÓN DE LA PRUEBA
NRO TIEMPO (MINUTOS) TEMPERATURA (°C) NIVEL MANTO OBSERVACIONES
1 1,00 14 3
2 3,50 16 3
3 4,75 19 3
4 5,27 23 3
5 7,50 24 3
6 8,92 27 3
7 11,00 30 3
8 12,00 36,5 3 vapor
9 13,00 39,2 3
10 13,63 43 3
11 14,67 44 3
12 16,67 48 3
13 17,25 55 3
14 18,50 55 3
15 19,00 55 3
16 20,67 56 3
17 20,90 59 4
18 23,67 59 4
19 25,75 66 4
20 28,58 70 4 olor
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8
Fuente: Elaboración propia
21 30,00 78 4
22 31,00 78 4
23 33,67 87 4 mas fuerte olor
24 34,83 88 4
25 36,33 91 4 niebla
26 39,00 93 4
27 39,83 100 4 1er condensado
28 40,53 103 5 bajo la niebla
29 42,35 125 5
30 44,73 135 5
31 46,45 138 5
32 48,13 144 5
33 49,50 149 5
34 50,83 153 5 condensado en vaso precipitado
35 52,58 169 5
36 54,27 178 5
37 56,00 182 5
38 58,47 187 5
39 60,00 193 6
40 60,05 198 6
41 65,00 204 6
42 66,00 206 6
43 68,00 210 6
44 70,00 214 6
45 72,00 220 6
46 76,00 221 6
47 78,00 223 6
48 80,00 224 7
49 81,00 226 7
50 83,00 231 7
51 86,00 241 7
52 87,00 244 7
53 88,00 247 7
54 90,00 250 7
55 93,00 253 7
56 94,00 254 7
57 97,00 254 7
58 99,00 255 7
59 100,00 256 8
60 101,00 257 8
61 104,00 261 8
62 105,00 266 8
63 106,00 272 8
64 107,00 275 8
65 108,00 280 8
66 112,00 280 8
67 113,00 283 8
68 119,00 277 8
69 120,00 275 9
70 122,00 277 9
71 123,00 284 9
72 124,00 287 9
73 126,00 287 9
74 127,00 289 9
75 128,00 289 9
76 130,00 286 9
77 132,00 292 9
78 133,00 292 9
79 135,00 293 9
80 139,00 300 9
81 141,00 299 9
82 145,00 301 9 ya no hay destilado
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❖ ENSAYO 3 CON 25 GRAMOS DE GRANO DE CAUCHO
Tabla 12: Datos temperatura tiempo ensayo 3
NRO TIEMPO (MINUTOS) TEMPERATURA (°C) NIVEL MANTO OBSERVACIONES
1 1,25 60 3
2 2,92 64 3
3 6,50 68 3
4 8,23 69 3
5 9,33 74 3
6 12,42 97 3
7 13,77 97 3
8 15,08 100 3
9 16,42 101 3
10 16,75 101 3
11 20,13 101 4
12 21,52 106 4
13 23,77 106 4
14 26,63 113 4
15 28,62 113 4
16 30,33 116 4
17 31,72 117 4
18 33,53 118 4
19 34,90 122 4
20 39,27 122 4
21 40,02 131 5
22 43,67 134 5
23 46,10 136 5 niebla
24 52,60 162 5
25 54,08 166 5
26 55,78 168 5
27 56,35 171 5
28 58,25 174 5
29 60,00 176 6
30 61,00 178 6
31 69,00 182 6
32 71,00 185 6
33 74,00 190 6
34 78,00 211 6
35 79,00 213 6
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0
Fuente: Elaboración propia
❖ ENSAYO 4 CON 25 GRAMOS DE POLVO DE CAUCHO
Tabla 13: Datos temperatura tiempo ensayo 4
36 80,00 214 7
37 83,00 221 7
38 86,00 225 7
39 89,00 233 7
40 97,00 246 7
41 100,00 250 7
42 103,00 250 8
43 106,00 253 8
44 107,00 255 8
45 109,00 264 8
46 110,00 267 8
47 113,00 270 8
48 117,00 276 8
49 121,00 276 9
50 124,00 279 9
51 128,00 281 9
52 129,00 287 9
53 134,00 293 9
54 137,00 295 9
55 139,00 301 9
DATOS ANTES DEL ENSAYO
TIPO DE CAUCHO: POLVO DE CAUCHO
MASA DE CAUCHO: 25,4 g
MASA DEL VASO DE PRECIPITADO CON AGUA: 111,2 g
VOLUMEN DE AGUA EN EL VASO DE PRECIPITADO: 60 ml
NRO TIEMPO (MINUTOS) TEMPERATURA (°C) NIVEL MANTO OBSERVACIONES
1 0,00 14 3
2 2,22 16 3
3 3,73 19 3
4 5,33 28 3
5 6,22 32 3
6 7,30 37 3
7 8,55 39 3
8 10,65 47 3
9 11,76 51 3
10 13,05 55 3
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1
Fuente: Elaboración propia
11 15,53 62 3
12 18,23 66 3
13 19,18 68 3
14 21,08 72 4
15 22,70 77 4
16 24,85 81 4
17 27,28 89 4
18 28,45 92 4
19 33,16 107 4
20 37,15 110 4
21 40,35 113 5
22 45,03 129 5
23 48,06 135 5 niebla
24 50,13 140 5
25 52,28 152 5
26 54,98 172 5
27 56,41 177 5
28 60,00 182 6
29 62,00 186 6
30 68,00 190 6
31 70,00 203 6
32 72,16 205 6
33 77,00 205 6
34 79,00 212 6
35 80,00 213 7
36 83,00 215 7
37 84,53 218 7
38 87,92 222 7
39 91,00 222 7
40 94,77 245 7
41 96,98 248 7
42 100,13 251 8
43 101,70 253 8
44 103,68 256 8
45 104,00 260 8
46 109,05 263 8
47 111,13 265 8
48 113,15 270 8
49 115,01 274 8
50 117,26 276 8
51 120,28 279 9
52 122,85 280 9
53 124,10 286 9
54 127,66 288 9
55 132,33 284 9
56 133,61 290 9 YA NO DESTILA
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2
❖ ENSAYO 5 CON 50 GRAMOS DE POLVO DE CAUCHO
Tabla 14: Datos temperatura tiempo ensayo 5
DATOS ANTES DEL ENSAYO
TIPO DE CAUCHO: GRANO DE CAUCHO
MASA DE CAUCHO: 50 g
MASA DEL VASO DE PRECIPITADO CON AGUA: 110,1 GRAMOS
VOLUMEN DE AGUA EN EL VASO DE PRECIPITADO: 60 ml
NRO TIEMPO (MINUTOS) TEMPERATURA (°C) NIVEL MANTO OBSERVACIONES
1 2,65 40 3
2 5,33 54 3
3 6,30 56 3
4 9,71 59 3
5 12,91 62 3
6 16,15 60 3
7 20,40 55 4 NIEBLA
8 24,31 57 4
9 27,28 63 4
10 28,46 64 4
11 30,21 66 4
12 33,31 68 4
13 36,16 70 4
14 37,81 72 4 PRIMER CONDENSADO
15 40,11 73 5
16 43,11 76 5
17 45,25 77 5
18 46,15 79 5
19 48,28 84 5
20 49,66 94 5
21 52,28 98 5
22 53,70 100 5
23 56,02 106 5
24 57,45 109 5
25 58,66 115 5
26 60,05 121 6
27 63,61 138 6
28 66,41 174 6
29 67,66 182 6
30 70,46 201 6
31 71,46 203 6
32 73,66 213 6
33 75,05 215 6
34 77,31 217 6
35 81,00 225 7
36 87,85 227 7
37 89,53 235 7
38 90,36 239 7
39 92,66 239 7
40 94,61 241 7
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3
Fuente: Elaboración propia
❖ ENSAYO 6 CON 50 GRAMOS DE POLVO DE CAUCHO
Tabla 15: Datos temperatura tiempo ensayo 6
41 97,47 242 7
42 99,16 246 7
43 100,16 250 8
44 103,33 252 8
45 105,28 256 8
46 107,05 261 8
47 109,16 266 8
48 112,26 270 8
49 113,71 275 8
50 116,23 278 8
51 118,63 278 8
52 120,00 278 9
53 124,55 278 9
54 126,86 279 9
55 132,44 276 9
56 135,31 280 9
57 138,01 281 9
58 140,00 282 9 YA NO DESTILA
DATOS ANTES DEL ENSAYO
TIPO DE CAUCHO: GRANO DE CAUCHO
MASA DE CAUCHO: 50 g
MASA DEL VASO DE PRECIPITADO CON AGUA: 11,4 gramos
VOLUMEN DE AGUA EN EL VASO DE PRECIPITADO: 60 ml
NRO TIEMPO (MINUTOS) TEMPERATURA (°C) NIVEL MANTO OBSERVACIONES
1 0,43 13 3
2 4,75 19 3
3 6,22 22 3
4 8,03 24 3
5 9,68 28 3
6 11,10 30 3
7 13,50 37 3
8 14,45 42 3
9 17,55 43 3
10 19,10 47 3 presencia de vapor
11 22,25 53 4
12 25,28 58 4
13 27,32 61 4
14 29,78 63 4
15 32,73 66 4
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Fuente: Elaboración propia
16 34,33 69 4 vapor
17 37,07 74 4
18 38,38 79 4 olor fuerte
19 40,00 81 5
20 43,78 86 5
21 45,47 89 5 mas vapor
22 47,42 94 5 primer condensado
23 49,85 102 5
24 51,40 106 5
25 54,17 117 5
26 55,67 122 5
27 57,32 127 5
28 59,12 138 5
29 60,20 141 6
30 62,05 148 6
31 66,55 164 6
32 68,48 168 6
33 70,43 177 6
34 72,28 182 6
35 75,63 186 6
36 77,83 189 6
37 81,77 194 7
38 87,85 198 7
39 90,45 201 7
40 92,12 206 7
41 93,73 210 7
42 95,50 213 7
43 105,72 236 8
44 108,15 237 8
45 110,67 240 8
46 112,75 242 8
47 115,40 243 8
48 118 248 8
49 120,00 250 9
50 122,33 251 9
51 124,55 254 9
52 126,70 257 9
53 128,43 259 9
54 130,50 261 9
55 133,32 264 9
56 135,45 265 9
57 138,93 270 9
58 140,28 270 9
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4.5. ENSAYOS PARA LA MEZCLA DE ALQUITRAN Y CAUCHO
Para la mezcla de asfalto se realizaron ensayos mezclando alquitrán con 20% en masa de:
o Grano de caucho
o Polvo de caucho
o Grano de caucho pirolizado
Para realizar la mezcla se requiere de un equipo de mezclado rotatorio con un mezclador, en
la carrera de ingeniería de gas y petroquímica no se dispone de este equipo, sin embargo, se
adecuó un taladro de banco para poder funcionar como un mezclador. Se hizo fabricar el
mezclador, se lo montó en un taladro de banco (disponible en la carrera de ingeniería de gas
y petroquímica) y se montaron los materiales necesarios para realizar la mezcla.
4.5.1. SELECCIÓN Y FABRICACIÓN DEL IMPULSOR (MEZCLADOR)
La mezcla de fluidos viscosos no se logra fácilmente, para obtener los mejores resultados, se
requiere una compresión básica de cómo se comportan estos líquidos viscosos, el número de
Reynolds de cada líquido da una buena medida de su turbulencia y ayuda a comprender las
características de flujo de líquidos altamente viscosos.
Figura 42: Agitadores tipo turbina para viscosidades hasta 50 Pa s
Fuente: (Bakker, 1995)
El número de Reynolds es un numero adimensional de un líquido, si el número de Reynolds
es menor a 2000 significa que se tiene un flujo laminar, si es mayor a 4000 significa que se
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tiene un flujo turbulento, y un numero entre estos valores es de transición. Una buena mezcla
solo se puede lograr impulsando a un líquido altamente viscoso al estado turbulento.
Se pueden utilizar uno o más agitadores para mezclar fluidos, cada agitador puede tener uno
o más ejes, con uno o más impellers que no necesariamente tienen que ser del mismo tipo
(Bakker, 1995).
Agitadores tipo turbina pueden ser utilizados hasta viscosidades cerca de 50 Pa s,
dependiendo de la escala, aplicación y requerimientos de proceso. Cada impeller tiene sus
propias características y su propia área de aplicación, los impellers rectos y tipo disco tienden
a ser utilizados para crear zonas con altas velocidades de corte. Impeller de alta eficiencia y
los de tipo inclinado tienden a ser utilizados para número de Reynolds mayores a 100, donde
es importante una buena circulación de flujo (Bakker, 1995) .
De acuerdo al artículo de investigación “effect of blending speed an Blade level on the
properties of reclaimed rubber modified bitumen”, se mencionan algunos resultados de otros
investigadores que indican que con una alta velocidad de corte la mezcla puede mejorar su
comportamiento a baja temperatura, mientras que baja velocidades de corte se mejora el
comportamiento a temperatura media y alta, por otro lado, también se indica que la alta
velocidad de corte puede conducir a la reducción del tamaño de las partículas de caucho, lo
que puede incrementar el proceso de interacción entre el caucho y el aglutinante asfaltico, por
el contrario otros investigadores indican que la baja velocidad de corte en la mezcla puede
llevar a mejores resultados. En este artículo se realizaron pruebas de laboratorio que indicaron
que con una mayor velocidad de mezcla, la dispersión del caucho incrementa permitiendo la
mejora de la interacción entre el bitumen y las partículas de polvo de caucho mejorando la
transmisión de masa entre el bitumen y el polvo de caucho reduciendo la rigidez, como
conclusión se indica que la mayor velocidad de corte mejora la estabilidad y la dispersión de
las partículas de asfalto lo cual mejora las propiedades reológicas a alta temperatura,
disminuye el tiempo de mezclado (Sady Abd Tayh & Rana Amir Yousif,, 2018).
En el artículo (Xiaoyu Wu, Shifeng Wang, Ruikin Dong, 2016) se describe que para los ensayos
se utilizó un mezclador de alta velocidad de corte para la mezcla de aglutinante con el caucho
pirolizado, en el artículo (Putman Bradley & Amirkhanian Serji, 2010) se utilizó un mezclador
mecánico con un impeler de alto corte de flujo radial para mezclar el aglutinante con polvo de
caucho. Considerando que se requieren altas velocidades para la mezcla de aglutinante con
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caucho y las ventajas y aplicaciones mostradas en párrafos anteriores, para la presente
investigación se seleccionará un impeller de disco de turbina.
Figura 43: Arreglo para la mezcla de aglutinante modificado con polvo de caucho
FUENTE: (Putman Bradley & Amirkhanian Serji, 2010)
Se consideraron las dimensiones del impeler del proyecto (Coronel Aguilar, 2014), en el cual
se consideró un mezclador de 4 aspas, el cual fue replicado y construido pero adicionando 2
aspas, para un total de 6 y adaptado a un taladro de banco como mezclador (utilizando equipos
disponibles de la carrera)
Figura 44: Taladro de banco
FUENTE: (Putman Bradley & Amirkhanian Serji, 2010)
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Figura 45: Dimensiones del impulsor tipo turbina
FUENTE: (Coronel Aguilar, 2014)
Figura 46: Impulsor fabricado y montaje en el taladro
FUENTE: Elaboración propia
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Figura 47: Montaje del impulsor sobre el taladro de banco
FUENTE: Elaboración propia
4.5.2. MATERIALES UTILIZADOS PARA LA MEZCLA DE ASFALTO
Los materiales utilizados para la mezcla de asfalto fueron:
• Recipiente cilíndrico metálico para la mezcla
• Taladro de banco
• Hornilla
• Bandeja metálica
• Mezclador (con 6 aspas)
• Prensa
• Arena
• Alquitrán
• Grano de caucho
• Polvo de caucho
• Caucho ligeramente pirolizado
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00
Fuente: Elaboración propia
Recipiente cilíndrico
metálico 10cm
Bandeja
con arena
Mezclador
con 6 aspas
Taladro de banco
hornilla
Figura 48: Equipo para la mezcla de asfalto y grano de caucho
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Tabla 16: Materiales para la mezcla de asfalto
MATERIALES PARA MEZCLA DE ASFALTO
RECIPIENTE
CILÍNDRICO DE
METAL
Para realizar la mezcla de
los dos compuestos
alquitrán y caucho en
grano.
TALADRO DE BANCO
Para mezclar el alquitrán
con el caucho en grano
uniforme
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02
HORNILLA
ELÉCTRICA
Para calentar el alquitrán.
BANDEJA METÁLICA
Introducir la arena en la
bandeja .
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03
MEZCLADOR CON 6
ASPAS
Mezcla de los dos
compuestos con el
mezclador.
PRENSA
Para comprimir la mezcla
del alquitrán y caucho en
granos para que sea
uniforme.
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ARENA
Para que el alquitrán no
se enfrié rápido y lo
mantenga caliente
ALQUITRÁN
Para hacer la mezcla con
el caucho en granos para
el proyecto
Fuente: Elaboración propia
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4.5.3. PROCEDIMIENTO PARA LA MEZCLA DE ASFALTO Y CAUCHO
El procedimiento que se siguió para realizar la mezcla de alquitrán con caucho fue el siguiente:
• Paso 1.
Se realizaron pruebas para determinar a qué temperatura el alquitrán pasa a fase liquida,
calentando dentro de un recipiente metálico en una hornilla, utilizando una bandeja con arena
en medio, para verificar si utilizando esta configuración se logra transferir el calor al alquitrán.
Figura 49: Calentamiento de alquitrán
Fuente: Elaboración propia
• Paso 2
Se elaboraron moldes de cartulina para vaciar la mezcla obtenida.
Figura 50: Elaboración de moldes de cartulina
Fuente: Elaboración propia
• Paso 3
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Se pesó el alquitrán y caucho, para obtener una mezcla al 80% de alquitrán y 20% de caucho
en masa.
• Paso 4.
Sobre un taladro de banco, se montó un agitador que se hizo fabricar en una tornería.
Figura 51: Taladro de banco con el agitador fabricado
Fuente: Elaboración propia
• Paso 5.
Sobre la base del taladro de banco se montó una hornilla una bandeja con arena (para permitir
la rotación del recipiente metálico en caso de que esto sucediese, debido al movimiento que
genera el taladro), y un recipiente cilíndrico metálico, posteriormente se derritió el alquitran
sobre este montaje.
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Figura 52: Arreglo utilizado para la mezcla de alquitrán caucho
Fuente: Elaboración propia
• Paso 6.
Ya calentado el alquitrán (derretido) se incorporó el caucho poco a poco
Figura 53: Adición de caucho al alquitrán
Fuente: Elaboración propia
• Paso 7.
Así ya incorporado todo el caucho en grano se debe mezclar aproximadamente 30 min para
que se incorpore bien.
Para calentar el alquitrán se
utilizó una hornilla eléctrica y una
sartén con arena
Se introdujo el caucho en
granos al alquitrán poco a
poco
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Figura 54: Mezcla del alquitrán con el caucho
Fuente: Elaboración propia
• Paso 8.
Se hizo la medición de temperatura en ºC (termómetro infrarrojo) del asfalto y alquitrán
haciéndose la mezcla con un taladro de banco.
Figura 55: Medición de temperatura de la mezcla
Fuente: Elaboración propia
• Paso 9.
Al realizar la mezcla se observa que entre estos 2 compuestos ya incorporados se vuelven
más viscosos y por esta razón al hacer la mezcla el taladro también hace que el recipiente gire
y por eso tenemos que sostenerlo con nuestras manos para mantener el control del
movimiento.
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Figura 56: Detención del movimiento del recipiente
Fuente: Elaboración propia
• Paso 10.
Se extrae la mezcla del recipiente al molde de cartulina.
Figura 57: Vaciado de la mezcla a un molde
Fuente: Elaboración propia
• Paso 11.
Ya extraído de la lata a la cartulina la mezcla de estos 2 compuestos se pone a una prensa
para obtener una muestra rectangular uniforme.
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Figura 58: Ajuste el molde en la prensa
Fuente: Elaboración propia
• Paso 12.
Una vez la muestra se encuentre fría y seca, se extrae del papel de cartulina y se ve evaluan
los resultados.
Figura 59: Muestra de mezcla de asfalto y caucho obtenida
Fuente: Elaboración propia
4.5.4. ENSAYOS DE MEZCLA DE ASFALTO Y CAUCHO
Se realizaron 4 ensayos, el primero solamente con alquitrán, el segundo con la mezcla de
alquitrán y grano de caucho, el tercero con la mezcla de alquitrán y polvo de caucho, y el cuarto
con alquitrán y caucho pirolizado. Las mezclas se realizaron considerando un 20% en masa
de caucho y 80% de alquitrán.
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Tabla 17: Ensayos de mezclas de asfalto y caucho
Nro CARACTERITICAS
1 Alquitrán
2 80% alquitrán y 20 % grano de caucho
3 80% alquitrán y 20 % polvo de caucho
4 80% alquitrán y 20 % caucho ligeramente pirolizado
Fuente: Elaboración propia
Previo a realizar las mezclas de alquitrán y caucho, se determinó el volumen de la mezcla a
preparar, considerando que la mezcla se prepararía en un recipiente cilíndrico de 10 cm de
diámetro, para una altura de 5 centímetros para que el mezclador pueda sumergirse dentro la
mezcla.
Figura 60: Dimensiones del recipiente
Fuente: Elaboración propia
El radio del recipiente es calculado por la siguiente ecuación:
𝑟 =𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
2= 5 𝑐𝑚
Para determinar el volumen de mezcla a ser preparada en el recipiente, se utilizó la formula
del volumen de un cilindro:
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𝑉 = 𝜋𝑟2ℎ
Reemplazando los datos se obtuvo el volumen total de la mezcla VT
𝑉𝑇 = 𝜋 52 5 = 392,699 𝑐𝑚3
• PRIMER ENSAYO SOLO ALQUITRAN
Se realizó este ensayo para propósitos comparativos, calentando el alquitrán a una
temperatura aproximada de 200 grados centígrados hasta que se derrita, y vertiendo el asfalto
derretido en un molde de cartulina rectangular. Una vez frío se desmoldó y evidenció que el
mismo se quiebra fácilmente.
Figura 61: Calentamiento, vertido y desmoldado del alquitrán
Fuente: Elaboración propia
Figura 62: Muestra de alquitrán obtenida
Fuente: Elaboración propia
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• SEGUNDO ENSAYO MEZCLA DE ALQUITRAN Y GRANO DE CAUCHO
Se realizó este ensayo mediante la determinación de las cantidades a ser mezcladas,
considerando que el porcentaje en masa a utilizar sería de un 80% de alquitrán y 20 % de
grano de caucho.
Para determinar la cantidad de masa de cada componente de la mezcla, se realizarón los
cálculos de la siguiente manera:
𝑉𝑇 = 𝑉𝑎𝑙𝑞𝑢𝑖𝑡𝑟𝑎𝑛 + 𝑉𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜
Tomando en cuenta la ecuación de densidad (masa sobre volumen), y reemplazando la misma
en la ecuación anterior se obtiene:
𝑉𝑇 =𝑚𝑎𝑙𝑞𝑢𝑖𝑡𝑟𝑎𝑛
𝜌𝑎𝑙𝑞𝑢𝑖𝑡𝑟𝑎𝑛+
𝑚𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜
𝜌𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜
Para determinar la densidad del alquitrán, se tomó un pedazo de alquitrán, se determinó su
masa y volumen. Se pesó en una balanza y la masa obtenida fue de 61,6 gramos.
Figura 63: Peso del trozo de alquitrán
Fuente: Elaboración propia
Para determinar en volumen, al poseer una forma irregular, se sumergió en un vaso de
precipitado con agua, así el volumen desplazado es el volumen del trozo de alquitrán.
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Figura 64: Determinación del volumen de alquitran
Fuente: Elaboración propia
El volumen desplazado fue de 61 ml. Por lo que la densidad del alquitran calculada es:
𝜌𝑎𝑙𝑞𝑢𝑖𝑡𝑟𝑎𝑛 =61,6
61= 1,01 𝑔/𝑚𝑙
Para determinar la densidad del grano de caucho, se procedió de forma similar, se determinó
su masa y su volumen.
Figura 65: Masa y volumen de grano de caucho
Fuente: Elaboración propia
Por lo que la densidad del grano de caucho es:
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𝜌𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜 =2,8
10= 0,28 𝑔/𝑚𝑙
Considerando estos resultados y que la masa del alquitran es 0,8 veces la masa total, y la
masa del caucho es 0,2 veces la masa total, se tiene:
392,699 =0,8 𝑚𝑇
1,01+
0,2𝑚𝑇
0,28
Despejando la masa total:
𝑚𝑇 = 260, 757 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝑚𝑎𝑙𝑞𝑢𝑖𝑡𝑟𝑎𝑛 = 0,8 ∗ 𝑚𝑇 = 208,61 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝑚𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜 = 0,2 ∗ 𝑚𝑇 = 52,15 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
Se pesaron las cantidades determinadas de alquitrán y grano de caucho.
Figura 66: Masas de alquitran y grano de caucho
Fuente: Elaboración propia
Posteriormente, en el sistema armado en un taladro con un taladro de banco, se derritió el
alquitran controlando la temperatura, alcanzando temperatura de 198 grados celsius, se
agregó el caucho pesado poco a poco y una vez agregado, se continuó mezclando durante 30
minutos. El producto obtenido se vació en un molde de cartulina, identificando que la mezcla
se mas viscosa que el alquitran y que presenta una especie de grumos, lo que da el indicio de
que no se disuelven por completo los granos de caucho añadidos.
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Figura 67: Proceso de mezclado y mezcla obtenida
Fuente: Elaboración propia
• TERCER ENSAYO MEZCLA DE ALQUITRAN Y POLVO DE CAUCHO
Se realizó este ensayo mediante la determinación de las cantidades a ser mezcladas,
considerando que el porcentaje en masa a utilizar sería de un 80% de alquitrán y 20 % de
polvo de caucho.
Para determinar la densidad del polvo de caucho, se determinó su masa y su volumen.
Figura 68: masa y volumen del polvo de caucho
Fuente: Elaboración propia
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Por lo que la densidad del polvo de caucho es:
𝜌𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜 =3,3
10= 0,33 𝑔/𝑚𝑙
Considerando estos resultados y que la masa del alquitrán es 0,8 veces la masa total, y la
masa del caucho es 0,2 veces la masa total, se tiene:
392,699 =0,8 𝑚𝑇
1,01+
0,2𝑚𝑇
0,33
Despejando la masa total:
𝑚𝑇 = 280, 901 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝑚𝑎𝑙𝑞𝑢𝑖𝑡𝑟𝑎𝑛 = 0,8 ∗ 𝑚𝑇 = 224,721 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝑚𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜 = 0,2 ∗ 𝑚𝑇 = 56,18 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
Se pesaron las cantidades determinadas de alquitrán y grano de caucho.
Figura 69: Masa del alquitrán y polvo de caucho
Fuente: Elaboración propia
Posteriormente, en el sistema armado en un taladro con un taladro de banco, se derritió el
alquitrán controlando la temperatura, alcanzando temperatura de 184 grados Celsius, se
agregó el caucho pesado poco a poco y una vez agregado, se continuó mezclando durante 30
minutos. El producto obtenido se vació en un molde de cartulina, identificando que la mezcla
es mas viscosa que con el grano de caucho, presenta mayor cantidad de grumos, lo que da el
indicio de que no se disuelven por completo los granos de caucho añadidos.
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Figura 70: Proceso de mezclado y vertido de mezcla con polvo de caucho
Fuente: Elaboración propia
• CUARTO ENSAYO MEZCLA DE ALQUITRAN Y CAUCHO PIROLIZADO
Se realizó este ensayo mediante la determinación de las cantidades a ser mezcladas,
considerando que el porcentaje en masa a utilizar sería de un 80% de alquitrán y 20 % de
caucho ligeramente pirolizado.
Para determinar la densidad del caucho ligeramente pirolizado molido en un mortero, se
determinó su masa y su volumen.
Figura 71: Masa y volumen del caucho ligeramente pirolizado
Fuente: Elaboración propia
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Por lo que la densidad del polvo de caucho es:
𝜌𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜 =5,2
10= 0,52 𝑔/𝑚𝑙
Considerando estos resultados y que la masa del alquitrán es 0,8 veces la masa total, y la
masa del caucho es 0,2 veces la masa total, se tiene:
392,699 =0,8 𝑚𝑇
1,01+
0,2𝑚𝑇
0,52
Despejando la masa total:
𝑚𝑇 = 332,8 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝑚𝑎𝑙𝑞𝑢𝑖𝑡𝑟𝑎𝑛 = 0,8 ∗ 𝑚𝑇 = 266,24 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝑚𝑐𝑎𝑢𝑐ℎ𝑜 = 0,2 ∗ 𝑚𝑇 = 66,56 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
Se pesaron las cantidades determinadas de alquitrán y caucho ligeramente pirolizado.
Figura 72: Masa de alquitrán y caucho ligeramente pirolizado
Fuente: Elaboración propia
Posteriormente, en el sistema armado en un taladro con un taladro de banco, se derritió el
alquitrán controlando la temperatura, alcanzando temperatura de 189 grados Celsius, se
agregó el caucho pesado poco a poco y una vez agregado, se continuó mezclando durante 30
minutos. El producto obtenido se vació en un molde de cartulina, identificando que la mezcla
es menos viscosa que las anteriores, lo que da el indicio de que posee mayor solubilidad.
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Figura 73: Proceso de mezclado y vertido de mezcla con caucho pirolizado
Fuente: Elaboración propia
4.6. ENSAYOS PARA LA MEZCLA DE ASFALTO Y CAUCHO PIROLIZADO
Los resultados iniciales obtenidos fueron presentados en una reunión llevada a cabo entre la
gerencia de la Empresa EMAVIAS y el instituto de investigación de la carrera de ingeniería de
gas y petroquímica el 8 de octubre del presente año, producto de la reunión se solicitó por
parte del instituto de investigaciones de la carrera de ingeniería de gas y petroquímica y se
aceptó por parte de la Gerencia de la empresa EMAVIAS, en el marco del convenio
interinstitucional suscrito entre EMAVIAS-UPEA, lo siguiente: proporcionarnos un lote de
CEMENTO ASFÁLTICO para realizar ensayos de mezclas del cemento con caucho (nivel
laboratorio), proporcionarnos servicio de análisis de laboratorio para evaluar las propiedades
de la mezcla asfáltica con el cemento asfáltico modificado obtenido, además de autorizar a su
personal técnico correspondiente para colaborar con este trabajo de intercambio de
conocimientos y trabajos coordinados en laboratorios. En este sentido, se iniciaron los trabajos
en los laboratorios de la Empresa EMAVIAS de la mezcla de caucho pirolizado con cemento
asfaltico 85/100 y el inicio de la caracterización de agregados con la toma de muestra de los
mismos.
Para realizar la mezcla de asfalto 85/100 y caucho pirolizado, se tuvo que trasladar el taladro
de banco de la carrera de ingeniería de gas y petroquímica a las instalaciones de la empresa
EMAVIAS, dado que la misma en la actualidad no cuenta con un equipo de mezclado. Se
realizó la mezcla de asfalto con 5% de caucho pirolizado bajo el siguiente detalle:
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Se calentó el asfalto en un horno a 120 C, para que pueda cambiar de fase a fase líquida.
Figura 74: Horno donde se calentó el asfalto
Fuente: Elaboración propia
Posteriormente se pesó 3822,8 gramos de cemento asfaltico 85/100 y se determinó el
porcentaje a ser añadido de caucho pirolizado.
Figura 75: Datos para la mezcla de asfalto y caucho pirolizado
Masa del recipiente: 354 gramos
Masa del recipiente más el asfalto: 4176,8 gramos
Masa del asfalto: 3822,8 gramos
Porcentaje a ser agregado de caucho
pirolizado: 5%
Masa del caucho pirolizado: 149,3 gramos
Masa total para la mezcla: 3972,1 gramos
Fuente: Elaboración propia
Una vez determinadas las masas, se procedió a localizar el recipiente con asfalto sobre una
hornilla, con una bandeja intermedia con arena para una mejor distribución de la temperatura,
y se la calentó hasta a una temperatura de 180 grados centígrados, posteriormente se
encendió el taladro y se agregó el caucho pirolizado. Una vez agregado el caucho pirolizado
se realizó la mezcla durante 40 minutos, controlando que la temperatura no llegue por encima
de los 190 grados con el termómetro y la potencia de la llama de la hornilla de manera
constante, pues esto ocasionaría el envejecimiento del asfalto.
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Figura 76: Masa del asfalto más el recipiente y masa del caucho pirolizado
Fuente: Elaboración propia
Figura 77: Control de temperatura mezcla asfalto y caucho pirolizado
Fuente: Elaboración propia
Una vez cumplido el tiempo de mezclado, se retiró la muestra del equipo y la misma se quedó
en instalaciones de la empresa EMAVIAS.
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Figura 78: Mezcla de asfalto con caucho pirolizado
Fuente: Elaboración propia
4.7. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS
Para poder diseñar la mezcla asfáltica (asfalto y agregados) es necesario realizar la
caracterización de los agregados, dicha caracterización fue realizada en las instalaciones de
la empresa EMAVIAS.
Para los ensayos se siguieron los siguientes estándares:
Tabla 18: Ensayos para caracterización de agregados
ENSAYO NORMA
Muestreo de agregados ASTM D-75
Reducción de muestra de agregados ASTM C-702
Granulometría ASTM C-136
Partículas fracturadas en agregado grueso ASTM D-5821
Partículas planas, alargadas o partículas
planas y alargadas en agregado grueso ASTM D-4791
Peso específico y absorción agregado
grueso ASTM C-127
Peso específico y absorción agregado fino ASTM C-128
Fuente: Elaboración propia
Se recolectaron muestras del acopio de grava, gravilla y arena de acuerdo al estándar ASTM
D75, las mismas fueron reducidas en un cuarteador, luego las muestras fueron acumuladas
en saquillos, con un peso aproximado de 20 kilos de grava, 25 kilos de gravilla y 25 kilos de
arena.
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Figura 79: Recolección y reducción de muestra de agregados
Fuente: Elaboración propia
Figura 80: Reducción de las muestras y cuarteador
Fuente: Elaboración propia
4.7.1. GRANULOMETRÍA
La granulometría es la distribución del tamaño de las partículas de los agregados por análisis
de tamices de acuerdo a la norma ASTM C 136, para lo cual se siguió el procedimiento descrito
a continuación.
De las tres muestras de agregado que se recogieron, empezamos con una, vaciando el
agregado en el suelo, este lo dividimos en cuatro, y usamos una cuarta parte, de acuerdo a
los procedimientos establecidos en las normas ASTM para la caracterización de agregados.
Esta es puesta en el cuarteador para dividirlo en partes iguales, utilizamos una mitad, tenemos
que pesar 2 kg, para lo cual utilizamos recipientes (estos también son pesados), entonces
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luego de pesar los platos les ponemos el agregado, pesando hasta obtener los 2 kg
necesarios.
Figura 81: Transferencia de las muestras a los platos
Fuente: Elaboración propia
Luego de tener la cantidad necesaria, se procede con el lavado del agregado, esto debe
hacerse hasta que el agua quede cristalina.
Figura 82: Lavado del agregado
Fuente: Elaboración propia
Los agregados son llevados a un horno de secado a una temperatura de 110 grados
centígrados durante 24 horas, posterior a lo cual se debe dejar enfriar las muestras a
temperatura ambiente por una hora.
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Figura 83: Muestras en el horno
Fuente: Elaboración propia
Una vez enfriadas las muestras, se selecciona los tamaños de malla a ser utilizados para
determinar la distribución de los tamaños de grano, se vacía la muestra en el plato superior y
se introduce a un equipo de vibración durante 15 minutos para que se separen los granos en
las mallas.
Figura 84: Mallas seleccionadas y equipo de vibración
Fuente: Elaboración propia
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Tabla 19: Dimensiones de las mallas
Nro milímetros
3/8 9,5
4 4,75
8 2,36
16 1,18
30 0,6
50 0,3
100 0,15
200 0,075
Fuente: Elaboración propia
Los datos obtenidos para todas las muestras fueron:
Tabla 20: Masa retenida acumulada
Nro tamaño de malla
(milímetros)
masa retenida acumulada (gramos)
Grava Gravilla Arena
3/8 9,5 415,74 0 12,6
4 4,75 2076,09 305,59 646,07
8 2,36 2464,58 1119,19 1219,88
16 1,18 2488,53 1576,26 1528,08
30 0,6 2492,33 1781,4 1707,35
50 0,3 2493,84 1910,37 1836,24
100 0,15 2494,92 1999,15 1922,76
200 0,075 2500,63 2086,56 2014,67
Fuente: Elaboración propia
Tabla 21: Masa retenida en cada malla
Nro tamaño de malla
(milímetros)
masa retenida (gramos)
Grava Gravilla Arena
3/8 9,5 415,74 0 12,6
4 4,75 1660,35 305,59 633,47
8 2,36 388,49 813,6 573,81
16 1,18 23,95 457,07 308,2
30 0,6 3,8 205,14 179,27
50 0,3 1,51 128,97 128,89
100 0,15 1,08 88,78 86,52
200 0,075 5,71 87,41 91,91
Fuente: Elaboración propia
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Se determinaron las masas retenidas en cada malla, el porcentaje, el porcentaje retenido
acumulado y el porcentaje que atraviesa la malla.
Tabla 22: Porcentaje en cada malla
Nro tamaño de malla
(milímetros)
porcentaje (%)
Grava Gravilla Arena
3/8 9,5 16,63 0,00 0,63
4 4,75 66,40 14,65 31,44
8 2,36 15,54 38,99 28,48
16 1,18 0,96 21,91 15,30
30 0,6 0,15 9,83 8,90
50 0,3 0,06 6,18 6,40
100 0,15 0,04 4,25 4,29
200 0,075 0,23 4,19 4,56
Fuente: Elaboración propia
Tabla 23: Porcentaje retenido acumulado
Nro tamaño de malla
(milímetros)
porcentaje retenido acumulado (%)
Grava Gravilla Arena
3/8 9,5 16,63 0,00 0,63
4 4,75 83,02 14,65 32,07
8 2,36 98,56 53,64 60,55
16 1,18 99,52 75,54 75,85
30 0,6 99,67 85,37 84,75
50 0,3 99,73 91,56 91,14
100 0,15 99,77 95,81 95,44
200 0,075 100,00 100,00 100,00
Fuente: Elaboración propia
Tabla 24: Porcentaje que pasa
Nro tamaño de malla
(milímetros)
porcentaje que pasa (%)
Grava Gravilla Arena
3/8 9,5 83,37 100,00 99,37
4 4,75 16,98 85,35 67,93
8 2,36 1,44 46,36 39,45
16 1,18 0,48 24,46 24,15
30 0,6 0,33 14,63 15,25
50 0,3 0,27 8,44 8,86
100 0,15 0,23 4,19 4,56
200 0,075 0,00 0,00 0,00
Fuente: Elaboración propia
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4.7.2. CARAS FRACTURADAS EN LOS AGREGADOS GRUESOS (ASTM D 5821)
Se determinó el porcentaje en peso de las caras fracturas y no fracturadas de los agregados
gruesos de la grava y la gravilla, identificando visualmente los granos que poseían un
porcentaje mayor al 25% de fracturas en su área externa.
Figura 85: Caras fracturadas agregado grueso
Fuente: Elaboración propia
4.7.3. PARTICULAS PLANAS Y ALARGADAS (ASTM D 4791)
Se determinó el porcentaje de partículas planas y alargadas en la grava y la gravilla, se
seleccionaron las mismas de forma manual y se determinó su porcentaje.
Figura 86: Partículas planas y alargadas
Fuente: Elaboración propia
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4.7.4. DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS AGREGADOS FINOS
Y GRUESOS
Para su determinación se realizó el siguiente procedimiento:
Se muestreó los agregados grueso retenidos en la malla Nro 4, obteniendo una cantidad de 2
Kg. Se lavó hasta que el agua quedó cristalina y se mantuvo sumergido en agua por 24 horas.
Posteriormente se secó de manera superficial y se determinó su masa. Seguidamente se
introdujo en un canasto metálico y se sumergió en agua a 25 C, determinando su peso
sumergido, finalmente se secó la muestra en un horno a 110 C y se determinó la masa seca.
Figura 87: Ensayos agregado grueso
Fuente: Elaboración propia
Para el agregado fino, se humedeció el agregado en bolsas plásticas utilizando el 9% de su
masa en agua. Se mantuvo humedecido 24 horas, posteriormente se secó superficialmente
con el uso de una secadora y una bandeja, verificando a través de un cono truncado y un
pequeño martillo su estado de humedad. Una vez se verificó que la muestra estaba seca
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superficialmente, la muestra fue dividida en 2, cada una de 50 gramos, se introdujo en un
picnómetro, se puso el picnómetro a un baño maría para mantener una temperatura de 25
grados centígrados, luego se hace rotar manualmente el picnómetro para eliminar las burbujas
de aire y se registró su masa. Finalmente se secó la muestra en un horno por 24 horas y se
determinó la masa de la muestra seca.
Figura 88: Ensayos agregado fino
Fuente: Elaboración propia
Tabla 25: masas ensayos agregado grueso
GRAVA GRAVILLA
masa agregado grueso superficialmente seco “B” 2086 gramos 2125,8 gramos
masa del agregado sumergido “C” 1311 gramos 1343,9 gramos
masa seca “A” 2063,78 gramos 2092,18 gramos
Fuente: Elaboración propia
Tabla 26: Recolección de datos agregado fino
ARENA GRAVILLA
Masa de muestra inicial 1303,87 gramos 1342,77 gramos
Masa de agua (9% de la masa de la muestra) 117,35 gramos 120,85 gramos
Masa del picnómetro 1: 165,51 gramos
Masa del picnómetro 2: 164,95 gramos
Masa del picnómetro 1 + 500 ml de agua “B”: 662,82 gramos
Masa del picnómetro 2 + 500 ml de agua “B”: 662,19 gramos
Masas de las muestras saturadas superficialmente secas “S”:
mA1: 500 gramos mA2: 500,04 gramos
mG1: 500,08 gramos mG2: 500,04 gramos
Masa picnómetro + agua + muestra a 25 grados centígrados “C”:
mP1AA1: 971,71 gramos MP2AA2: 972,48 gramos
mP1AG1: 970,6 gramos mP2AG2: 970,91 gramos
Masa de las muestras secas “A”: mAS1: 486,57 gramos mAS2: 488,25 gramos
mGS1: 485,49 gramos mGS2: 486,88 gramos
Fuente: Elaboración propia
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4.8. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LIGANTE ASFALTICO
Se realizaron ensayos con asfalto convencional 85/100 de penetración y con el asfalto
modificado con caucho pirolizado al 5%, dicha caracterización fue realizada en las
instalaciones de la empresa EMAVIAS.
Para los ensayos se siguieron los siguientes estándares:
Tabla 27: Ensayos para la caracterización del ligante asfaltico
ENSAYO NORMA
Penetración ASTM D-5
Peso especifico ASTM D-70
Ductilidad ASTM D-113
Punto de ablandamiento ASTM D-36
Fuente: Elaboración propia
4.8.1. PENETRACIÓN
Consistencia de los materiales bituminosos expresada como la distancia en decimas de un
milímetro que una aguja estándar penetra verticalmente a una muestra de un material bajo
condiciones de carga conocidas, tiempo y temperatura.
Antes de iniciar el ensayo se debe preparar la muestra, misma que debe ser calentada
previamente en un horno para que sea fluida, posteriormente es vertida en 3 contenedores y
protegida del polvo utilizando una tapa. Las muestras deben permanecer a temperatura
ambiente 1 hora y 30 minutos, y posteriormente en baño maría a 25 C por un tiempo de una
hora y 30 minutos.
Figura 89: Preparación de la muestra
Fuente: Elaboración propia
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Posteriormente, se prepara el equipo de penetración sujetando una aguja con un peso
agregado, teniendo una masa total de 50 gramos. Seguidamente, se debe posicionar la aguja
justo sobre la superficie de la muestra, bajándola lentamente buscando que el reflejo de la
aguja y la misma se unan. Considerando que se tenga una distancia del borde del contenedor
no menor a 10mm, se deja caer el peso de la aguja durante 5 segundos y se lee del equipo el
valor de penetración.
Figura 90: Ensayo de penetración
Fuente: Elaboración propia
Se realizaron 4 mediciones de cada muestra preparada, tanto para el asfalto convencional
como para el asfalto modificado con caucho pirolizado, obteniendo los siguientes resultados.
Tabla 28: Mediciones de penetración
TIPO DE ASFALTO
MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3
ASFALTO CONVENCIONAL
92 91 93 90 95 96 95 95 92 91 93
ASFALTO MODIFICADO CON CAUCHO
93 91 92 90 92 91 88 88 90 85 84 86
Fuente: Elaboración propia
4.8.2. PESO ESPECIFICO
El peso específico es determinado mediante el uso de un picnómetro y una balanza
electrónica. Se debe pesar la masa del picnómetro seco, la masa del picnómetro con agua
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destilada y la masa del picnómetro con la muestra. Se debe llenar el picnómetro con agua
taparlo y secar el excedente y luego pesarlo.
Figura 91: Picnómetro determinación del peso especifico
Fuente: Elaboración propia
Se debe preparar la muestra calentándola con cuidado, hasta que este lo suficientemente
fluida para ser vertida. Verter la muestra en el picnómetro hasta aproximadamente ¾ de su
capacidad, y dejar a temperatura ambiente por un lapso de 40 minutos y pesar. Posteriormente
se debe llenar el picnómetro con agua y llevarlo a baño maría por 30 minutos, secar la
superficie y pesarlo.
Tabla 29: Datos registrados peso específico ligante asfaltico
ASFALTO CONVENCIONAL ASFALTO MODIFICADO
AGUA DESTILADA
AGUA DE GRIFO A 25 C
AGUA DESTILADA
AGUA DE GRIFO A 25 C
Masa del picnómetro seco en gramos (A)
38,0953 38,0953 38,0953 38,0953
Masa del picnómetro más
agua en gramos (B) 62,887 62,847 62,847 62,818
Masa del picnómetro más la muestra en gramos (C)
54,62 54,62 53,8057 53,8057
Masa del picnómetro más la
muestra más agua en gramos (D)
63,263 63,18 63,246 63,1563
Fuente: Elaboración propia
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Para determinar la densidad relativa se tiene:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = (𝐶 − 𝐴)/((𝐵 − 𝐴) − (𝐷 − 𝐶))
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 ∗ 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
4.8.3. DUCTILIDAD
La ductilidad de materiales bituminosos es una medida de la distancia a la cual se elonga el
material antes que se rompa, cuando dos extremos de la briqueta son separadas a una
velocidad especificada. El ensayo es realizado a 25 grados Celsius y con una velocidad de
5cm/min.
Figura 92: Moldes y ductilometro
Fuente: Elaboración propia
Se preparan los moldes recubriéndolos con glicerina y algún talco para prevenir que la muestra
se adhiera al material. Verter la muestra en el molde y dejar enfriar por un lapso de 30 a 40
minutos y luego introducirla a un baño maría, manteniendo la temperatura a 25 grados Celsius
durante 30 minutos. Posteriormente se debe desmontar las piezas laterales del molde y
realizara el ensayo en el ductilometro.
Unir los extremos del molde al ductilómetro y medir la distancia en centímetros a la cual el
aslfalto se quiebra.
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4.8.4. PUNTO DE ABLANDAMIENTO
El punto de ablandamiento indica la tendencia de un material a fluir a elevadas temperaturas
cuando está en servicio. Se preparan dos aros con asfalto, y se deja reposar a temperatura
ambiente durante 30 minutos, cuando haya pasado este tiempo se debe cortar el excedente
con una espátula caliente. Los aros son localizados en una estructura y calentados a una tasa
controlada en un baño de líquido mientras cada uno soporta una esfera. El incremento de
temperatura permite que las esferas cubiertas de asfalto desciendan 25 mm. Se debe partir
de una temperatura de 5 C (con el uso de hielo) y la misma debe incrementar a una tasa de 9
F/min. El punto de ablandamiento será la temperatura a la cual las esferas hayan descendido
25 mm.
Figura 93: Punto de ablandamiento
Fuente: Elaboración propia
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4.9. RESULTADOS
4.9.1. PIROLISIS DE CAUCHO
En los primeros seis ensayos, los resultados obtenidos con la pirolisis fueron:
Tabla 30: Resultados ensayos de pirolisis
Fuente: Elaboración propia
Los primeros 4 ensayos fueron realizados con 25 gramos de grano y polvo de caucho, los
siguientes ensayos se realizaron con 50 gramos. Se evidencia que el rendimiento para la
recuperación de caucho pirolizado se encuentra entre 28% y 53%. El valor del 28% del primer
ensayo se debió a un problema que se tuvo con el termómetro de mercurio, el cual no
registraba los cambios de temperatura, por lo que la prueba tuvo un mayor tiempo de duración
(Figura 94). Mientras que, para el resto de las pruebas se tuvo un rendimiento entre el 44 % y
1 2 3 4 5 6
TIPO DE CAUCHOGRANO DE
CAUCHO
POLVO DE
CAUCHO
GRANO DE
CAUCHO
POLVO DE
CAUCHO
GRANO DE
CAUCHO
GRANO DE
CAUCHO
MASA DE CAUCHO
(GRAMOS) 25 25 25 25,4 50 50
MASA DEL VASO DE
PRECIPITADO CON
AGUA (GRAMOS) 109,345 108,7 108,7 111,2 110,1 111,4
VOLUMEN DE AGUA
EN EL VASO DE
PRECIPITADO (ML) 60 60 60 60 60 60
MASA DEL VASO DE
PRECIPITADO CON
AGUA +
CONDENSADO
(GRAMOS) 113,5 116,5 118 117,3 124,1 118
VOLUMEN DE
CONDENADO (ML)5 10 10 10 20 15
MASA DEL CAUCHO
PIROLIZADO
(GRAMOS) 7,1 11,5 11,1 12,1 24,6 26,7
MASA DEL
CONDENSADO
(GRAMOS) 4,155 7,8 9,3 6,1 14 6,6
RENDIMIENTO DE LA
OBTENCIÓN DE
CAUCHO
PIROLIZADO 28% 46% 44% 48% 49% 53%
ANTES DEL
ENSAYO
DESPUES
DEL ENSAYO
CALCULOS
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53 % con un promedio de 48,5%. Las rampas de temperaturas y los tiempos fueron simulares
para los ensayos 2 en adelante.
Figura 94: Resultados de la pirolisis de caucho
Fuente: Elaboración propia
Considerando la figura anterior, se evidencia que la mayoría de los ensayos tuvieron una
duración de 140 minutos, a excepción del primer ensayo, que, por problemas con el
termómetro, no se pudo dar un seguimiento adecuado a los incrementos de la temperatura,
por lo que se extendió el tiempo de la prueba. Así mismo, se alcanzaron temperaturas iguales
y en algunos casos cercanas a los 300 grados Celsius, temperatura necesaria para pirolizar
ligeramente el caucho.
Figura 95: Condensado y caucho pirolizado de los 6 ensayos
Fuente: Elaboración propia
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Los siguientes 38 ensayos se realizaron con fines de producción, una vez determinadas las
condiciones de operación, con 50 gramos de polvo de caucho para cada ensayo, obteniendo
aproximadamente el 50 % de la materia prima utilizada en polvo de caucho. Esto se logró
gracias a la instalación de 5 equipos de destilación en paralelo, tomando cada ensayo un
tiempo aproximado de 2 horas y 30 minutos.
Figura 96: Equipos de destilación en paralelo
Fuente: Elaboración propia
Con la realización de estos ensayos se logró obtener 936,2 gramos de caucho pirolizado y
cerca de 400 ml de condensado. Estos ensayos fueron realizados debido a que se comenzaron
las conversaciones con la empresa EMAVIAS, entre las cuales se determinó que se realizarían
ensayos de mezclas asfálticas con asfalto de la empresa y el caucho pirolizado obtenido por
el equipo de investigación y se realizarían análisis sobre los mismos, requiriendo esta cantidad
de caucho pirolizado.
Figura 97: Equipo de investigación y productos de la pirolisis obtenidos
Fuente: Elaboración propia
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Se ha tamizado la muestra de polvo de caucho y la muestra de caucho pirolizado,
determinando que el polvo de caucho queda retenido en la malla de 149 micrometros, mientras
que el caucho pirolizado queda retenido en la malla de 75 micrometros, resultando poseer
partículas más pequeñas.
Figura 98: Polvo de caucho y caucho pirolizado
Polvo de caucho (izquierda), caucho pirolizado (derecha)
Fuente: Elaboración propia
4.9.2. MEZCLA DE ALQUITRAN Y CAUCHO
Comparando las muestran de solo alquitrán (muestra 1) y la mezcla de alquitrán con grano de
caucho (mezcla 2), se observa que la muestra 1 posee una textura más lisa, mientras que la
muestra 2 posee una textura rugosa, la muestra 1 es más frágil y se rompe fácilmente, mientras
que la muestra 2 es más flexible.
Figura 99: Comparación del alquitrán con la mezcla alquitrán caucho
Fuente: Elaboración propia
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Comparando con los resultados de la prueba 3, se evidencia que la prueba tres es mucho más
rugosa que la 2, también es más flexible que la muestra 1, pero más viscosa que la 2.
Figura 100: Comparación con la mezcla de polvo de caucho
Fuente: Elaboración propia
La mezcla de caucho pirolizado y alquitrán es menos rugosa que las mezclas 2 y 3 en su
estado sólido, en su estado líquido se evidenció que es menos viscosa, se pudo verter más
fácilmente y en mayor cantidad desde el recipiente cilíndrico al molde, por lo que esta mezcla
es más soluble que las mezclas con grano y polvo de caucho.
4.9.3. CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS
4.9.3.1. GRANULOMETRÍA
Los resultados obtenidos de la granulometría fueron los siguientes:
Figura 101: Resultados de la granulometría
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Fuente: Elaboración propia
4.9.3.2. CARAS FRACTURADAS AGRGEADO GRUESO
Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
Tabla 31: Caras fracturadas agregado grueso
GRAVA (MALLA
3/8)
PESO INICIAL 354,48 gramos
PESO FRACTURADAS 297,86 gramos
PESO NO FRACTURADAS 56,4 gramos
% DE FRACTURADAS 76,32
GRAVILLA (MALLA 4)
PESO INICIAL 304,31 gramos
PESO FRACTURADAS 244,99 gramos
PESO NO FRACTURADAS 59,26 gramos
% DE FRACTURADAS 80,51
Fuente: Elaboración propia
4.9.3.3. PARTICULAS PLANAS Y ALARGADAS (ASTM D 4791)
Los resultados fueron:
Tabla 32: Partículas planas y alargadas
GRAVA GRAVILLA
RETENIDO 3/8
RETENIDO 4 RETENIDO 4
PESO INICIAL (g) 390,29 284,35 300,33
MASA DE PARTICULAS ALARGADAS Y PLANAS (g) 33,49 23,11 46,7
porcentaje (%) 8,58 8,13 15,55
Fuente: Elaboración propia
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4.9.3.4. PESO ESPECÍFICO AGREGADO GRUESO (ASTM C 127)
Densidad relativa grava: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌) =2063,78
(2086−1311)= 2.663
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝑆𝐷) =2086
(2086−1311)= 2.692
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =2063,78
(2063,78−1311)= 2.742
Densidad grava: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌)𝐾𝑔
𝑚3=
997.5∗2063.78
(2086−1311)= 2656,284𝐾𝑔/𝑚3
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑆𝑆𝐷)𝐾𝑔
𝑚3=
997.5∗2086
(2086−1311)= 2684,88
𝐾𝑔
𝑚3
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =997.5∗2063,78
(2063,78−1311)= 2734,691
𝐾𝑔
𝑀3
% de absorción grava: % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = [(2086−2063,78)
2063,78] ∗ 100 = 1,077%
Densidad relativa gravilla: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌) =2092,18
(2125,8−1343,9)= 2.676
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝑆𝐷) =2125,8
(2125,8−1343,9)= 2.719
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =2092,18
(2092,18−1343,9)= 2.796
Densidad gravilla: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌)𝐾𝑔
𝑚3=
997.5∗2092,18
(2125,8−1343,9)= 2669,075 𝐾𝑔/𝑚3
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑆𝑆𝐷)𝐾𝑔
𝑚3=
997.5∗2125,8
(2125,8−1343,9)= 2711,965
𝐾𝑔
𝑚3 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =
997.5∗2092,18
(2092,18−1343,9)= 2788,995
𝐾𝑔
𝑀3
% de absorción gravilla: % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = [(2125,8−2092,18)
2092,18] ∗ 100 = 1,61%
4.9.3.5. PESO ESPECÍFICO AGREGADO FINO (ASTM C 128)
Densidad relativa arena1: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌) =486,57
(662,82+500−971,71)= 2.546
Densidad relativa arena2: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌) =488,25
(662,19+500,04−972,48)= 2.573
Densidad arena1: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌)𝐾𝑔
𝑚3= 997.5 ∗
486,57
(662,82+500−971,71)= 2539,655𝐾𝑔/𝑚3
Densidad arena2: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌)𝐾𝑔
𝑚3= 997.5 ∗
488,25
(662,19+500,04−972,48)= 2566,69𝐾𝑔/𝑚3
% de absorción arena1: % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = 100 ∗(500−486,57)
486,57= 2,76%
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% de absorción arena2: % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = 100 ∗(500,04−488,25)
488,25= 2,415%
Densidad relativa gravilla1: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌) =485,49
(662,82+500,08−970,6)= 2.525
Densidad relativa gravilla2: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌) =486,88
(662,19+500,04−970,91)= 2.545
Densidad gravilla1: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌)𝐾𝑔
𝑚3= 997.5 ∗
485,49
(662,82+500,08−970,6)= 2518,337𝐾𝑔/𝑚3
Densidad gravilla2: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑂𝑉𝐸𝑁 𝐷𝑅𝑌)𝐾𝑔
𝑚3= 997.5 ∗
486,88
(662,19+500,04−970,91)= 2538,484𝐾𝑔/𝑚3
% de absorción gravilla1: % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = 100 ∗(500,08−485,49)
485,49= 3,005%
% de absorción gravilla2: % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = 100 ∗(500,04−486,88)
486,88= 2,703%
4.9.4. CARACTERIZACIÓN DEL LIGANTE ASFALTICO
Para la determinación de la gravedad específica, a continuación, se detallan los cálculos:
Gravedad específica asfalto convencional con agua destilada a temperatura ambiente:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = (54,62 − 38,0953)/((62,887 − 38,0953) − (63,263 − 54,62))
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = 1,023
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 1,023 ∗ 999,1 = 1022,0793 𝐾𝑔/𝑚3
Gravedad especifica del asfalto convencional con agua de grifo a 25 C:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = (54,62 − 38,0953)/((62,847 − 38,0953) − (63,18 − 54,62))
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = 1,0206
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 1,0206 ∗ 997 = 1017,538 𝐾𝑔/𝑚3
Diferencia porcentual de la densidad relativa:
1,023 − 1,0206
1,023∗ 100 = 0,23%
Diferencia porcentual de la densidad:
1022,0793 − 1017,538
1022,0793∗ 100 = 0,44%
Tomando en cuenta los resultados obtenidos, se verifica que la diferencia entre realizar la
medición con agua destilada o con agua de grifo es menor al 1%.
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Gravedad específica asfalto modificado con caucho con agua destilada a temperatura
ambiente:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = (53,8057 − 38,0953)/((62,847 − 38,0953) − (63,246 − 53,8057))
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = 1,026
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 1,026 ∗ 999,1 = 1025,0766 𝐾𝑔/𝑚3
Gravedad especifica del asfalto modificado con caucho con agua de grifo a 25 C:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = (53,8057 − 38,0953)/((62,818 − 38,0953) − (63,1563 − 53,8057))
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = 1,022
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 1,022 ∗ 997 = 1018,934 𝐾𝑔/𝑚3
Diferencia porcentual de la densidad relativa:
1,025 − 1,022
1,025∗ 100 = 0,293%
Diferencia porcentual de la densidad:
1025,0766 − 1018,934
1025,0766∗ 100 = 0,599%
Tomando en cuenta los resultados obtenidos, se verifica que la diferencia entre realizar la
medición con agua destilada o con agua de grifo es menor al 1%.
Tabla 33: Caracterización del asfalto
Asfalto convencional Asfalto con caucho pirolizado
Penetración 25 C (0,1mm) 93 89,17
Peso especifico 1,023 1,026
Densidad (Kg/m3) 1022,0793 1025,0766
Ductilidad Mayor a 100 cm 85 cm
Punto de ablandamiento (F) 112 111,5
Fuente: Elaboración propia
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Figura 102: Ensayos de ductilidad
Asfalto convencional (izquierda), asfalto modificado (derecha)
Fuente: Elaboración propia
4.10. DISCUSIÓN
En la pirolisis de caucho de neumáticos, tanto de grano como de polvo de caucho, se
alcanzaron temperatura aproximadas a 300 grados centígrados, se evidencia que, por la falla
en el termómetro, el ensayo de 1 duró más tiempo, sin embargo, alcanzó los mismos rangos
de temperatura. También se puede evidenciar que los resultados de la pirolisis de polvo de
caucho fueron bastante similares.
Figura 103: grano de caucho pirolizado (izquierda) y polvo de caucho pirolizado (derecha)
Fuente: Elaboración propia
El caucho pirolizado con grano de caucho se presenta más disperso y de un color plomo y
negro, a diferencia del grano de caucho que presenta un color más oscuro y se encuentra más
unido.
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El destilado con el grano de caucho tiene un color verde oscuro pero el destilado del polvo de
caucho tiene un color amarillo naranjado. Podríamos decir que este último destilado es más
limpio que el otro.
Figura 104: Condensado de grano de caucho (izquierda) y polvo de caucho (izquierda)
Fuente: Elaboración propia
Por otro lado, La mezcla con alquitrán y asfalto mejora las propiedades del ligante asfaltico,
haciéndolo más flexible y menos susceptible a las fracturas y fisuras por fatiga. La mezcla con
caucho pirolizado mostró mayor solubilidad que las otras mezclas, comprobando lo que se
indica en el artículo (Xiaoyu Wu, Shifeng Wang, Ruikin Dong, 2016), donde menciona que la
cantidad de componentes solubles mejora con el caucho pirolizado, lo cual posee el potencial
para ser aplicado como una buena alternativa para el asfalto.
Se iniciaron con los ensayos de laboratorio en la empresa EMAVIAS, mismos que continuarán
la siguiente gestión. En esta gestión se realizó la mezcla del caucho pirolizados con el asfalto,
se evidenció que el asfalto es menos viscoso que el alquitrán, y el caucho pirolizado se mezcla
más fácilmente sin adherirse a las paredes del recipiente. Por otro lado, se realizaron pruebas
con el agregado, como granulometría, peso específico, caras fracturadas y partículas
alargadas y planas, mismos que son necesarios para el posterior diseño de la mezcla asfáltica.
Respectos a la caracterización del asfalto convencional y el asfalto modificado, se evidencia
que la penetración es menor con el caucho pirolizado, evidenciando lo que indica la teoría,
que la adición de caucho disminuye la penetración. El peso específico del caucho asfalto
modificado con caucho respecto al asfalto convencional debido al caucho que posee el asfalto
modificado. Respecto a la ductilidad, también se comprueba lo que indica la teoría, que la
adición de caucho al asfalto reduce la ductilidad. Finalmente, el punto de ablandamiento, de
acuerdo a lo que indica la teoría debería incrementar, sin embargo, reduce, es posible que
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hayan existido algunos errores sistemáticos durante el desarrollo de los ensayos, por lo que
es recomendable repetirlos. Por otro lado, se debe tomar en cuenta que, el asfalto modificado
se utilizó para los ensayos después de 30 días de mezclado, el cual no se volvió a mezclar,
por lo que pudieron haber existido algunas variaciones debido a que posiblemente una cierta
cantidad de caucho pirolizado que no haya sido disuelta se haya precipitado. Es pertinente
realizar la mezcla del asfalto modificado para corroborar los resultados de los ensayos.
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CONCLUSIONES
• Se describieron las características del asfalto modificado y sus procesos de obtención,
identificando que los procesos más comunes son la mezcla de caucho en polvo o grano por
vía seca y vía húmeda, entre los cuales, de acuerdo a la bibliografía consultada, el que
presenta mejor desempeño es el asfalto modificado por vía húmeda. Se tienen otros
asfaltos modificados con caucho menos comunes, cómo el caucho completamente
pirolizado mezclado con asfalto y el condensado de la pirolisis como modificador, sin
embargo, no existe muchas investigaciones científicas al respecto. La adición de
modificadores al ligantes asfáltico mejora las propiedades del cemento asfáltico, haciéndolo
más flexible y resistente, mejora su comportamiento respecto a la fatiga, disminuye la
susceptibilidad térmica y minimiza los problemas de la mezcla asfáltica.
• Se realizó el diagnóstico sobre el estado de la capa asfáltica en la ciudad de El Alto,
mediante el planteamiento de una encuesta a sus habitantes por medio de google forms de
manera virtual a personas voluntarias, y un reporte fotográfico obtenido mediante trabajo
de campo del grupo de investigación. En la encuesta se obtuvieron 46 respuestas entre las
que destacan que un 70,2% considera qu el estado de la capa asfáltica cerca de la zona
donde viven esta entre regular y malo y un buen porcentaje indica que sus calles no son
asfaltadas a pesar que viven en zonas de alta circulación vehicular. Entre los mayores
problemas que presenta la capa asfáltica están los baches, grietas, levantamiento o
desprendimiento y hundimiento, de acuerdo a la opinión de los encuestados respecto a la
zona donde viven. Considerando el reporte fotográfico, se evidenció que los principales
problemas de la capa asfáltica en la ciudad de El Alto son las grietas y desprendimiento,
habiendo diferenciado en el reporte las vías pavimentadas con asfalto de las vías con
pavimento rígido.
• Se realizaron 44 ensayos de pirolisis de caucho reciclado a partir de neumáticos, 4 con
grano de caucho y el resto con polvo de caucho, se alcanzaron temperaturas de hasta 300
grados centígrados, por lo cual el producto se considera ligeramente pirolizado, además de
obtener destilado, que puede tener aplicaciones como combustible. Los resultados de los
ensayos con polvo de caucho fueron bastante similares, mientras que los ensayos con
grano de caucho tuvieron mayor variación por el problema con el termómetro para el ensayo
1. En la pirolisis se obtuvo aproximadamente un 50 % de rendimiento en cada ensayo, es
decir que, de la cantidad de materia prima utilizada, sólo que produjo el 50 % en peso de
caucho pirolizado. En los primeros 6 ensayos se lograron estudiar las condiciones de
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operación del proceso en equipos de destilación de laboratorio, identificando un tiempo
promedio de pirolisis de 2 horas y 20 minutos con 50 gramos de materia prima. En total se
pudo obtener 936,2 gramos de caucho pirolizado de todos los ensayos y cerca de 500 ml
de condensado.
• Se realizaron 4 ensayos con alquitrán y caucho, el primero con 100% alquitrán, para el
segundo ensayo se mezcló 80% en masa de alquitrán y 20% en masa de grano de caucho.
Comparando ambos se evidencia que si bien, el alquitrán posee una textura más lisa en
comparación con el otro ensayo, esta es más frágil, mientras que la mezcla de caucho es
más flexible, evidenciando lo que se indica en la teoría, sin embargo, se pudo notar que no
existe una buena solubilidad del caucho en la mezcla. En el ensayo 3 se realizó la mezcla
de 80% en masa de alquitrán y 20% en polvo de caucho evidenciando que es más viscosa
y menos soluble. Finalmente se mezcló 80% en masa de alquitrán y 20% en caucho
pirolizado, esta última es menos viscosa y se evidencia que se disolvió mejor el caucho en
el alquitrán.
• Se iniciaron ensayos en la empresa EMAVIAS, de la mezcla del caucho pirolizado con
asfalto 85/100, que es el que la empresa utiliza para la ciudad de La Paz, los análisis de la
mezcla de caucho pirolizado y asfalto están en proceso de realización. Adicionalmente se
realizaron ensayos con los agregados que utiliza la empresa, grava, gravilla y arena. En el
ensayo de granulometría en el que se determinó, que el 66% de las partículas de grava
queda retenido en la malla Nro 4, el 38 % de las partículas de gravilla queda retenido en la
malla Nro 8 y el 31% de las partículas de arena quedan retenidas en la malla Nro 4. Así
mismo, se determinó que la grava posee un 76,32% de partículas facturadas y y promedio
de 8,3% de partículas planas y alargadas, la gravilla posee un 80, 51% de partículas
fracturadas y un 15, 55% de partículas planas y alargadas.
• Respectos a la caracterización del asfalto convencional y el asfalto modificado, se evidencia
que la penetración es menor con el caucho pirolizado, evidenciando lo que indica la teoría,
que la adición de caucho disminuye la penetración. El peso específico del caucho asfalto
modificado con caucho respecto al asfalto convencional debido al caucho que posee el
asfalto modificado. Respecto a la ductilidad, también se comprueba lo que indica la teoría,
que la adición de caucho al asfalto reduce la ductilidad. Finalmente, el punto de
ablandamiento, de acuerdo a lo que indica la teoría debería incrementar, sin embargo,
reduce, es posible que hayan existido algunos errores sistemáticos durante el desarrollo
de los ensayos.
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RECOMENDACIONES
• Se recomienda estudiar la pureza del grano y polvo de caucho adquirido previo a la
realización de los ensayos de pirolisis.
• Considerando el procedimiento de pirolisis realizado en laboratorio, es recomendable que
se utilizarse los equipos de destilación de vidrio, para poder pirolizar una mayor cantidad por
cada ensayo, se use lana de vidrio o una chaqueta por encima del balón para tener una mejor
distribución de la temperatura.
• Se recomienda analizar las propiedades del condensado obtenido en la pirolisis, dado su
potencial como aditivo al combustible diesel oil.
• Es recomendable la adquisición de un equipo de mezcla especializado para asfaltos
modificados, dado que en el presente proyecto se utilizó un equipo adaptado, el cual no brinda
las condiciones óptimas de mezcla.
• Se recomienda el uso de nitrógeno para la pirolisis, que garantizará la ausencia de
oxígeno en el proceso.
• Se recomienda considerar el uso de catalizadores para reducir el tiempo de la pirolisis y
mejorar la cantidad de caucho pirolizado producido.
Es recomendable dar continuidad a la presente investigación, trabajando con diferentes
porcentajes de caucho pirolizado mezclado con el asfalto, para poder comparar los cambios
en sus propiedades.
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BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
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ANEXO 1: REGISTRO SENAPI
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ANEXO 2: CONVENIO UPEA
EMAVIAS
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ANEXO 3: CARTAS DE
SOLICITUD PARA REALIZAR
ENSAYOS EN EMAVIAS Y CARTA
DE ACEPTACIÓN
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ANEXO 4: POSTER PROYECTO
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ANEXO 5: COTIZACIONES