universidad pÚblica de el alto vicerrectorado …

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 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

UNIVERSIDAD PÚBLICA DE EL ALTO INGENIERÍA DE GAS Y PETROQUIMICA

OBTENCIÓN DE ASFALTO MODIFICADO A PARTIR DEL RECICLAJE DE NEUMATICOS LIGERAMENTE PIROLIZADOS EN LA CIUDAD DE EL ALTO

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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


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


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


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


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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1

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.


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


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


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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4

Tabla 5: Procedimiento de investigación


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

OST

O

SEP

TIR

MB

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OC

TUB

RE

NO

VIE

MB

RE

DIC

IEM

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E

OBJETIVO ESPECIFICO 1: DESCRIBIR LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS ASFALTOS MODIFICADOS CON CAUCHO Y SUS PROCESOS DE OBTENCIÓN

SEM

AN

AS

FEB

RER

O

MA

RZO

AB

RIL

MA

YO

JUN

IO

JULI

O



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5

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?




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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


• 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


• 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


• 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


• 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




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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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a 6

4

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




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5

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


En la sección intermedia se la avenida también se evidencia desprendimiento y agrietamiento.

Figura 21: Avenida Juan Pablo II




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6

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


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)




Pá

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7

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


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




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8

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


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




Pá

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9

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


4.1.2.10. AVENIDA INTEGRACION

En la avenida integración, se evidencia un desgate leve del asfalto.

Figura 29: Avenida integración


4.1.2.11. CALLE CAP. R. VARGAS

La calle cuenta con pavimento rígido en buenas condiciones.



Pá

gin

a 7

0

Figura 30: Calle Cap. R. Vargas


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




Pá

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a 7

1

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


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:



Pá

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2

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



Pá

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3

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



Pá

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4

Figura 34: Equipo de destilación simple armado para pirolisis de neumaticos




Pá

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5

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.



Pá

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a 7

6

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.



Pá

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a 7

7

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.



Pá

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a 7

8

SOPORTE UNIVERSAL

Permite sujetar distintos

recipientes; en este caso el

refrigerante.

VASO PRECIPITADO

Es utilizado para recibir el

producto de la materia prima

(condensado).



Pá

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a 7

9

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).



Pá

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a 8

0


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



Pá

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a 8

1

CAUCHO EN GRANOS

Materia prima para pirolizar.


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



Pá

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2


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


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.



Pá

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3

Figura 37: Niebla y condensado en el balon


Figura 38: Condensado en el vaso de precipitado




Pá

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a 8

4

5. Constantemente se fue registrando el tiempo y la temperatura del proceso.

Figura 39: Registro de temperatura y tiempo


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


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.



Pá

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5

Figura 41: Pesaje y molido del caucho pirolizado


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


4 Polvo de caucho 25






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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



Pá

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7


❖ 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


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



Pá

gin

a 8

8


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



Pá

gin

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9

❖ ENSAYO 3 CON 25 GRAMOS DE GRANO DE CAUCHO

Tabla 12: Datos temperatura tiempo ensayo 3


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



Pá

gin

a 9

0




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


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


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



Pá

gin

a 9

1


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



Pá

gin

a 9

2





MASA DE CAUCHO: 50 g

MASA DEL VASO DE PRECIPITADO CON AGUA: 110,1 GRAMOS



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



Pá

gin

a 9

3




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



MASA DE CAUCHO: 50 g

MASA DEL VASO DE PRECIPITADO CON AGUA: 11,4 gramos



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



Pá

gin

a 9

4


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



Pá

gin

a 9

5

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



Pá

gin

a 9

6

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



Pá

gin

a 9

7

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)



Pá

gin

a 9

8

Figura 45: Dimensiones del impulsor tipo turbina

FUENTE: (Coronel Aguilar, 2014)

Figura 46: Impulsor fabricado y montaje en el taladro

FUENTE: Elaboración propia



Pá

gin

a 9

9

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



Pá

gin

a 1

00


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



Pá

gin

a 1

01

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



Pá

gin

a 1

02

HORNILLA

ELÉCTRICA

Para calentar el alquitrán.

BANDEJA METÁLICA

Introducir la arena en la

bandeja .



Pá

gin

a 1

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.



Pá

gin

a 1

04

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




Pá

gin

a 1

05

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


• Paso 2

Se elaboraron moldes de cartulina para vaciar la mezcla obtenida.

Figura 50: Elaboración de moldes de cartulina


• Paso 3



Pá

gin

a 1

06

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


• 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.



Pá

gin

a 1

07

Figura 52: Arreglo utilizado para la mezcla de alquitrán caucho


• Paso 6.

Ya calentado el alquitrán (derretido) se incorporó el caucho poco a poco

Figura 53: Adición de caucho al alquitrán


• 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



Pá

gin

a 1

08

Figura 54: Mezcla del alquitrán con el caucho


• 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


• 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.



Pá

gin

a 1

09

Figura 56: Detención del movimiento del recipiente


• Paso 10.

Se extrae la mezcla del recipiente al molde de cartulina.

Figura 57: Vaciado de la mezcla a un molde


• 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.



Pá

gin

a 1

10

Figura 58: Ajuste el molde en la prensa


• 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


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.



Pá

gin

a 1

11

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


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


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:



Pá

gin

a 1

12

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


Figura 62: Muestra de alquitrán obtenida




Pá

gin

a 1

13

• 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


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.



Pá

gin

a 1

14

Figura 64: Determinación del volumen de alquitran


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


Por lo que la densidad del grano de caucho es:



Pá

gin

a 1

15

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


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.



Pá

gin

a 1

16

Figura 67: Proceso de mezclado y mezcla obtenida


• TERCER ENSAYO MEZCLA DE ALQUITRAN Y POLVO DE CAUCHO



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




Pá

gin

a 1

17

Por lo que la densidad del polvo de caucho es:


10= 0,33 𝑔/𝑚𝑙

Considerando estos resultados y que la masa del alquitrán es 0,8 veces la masa total, y la


392,699 =0,8 𝑚𝑇

1,01+

0,2𝑚𝑇

0,33


𝑚𝑇 = 280, 901 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠



Se pesaron las cantidades determinadas de alquitrán y grano de caucho.

Figura 69: Masa del alquitrán y polvo de caucho



alquitrán controlando la temperatura, alcanzando temperatura de 184 grados Celsius, se



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.



Pá

gin

a 1

18

Figura 70: Proceso de mezclado y vertido de mezcla con polvo de caucho


• CUARTO ENSAYO MEZCLA DE ALQUITRAN Y CAUCHO PIROLIZADO



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




Pá

gin

a 1

19

Por lo que la densidad del polvo de caucho es:


10= 0,52 𝑔/𝑚𝑙

Considerando estos resultados y que la masa del alquitrán es 0,8 veces la masa total, y la


392,699 =0,8 𝑚𝑇

1,01+

0,2𝑚𝑇

0,52


𝑚𝑇 = 332,8 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠



Se pesaron las cantidades determinadas de alquitrán y caucho ligeramente pirolizado.

Figura 72: Masa de alquitrán y caucho ligeramente pirolizado



alquitrán controlando la temperatura, alcanzando temperatura de 189 grados Celsius, se



es menos viscosa que las anteriores, lo que da el indicio de que posee mayor solubilidad.



Pá

gin

a 1

20

Figura 73: Proceso de mezclado y vertido de mezcla con caucho pirolizado


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:



Pá

gin

a 1

21

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


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


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.



Pá

gin

a 1

22

Figura 76: Masa del asfalto más el recipiente y masa del caucho pirolizado


Figura 77: Control de temperatura mezcla asfalto y caucho pirolizado


Una vez cumplido el tiempo de mezclado, se retiró la muestra del equipo y la misma se quedó

en instalaciones de la empresa EMAVIAS.



Pá

gin

a 1

23

Figura 78: Mezcla de asfalto con caucho pirolizado


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


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.



Pá

gin

a 1

24

Figura 79: Recolección y reducción de muestra de agregados


Figura 80: Reducción de las muestras y cuarteador


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



Pá

gin

a 1

25

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


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


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.



Pá

gin

a 1

26

Figura 83: Muestras en el horno


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




Pá

gin

a 1

27

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


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


Tabla 21: Masa retenida en cada malla


(milímetros)

masa retenida (gramos)


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




Pá

gin

a 1

28

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


(milímetros)

porcentaje (%)


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


Tabla 23: Porcentaje retenido acumulado


(milímetros)

porcentaje retenido acumulado (%)


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


Tabla 24: Porcentaje que pasa


(milímetros)

porcentaje que pasa (%)


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




Pá

gin

a 1

29

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


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




Pá

gin

a 1

30

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


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



Pá

gin

a 1

31

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


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


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




Pá

gin

a 1

32

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


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




Pá

gin

a 1

33

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


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


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



Pá

gin

a 1

34

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


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




Pá

gin

a 1

35

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


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.



Pá

gin

a 1

36

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




Pá

gin

a 1

37

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


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



Pá

gin

a 1

38

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


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




Pá

gin

a 1

39

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


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




Pá

gin

a 1

40

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)


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




Pá

gin

a 1

41

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


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



Pá

gin

a 1

42


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


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




Pá

gin

a 1

43

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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44

% 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 = 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%.



Pá

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a 1

45

Gravedad específica asfalto modificado con caucho con agua destilada a temperatura

ambiente:



𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 1,026 ∗ 999,1 = 1025,0766 𝐾𝑔/𝑚3

Gravedad especifica del asfalto modificado con caucho con agua de grifo a 25 C:



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




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a 1

46

Figura 102: Ensayos de ductilidad

Asfalto convencional (izquierda), asfalto modificado (derecha)


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)


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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47

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)


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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48

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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49

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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50

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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ANEXOS



ANEXO 1: REGISTRO SENAPI



ANEXO 2: CONVENIO UPEA

EMAVIAS



ANEXO 3: CARTAS DE

SOLICITUD PARA REALIZAR

ENSAYOS EN EMAVIAS Y CARTA

DE ACEPTACIÓN



ANEXO 4: POSTER PROYECTO



ANEXO 5: COTIZACIONES