USO DE ACEITE QUEMADO PARA MEJORAR BASES Y SUBBASES GRANULARES

Grupo Investigación Geotecnia Universidad Militar Nueva Granada

Ing. Oscar Javier Reyes Ortiz MsC., Ingeniero Civil de la Universidad de Los Andes. Magíster en Ingeniería Civil de la Universidad de los Andes. Jefe del área de Geotecnia

de la universidad Militar Nueva Granada. Ing. Myriam Porras, Ingeniera Civil Universidad Militar Nueva Granada, Estudiante

especialización infraestructura vial y geotecnia Universidad Javeriana

Grupo CECATA – Universidad Javeriana Fredy Reyes Lizcano Ph.D, Ingeniero Civil de la universidad Javeriana. Doctorado

ENSM LCPC France. Director especialización infraestructura vial y pavimentos Universidad Javeriana.

RESUMEN El artículo describe la realización de un estudio experimental de laboratorio para la viabilidad del empleo de aceite quemado producido por el parque automotor de las grandes metrópolis en la mejora de las propiedades mecánicas del material granular empleado para la construcción de las estructuras de pavimentos. Los ensayos ejecutados y analizados fueron: Ensayo proctor estándar y modificado y C.B.R. de laboratorio. La investigación se enfoco en determinar el porcentaje de aceite quemado o la combinación entre agua y aceite quemado a introducir en una estructura de pavimento en las capas de base y súbase granular según granulometrías del Instituto de Desarrollo Urbano (IDU). Los principales resultados de la investigación correspondieron en determinar el efecto que genera el aceite quemado en la estabilización o mejora de las propiedades mecánicas de las bases y subbases granulares mediante los ensayos de C.B.R. y proctor PALABRAS CLAVES C.B.R., ensayo de compactación (proctor estándar y modificado), aceite, bases y subbases granulares, contenido de humedad óptima y estructura de pavimento. 1. MARCO TEORICO Se llama aceite usado a todos los aceites industriales lubricantes construidos con base mineral o sintética, que se hayan vuelto inadecuados para el uso que se les hubiere asignado inicialmente. Se trata de aceites usados tales como aceites minerales

lubricantes o provenientes de motores de combustión, turbinas y sistemas hidráulicos. REF [1] El negocio de los aceites en el mundo es complejo, grande y muy rentable. Los países europeos consumen anualmente unos 4.7 millones de toneladas, Japón 2.2 millones y Estados unidos de América 7.6 millones. Los aceites residuales generados representan más del 60% de los aceites lubricantes consumidos. Esto hace que los aceites usados sean uno de los residuos contaminantes más abundantes que se generan actualmente, pudiendo alcanzarse la cifra de 24 millones de Tm/año Los lubricantes se contaminan durante su utilización con productos orgánicos de oxidación y otras materias tales como carbón, producto del desgaste de los metales y otros sólidos, lo que reduce su calidad. Cuando la cantidad de estos contaminantes es excesiva el lubricante ya no cumple lo que de él se demandaba y debe ser reemplazado por otro nuevo. Estos son los llamados Aceites Usados, de Desecho o Residuales y deben ser recogidos y reciclados para evitar la contaminación del medio ambiente y para preservar los recursos naturales.

Figura No. 1. Aceite Lubricante Los aceites usados se están eliminando por procedimientos como el vertido en terrenos y cauces de agua o la combustión indiscriminada que no aprovechan su auténtico valor potencial, produciendo, por el contrario, peligrosas contaminaciones en el medio. 2. COMPOSICION Y CLASIFICACION DE LOS ACEITES USADOS Los aceites usados son una mezcla muy compleja de los productos más diversos. Un lubricante está compuesto por una mezcla de una base mineral o sintética con aditivos (1 -20%). Durante su uso se contamina con distintas sustancias, tales como:

• Agua • Partículas metálicas, ocasionadas por el desgaste de las piezas en movimiento y

fricción • Compuestos órgano metálicos conteniendo plomo procedente de las gasolinas • Ácidos orgánicos o inorgánicos originados por oxidación o del azufre de los

combustibles • Compuestos de azufre • Restos de aditivos: fenoles, compuestos de zinc, cloro y fósforo • Compuestos clorados: Disolventes, PCBs y PCTs • Hidrocarburos polinucleares aromáticos (PNA)

Los aceites no se disuelven en el agua, no son biodegradables, forman películas impermeables que impiden el paso del oxigeno y matan la vida tanto en el agua como en tierra, esparcen productos tóxicos que pueden ser ingeridos por los seres humanos de forma directa o indirecta. Los hidrocarburos son sustancias que contienen elementos que no son biodegradables (en el mar el tiempo de eliminación de un hidrocarburo puede ser de 10 a15 años). Y la contaminación en el agua de 1 litro de aceite puede llegar a 1.000.000 de agua y un litro de aceite puede cubrir 1000 m2, perturbando gravemente el desarrollo de la vida acuática. Como vemos uno de los puntos ambientales donde puede producirse una polución muy importante es en el agua. El lubricante que se pierde de los mecanismos, el lubricante usado que se elimina a través de desagües y que alcanza las capas freáticas .El vertido de aceites usados en los cursos de aguas deteriora notablemente la calidad de las mismas, al ocasionar una capa superficial que impide la oxigenación de las aguas y produce la muerte de los organismos que las pueblan. REF [2] 3. METODOLOGÍA Y CARACTERIZACION DE LOS MATERIALES Para el desarrollo del estudio experimental en cuestión, se realizaron las siguientes actividades: 1. Se determino que las curvas granulométricas a empelar en el estudio eran las de

bases y subbases granulares (Se utilizaron las curvas granulométricas A,B,C y D para bases y las curvas granulométricas A,B y C para subbases, de acuerdo con las especificadas del Instituto de Desarrollo Urbano IDU.) Gráfica No. 1

CURVAS GRANULOMETRICAS - IDU

0

20

40

60

80

100

0.1110100

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS (mm)

POR

CEN

TAJE

QU

E PA

SA

BASE A

BASE B

BASE C

BASE D

SUBBASE A

SUBBASE B

SUBBASE C

Grafica No. 1. Curva granulométrica.

2. Caracterización del material granular (Determinación del contenido de materia

orgánica, humedad natural, límites de Atterberg, desgaste de la máquina de los Ángeles, equivalente de arena etc.)

Para el estudio se empleo material granular proveniente de la cantera “Manas”, ubicada en el municipio de Cajica-Cundinamarca, cuya formación geológica es de un material rocoso sedimentario de la edad cretácea, pertenecientes a la formación Plaeners que hace parte de la formación Guadalupe

Las características del material se obtuvieron a partir de los ensayos de límites de Atterberg, desgaste por la máquina de los Ángeles, contenido de materia orgánica, determinación de la humedad natural, equivalente de arena, gravedad específica, proctor estándar y C.B.R.

Tabla No. 1. Características del material granular

ENSAYO METODO VALOR Contenido DE materia orgánica

INV E - 121 0.75%

Contenido DE humedad natural

INV E - 122 2.16%

Análisis granulométrico INV E - 123 18% Resistencia al desgaste ASTM C 131-81 25% Equivalente de arena ASTM D 2419 15% Densidad y humedad óptima método proctor modificado

ASTM D 1557-78 Wop=7.8% Densidad = 2.11 ton/m3

Gravedad específica INV E - 128 2.58 3. Caracterización del aceite quemado

Las pruebas de laboratorio para aceites usados que se realizaron fueron la gravedad específica, viscosidad, número de neutralización, insolubles en pentano y benceno, determinación del color, punto de inflamación y combustión, porcentaje de cenizas y demulsibilidad, que se encuentran en la tabla n 2.

Tabla No. 2. Características del aceite quemado.

ENSAYO METODO VALOR

Viscosidad a 100ºC cSt D445 13.8 Contenido Combinado (%vol) FTIR 0%

Número neutralización D664-58 0.75 Color D1500-58T Rojo vinotinto

Punto de inflamación D92-57 95 ºC Punto de combustión D92-57 120 ºC Metales de desgaste

Hierro E.E.U. 9 p.p.m. Cromo E.E.U. 3 p.p.m. Cobre E.E.U. 1 p.p.m. Silicio E.E.U. 7 p.p.m.

Aluminio E.E.U. 5 p.p.m. Estaño E.E.U. 0 p.p.m.

4. Ejecución de los ensayos de compactación proctor estándar y proctor modificado,

para determinar la humedad óptima de agua, aceite y combinación de agua con aceite, en los materiales granulares empleados.

5. Ejecución de los ensayos C.B.R. de laboratorio para los porcentajes de humedad

óptima para agua, aceite y combinación de las dos. 6. Comparación y análisis de los resultados para los ensayos de proctor estándar,

proctor modificado y C.B.R. de laboratorio. 4. CONCLUSIONES Con los resultados obtenidos en los ensayos proctor estándar, proctor modificado y C.B.R. de laboratorio, se pudo concluir la viabilidad del empleo de aceite quemado para mejorar la resistencia mecánica y densidad máxima de algunas bases y subbases granulares, de acuerdo con las especificaciones granulométricas del Instituto de Desarrollo Urbano. Teniendo en cuenta la conclusión anterior, a continuación, se extraen los resultados obtenidos para las bases granulares con adición total o parcial de aceite quemado en los ensayos de proctor estándar (Figura No. 2), proctor modificado (Figura No. 3) y C.B.R. de laboratorio (Figura No. 4), concluyendo con base en la muestra patrón (Humedad óptima con 100% de agua) lo siguiente:

75% AGUA - 25% ACEITE

50% AGUA - 50% ACEITE

25% AGUA - 75% ACEITE

100% ACEITEA B C D

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Porcentaje

Tipo de Granulometria

PROCTOR ESTANDAR PARA BASES

FIGURA No. 2

De los ensayos proctor estándar y modificado, la densidad máxima presenta

incremento para reemplazo total o parcial de aceite por agua, excepto para la base tipo C, con una combinación de 25% de agua y 75% de aceite y un decremento del 0.3%.

75% AGUA - 25% ACEITE

50% AGUA - 50% ACEITE

25% AGUA - 75% ACEITE

100% ACEITE

A B C D-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

Porcentaje

Tipo de Granulometria

PROCTOR MODIFICADO PARA BASES

FIGURA No. 3

El mayor incremento de la densidad máxima en los ensayos de compactación

(proctor estándar y modificado) fue de 7.5% para la base tipo C, con una combinación de 75% de agua y 25% de aceite.

Los incrementos de densidad máxima para el ensayo de proctor estándar oscilan

entre 0.8% y 7.5% y 0.5% y 7.0% para el ensayo de proctor modificado. Los mayores incrementos de la densidad para los ensayos de proctor estándar y de

proctor modificado se encuentran para las combinaciones de 75% de agua y 25% de aceite y para 50% de agua y 50% de aceite, respectivamente.

Para la resistencia mecánica calculada a partir de los ensayos de C.B.R. de

laboratorio, se determinó que para las bases tipo B, en combinaciones de 25%, 50% y 100% de aceite, existe un descenso de la resistencia mecánica, así como para la base tipo C en la combinación 50% de agua y 50% de aceite.

La resistencia mecánica máxima se encuentra en las muestras de base tipo A, con

incrementos entre el 47% y 62%.

75% AGUA - 25% ACEITE

50% AGUA - 50% ACEITE

25% AGUA - 75% ACEITE

100% ACEITEAB

CD

-10.0

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

Porcentaje

Tipo de Granulometria

C.B.R. PARA BASES

FIGURA No. 4

Mientras que para las subbases granulares con adición total o parcial de aceite quemado en los ensayos de proctor estándar (Figura No.5), proctor modificado (Figura No. 6) y C.B.R. de laboratorio (Figura No. 7), las conclusiones establecidas con base en la muestra patrón (Humedad óptima con 100% de agua) fueron:

75% AGUA - 25% ACEITE

50% AGUA - 50% ACEITE

25% AGUA - 75% ACEITE

100% ACEITEAB

C

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

Porcentaje

Tipo de Granulometria

PROCTOR ESTANDAR PARA SUBBASES

FIGURA No. 5

• El mayor incremento de la densidad máxima en el ensayo proctor estándar es 6%, en la subbase C y con una combinación de 75% de agua y 25% de aceite.

• Los incrementos de densidad máxima para el ensayo de proctor estándar oscilan

entre 1.25% y 6.0% y entre 0.5% y 8.25% para el ensayo de proctor modificado. • Los mayores incrementos de densidad máxima para el ensayo de proctor estándar y

proctor modificado se encuentran en las combinaciones de 75% de agua y 25% de aceite y 50% de agua y 50% de aceite, respectivamente.

75% AGUA - 25% ACEITE

50% AGUA - 50% ACEITE

25% AGUA - 75% ACEITE

100% ACEITE

AB

C0.01.02.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

Porcentaje

Tipo de Granulometria

PROCTOR MODIFICADO PARA SUBBASES

FIGURA No. 6

• Para la resistencia mecánica calculada con el ensayo de C.B.R. de laboratorio, la

subbase tipo A, en las diferentes combinaciones de agua con aceite, siempre presentó un descenso en su resistencia, las cuales llegaron hasta un 23% con respecto a la muestra patrón.

75%

AG

UA

- 25%

AC

EITE

50%

AG

UA

- 50%

AC

EITE

25%

AG

UA

- 75%

AC

EITE

100%

AC

EITE A B C

-25.0

-20.0

-15.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

10.0

15.0

Porcentaje

Tipo de Granulometria

C.B.R. PARA SUBBASES

FIGURA No. 7

5. BIBLIOGRAFIA REF[1] Departamento técnico administrativo del medio ambiente “DAMA”. Resolución 0318 de febrero 14 de 2000. Colombia, 2000. REF [2] DEPUROIL S.A. Riesgos medio ambiente. 2000. REF[3] Reyes Ortiz, Oscar Javier. Uso de aceite quemado para estabilizar bases y subbases granulares. Uniandes. 1997. REF[4] Reyes Lizcano, Freddy. Diseño de pavimentos por métodos racionales. Uniandes. 1997. RE[5] Porras, Myriam y Yesi Rodríguez. Uso de aceite quemado para mejorar las propiedades mecánicas de bases y subbases granulares. Universidad Militar “Nueva Granada”. 2000 REF[6] Instituto de Desarrollo Urbano. Especificaciones técnicas de construcción. IDU. 1998. REF[7] Instituto Nacional de Vías. Normas Técnicas INVIAS. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. 1998. REF [8] Fernández, Carlos. Mejoramiento y estabilización de suelos. Editorial. Limusa 1982.