Aceite Quemado

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 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 100 80 60 40 20

   A    S    A    P    E    U    Q    E    J    A    T    N    E    C    R    O    P

BASE A BASE B BASE C BASE D SUBBASE A SUBBASE B SUBBASE C

0 100

10

1

0.1

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS (mm)

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 Contenido DE materia INV E - 121 orgánica Contenido DE humedad INV E - 122 natural  Análisis granulométrico INV E - 123 Resistencia al desgaste ASTM C 131-81 Equivalente de arena ASTM D 2419 Densidad y humedad óptima  ASTM D 1557-78 método proctor modificado Gravedad específica INV E - 128 3. Caracterización del aceite quemado

VALOR 0.75% 2.16% 18% 25% 15% Wop=7.8% Densidad = 2.11 ton/m 3 2.58

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 Viscosidad a 100ºC cSt Contenido Combinado (%vol) Número neutralización Color Punto de inflamación Punto de combustión Metales de desgaste Hierro Cromo Cobre Silicio  Aluminio Estaño

METODO D445 FTIR D664-58 D1500-58T D92-57 D92-57

VALOR 13.8 0% 0.75 Rojo vinotinto 95 ºC 120 ºC

E.E.U. E.E.U. E.E.U. E.E.U. E.E.U. E.E.U.

9 p.p.m. 3 p.p.m. 1 p.p.m. 7 p.p.m. 5 p.p.m. 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:

PROCTOR ESTANDAR PARA BASES

8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 Porcentaje

3.0 2.0 75% AGUA - 25% ACEITE

1.0

50% AGUA - 50% ACEITE

0.0

25% AGUA - 75% ACEITE

 A

100% ACEITE

B

C

D

Tipo de Granulometria



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%. PROCTOR MODIFICADO PARA BASES

7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0

Porcentaje

1.0 75% AGUA - 25% ACEITE

0.0

50% AGUA - 50% ACEITE

-1.0

25% AGUA - 75% ACEITE 100% ACEITE

FIGURA No. 3



 A

B

C

D

Tipo de Granulometria

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%. C.B.R. PARA BASES

70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 Porcentaje

20.0 10.0

75% AGUA - 25% ACEITE

0.0

50% AGUA - 50% ACEITE

-10.0

25% AGUA - 75% ACEITE

 A

B

Tipo de Granulometria

100% ACEITE

C

D

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:

PROCTOR ESTANDAR PARA SUBBASES

7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 Porcentaje

2.0 1.0

75% AGUA - 25% ACEITE

0.0

50% AGUA - 50% ACEITE 25% AGUA - 75% ACEITE

-1.0  A

100% ACEITE

B

Tipo de Granulometria

•

•

•

C 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.

PROCTOR MODIFICADO PARA SUBBASES

9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 Porcentaje 3.0 75% AGUA - 25% ACEITE

2.0

50% AGUA - 50% ACEITE

1.0

25% AGUA - 75% ACEITE

0.0

100% ACEITE

 A

FIGURA No. 6

•

C

B

Tipo de Granulometria

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. C.B.R. PARA SUBBASES 15.0 10.0 5.0 0.0 -5.0 -10.0 Porcentaje -15.0    E    T    I    E    C    A    %    5    2      A    U    G    A    %    5    7

-20.0    E    T    I    E    C    A    %    0    5      A    U    G    A    %    0    5

-25.0    E    T    I    E    C    A    %    5    7      A    U    G    A    %    5    2

   E    T    I    E    C    A    %    0    0    1

 A

C B Tipo de Granulometria

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.