Lopera Palacio Nuevo

7/7/2015 LOPERAPALACIO

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DYNA,Vol.80,Nm.179(2013)

DISEODEMEZCLAASFLTICATIBIAAPARTIRDELAMEZCLADEASFALTOYACEITECRUDODEPALMA

WARMMIXASPHALTDESIGNFROMMIXASPHALTANDCRUDEPALMOIL

CONRADOH.LOPERAPALACIOMagisterenIngeniera:infraestructuraysistemadetransporte,UniversidadNacionalde

ColombiaSedeMedelln,[email protected]

JORGEE.CRDOBAMAQUILNPh.D.Ingeniera.ProfesorEscueladeIngenieraCivil,FacultaddeMinas,UniversidadNacionalde

ColombiaSedeMedelln,[email protected]

RecibidopararevisarMarzo13de2012,aceptadoSeptiembre25de2012,versinfinalMarzo3de2013

RESUMEN:Elaumentodelaconcienciaambientalyunaregulacinmsestrictadelasemisionesatmosfricashanpermitidodesarrollarlasmezclasasflticastibias(WMA).Estasmezclasseproducenaunatemperaturamenorquelasmezclasencalientesreduciendolaviscosidaddelasfaltoydisminuyendoloscostosdeproduccinporlareduccinenelconsumodecombustible.ParareducirlaviscosidadabajastemperaturasseutilizanaditivosqumicossinembargoeslaprimeravezqueseutilizaenColombiaelaceitecrudodepalmacomoaditivoreductordeviscosidaddelasfalto.ColombiaeselprimerproductordeaceitedepalmaenAmricaLatinayelcuartoanivelmundial.Lagradacindelamezclaseobtuvocon54.1%degruesos,41.7%definosy4.2%dellenanteutilizandocalhidratada,ysemezclconasfaltodepenetracin6070,modificadoconcrudodepalmaal1%.EldiseoserealizporelmtodoMarshall,latemperaturadeproduccindelamezclaseredujo,ascomolaviscosidaddelasfaltoysemejoreldesempeodelamezclaasflticatibiacomparadaconlamezclaasflticaencaliente.

PALABRASCLAVE:Mezclasasflticastibias,viscosidad,temperatura,asfalto,aceitecrudodepalma.

ABSTRACT:Increasedenvironmentalawarenessandstricterregulationofatmosphericemissionshavealloweddevelopthewarmmixasphalt(WMA).Thesemixturesareproducedatalowertemperaturethanthemixturesinhotreducingtheviscosityoftheasphaltanddecreasingproductioncostsbyreducingthefuelconsumption.ToreducetheviscosityatlowtemperaturesusingchemicaladditivesyetitisthefirsttimethatisusedinColombiacrudepalmoilasanadditivereducerinasphaltviscosity.ColombiaisthelargestproducerofpalmoilinLatinAmericaandthefourthworldwide.Thegradationofthemixturewasobtainedwith54.1%offat,41.7%finesand4.2%offillingusinghydratedlime,andmixedwith6070penetrationasphalt,modifiedwith1%crudepalm.ThedesignisperformedbytheMarshallmethod,theproductiontemperatureofthemixtureisreducedandtheviscosityoftheasphaltandimprovedperformanceofthewarmmixasphaltcomparedtothehotmixasphalt.

KEYWORDS:Warmmixasphalt,viscosity,temperature,asphalt,crudepalmoil.



1.INTRODUCCINLascarreterassonesencialesparaelbienestardelahumanidad,tantoentrminossocialescomoeconmicos,peroesinnegablequesuconstruccin,mantenimientoyusotienenunimpactonegativoenelambiente.Paraminimizarpartedeesosimpactos,larespuestadelosingenieroshasidolaproduccinyaplicacindemezclasasflticasatemperaturareducida.Enestalnea,sehadesarrolladolatcnicaparaproducirlasmezclastibias,lacualexploralasdistintasopcionesysueficaciaalahoradereducirelimpactomedioambientalenlaconstruccinymantenimientodelascarreteraspavimentadas.

Efectivamente,unamayorconcientizacinacercadelnecesariosostenimientodelmedioambienteaunadoalasestrictasregulacionesdeemisionesdegasesporpartedelosentesreguladoreshallevadoaquesedesarrollennuevastcnicasparalaproduccindemezclasdeasfaltotibio(WMA,WarmMixAsphalt)conlocualsebuscareducirlasaltastemperaturasutilizadasenlaproduccindelasmezclasencaliente(HMA,HotMixAsphalt).Enestecontexto,laIngenieraCivilproponecomoprincipalinnovacinlautilizacindemezclasasflticasen"tibio",conlascualesloquesepretendeesreducirlastemperaturasdemezclado,compactacinyviscosidaddelamezclaasfltica.

Conscientedelaimportanciaqueparaelequilibrioambientaltienelautilizacindelasmezclasdeasfaltotibias,lapresenteinvestigacintienecomopropsitodisearyproducirenlaboratoriomezclasasflticastibiasapartirdelamezcladeasfaltoyaceitecrudodepalma.Losbeneficiosesperadossevernreflejadosenlareduccindelconsumodeenergadurantelaproduccindelamezclaasflticaylareduccindelasemisionestantoenlafasedeproduccincomoenladecolocacin.

Existenvariosmtodosparalaproduccindeestetipodemezclas(WMA)estosmtodostienenencomnlareduccindelaviscosidaddelasfaltoaunatemperaturadeterminada,locualpermitealagregadoestarplenamentecubiertoatemperaturasmsbajasqueenlaproduccindelamezclaasflticaencaliente(HMA).

LasinvestigacionessobreWMAsehancentradomuchoenlaproduccinconvariastecnologas.Enestetrabajoseinvestigaelpotencialdelaceitecrudodepalmacomoagentereductordelaviscosidadenelasfaltoparaposteriormenteevaluarsuscaractersticasdedesempeoycompararlasconlasdelamezclaencaliente(HMA).

2.MARCOTERICOLasmezclastibiassedescribencomoaquellasqueseproducenatemperaturasmenoresquelasmezclasencaliente,esdecirentre100Cy135C,suproduccininvolucranuevastecnologasapartirdeloscualesesposibleproducirycolocarlosconcretosasflticosatemperaturassensiblementeinferioresalastcnicasconvencionales.ElconceptodemezclatibiasurgienEuropa[1],traslanecesidaddeunamezclabituminosaqueofrecieraeconomadeenergaytuvieraelmismodesempeodelasmezclasbituminosasencaliente.

Eldesarrollodeestatecnologaconenfoqueenlareduccindetemperaturademezcla[2]ycompactacinempezen1997,paracumplirconelProtocolodeKyoto[3].Estaalternativatambinfacilitaeltrabajodepavimentacinenlospasesenlosqueelinviernoesmuyriguroso[4],unavezquelamezclatibiaenframslentamentequelamezclaencaliente.

En2002,especialistasdelosEstadosUnidos[5]empezaronainvestigarestatcnica,querpidamenteseraadoptadaporesepas[6].EnBrasil,seempezainvestigarlatecnologa,adaptndolaparalascondicionesdetrabajoslocales.

2.1Antecedentesenlaproduccindemezclasasflticastibias(WMA)Losantecedentescronolgicoseneltrabajoconmezclastibiassepresentanenlatabla1.



2.2AceiteCrudodePalmaLapalmadeaceiteesunaplantatropicalpropiadeclimasclidosquecreceentierraspordebajodelos500metrossobreelniveldelmar.SuorigenseubicaenelgolfodeGuineaenelfricaoccidental.Deahsunombrecientfico,ElaeisguineensisJacq.,ysudenominacinpopular:palmaafricanadeaceite.SuintroduccinalaAmricatropicalseatribuyealoscolonizadoresycomerciantesesclavosportugueses,quelausabancomopartedeladietaalimentariadesusesclavosenelBrasil.

En1932,FlorentinoClaesfuequienintrodujolapalmaafricanadeaceiteenColombiayfueronsembradasconfinesornamentalesenlaEstacinAgrcoladePalmira(ValledelCauca).Peroelcultivocomercialslocomenzen1945cuandolaUnitedFruitCompanyestableciunaplantacinenlazonabananeradeldepartamentodelMagdalena.

LaexpansindelcultivoenColombiahamantenidouncrecimientosostenido.Amediadosdeladcadade1960existan18.000hectreasenproduccinyhoyexistenmsdede360.000hectreas(2010)en73municipiosdelpas.

2.3PlantadepalmadeaceiteEnunapalmadeaceitesemezclanfloresmasculinasyfemeninas,delasquenacenfrutospormillares,esfricos,ovoidesoalargados,paraconformarracimoscompactosdeentre10y40kilogramosdepeso.Antesdeadquirirelcoloranaranjadorojizodelsoltropicalquelesbrindalamadurez,losfrutossondecolorvioletaoscuro,casinegro.Ensuinteriorguardanunanicasemilla,laalmendraopalmiste,queprotegenconelcuesco,unendocarpioleosorodeado,asuvez,porunapulpacarnosa.Ambas,almendraypulpa,proveenaceite.Laprimera,eldepalmiste,ylasegunda,eldepalmapropiamentedicha.

Elprocesamientodelosfrutosdelapalmadeaceitesellevaacaboenlaplantadebeneficiooplantaextractora.Enellasedesarrollaelprocesodeextraccindelaceitecrudodepalmaydelasalmendrasodelpalmiste.Elprocesoconsisteenesterilizarlosfrutos,desgranarlos,macerarlos,extraerelaceitedelapulpa,clarificarloyrecuperarlasalmendrasdelbagazoresultante.Delasalmendrasseobtienendosproductos:elaceitedepalmisteylatortadepalmistequesirveparaalimentoanimal.

Alfraccionarelaceitedepalmaseobtienentambindosproductos:laolenaylaestearinadepalma.Laprimeraeslquidaysepuedemezclarconcualquieraceitevegetal,laotraeslafraccinmsslidaysirveparaproducirgrasas,principalmentemargarinasyjabones.Laspropiedadesdecadaunadelasporcionesdelaceitedepalmaexplicansuversatilidad,ascomosusnumerosasaplicaciones.

Porsucomposicinfsica,elaceitedepalmapuedeusarseendiversaspreparacionessinnecesidaddehidrogenarse,procesomedianteelcualseformanlasgrasastrans,indeseablescidosgrasosprecursoresdeenfermedadescomoladiabetesylosproblemascardiovasculares,entreotras.

3.METODOLOGIAElestudioqueserealizfuedetipoexperimental,ydurantelainvestigacinelbioasfaltoseevaluensudesempeoutilizandocomotcnicalosensayosdelaboratorio.

Lasactividadesmsimportantesquesedesarrollaronfueron:



Ubicacinyseleccindelasfuentesdeproduccindeaceitecrudodepalma,paracaracterizardichocrudo,identificarsuscomponentesydefinirconbaseenlosresultadoselmaterialvegetalqueresultamsapropiadoparautilizarlocomomodificadordelaviscosidaddelasfalto.Caracterizacindelasfaltobasequesedeseamodificar,paradefinirsuspropiedades.Dosificacinymezclaenlaboratorio,delasproporcionescrudodepalmayasfaltobase.RealizacindeensayosdeviscosidadBrookfield,paracadaporcentajedeadicindecrudodepalma.Elaboracindecurvasdeviscosidadvstemperatura,ensayosdepenetracin,puntodeablandamientoendicedepenetracindelbioasfaltoproducido.Escogenciadelporcentajeptimodecrudodepalma,queleproporcionealasfaltobaselamayordisminucindelaviscosidadalamismatemperatura,ycumplalanormaINVIAS.Elaboracindelacurvareolgicadelasfaltomodificado(bioasfalto),conelfindedeterminarlastemperaturasmezcladoycompactacindelasmezcla.Definicindelafuentedelosmaterialesptreos,paraelaborarlamezclaasfltica.Caracterizacinpormediodeensayosdelaboratorio,delosmaterialesautilizardeacuerdoalanormaINVIAS2007.CalcularlacurvagranulomtricaparaunamezclaasflticasemidensaMSC2,ydefinirlacomocurvaparalafrmuladetrabajo.Fabricacindelasprobetasautilizar,paracadaporcentajedeasfaltodefinido.ElaboracindeldiseodelamezclaasflticadeacuerdoalmtodoMarshall,dibujarlascurvasydefinirlaformuladetrabajo.Elaboracindelasprobetasusadasenlaboratorio,conlafrmuladetrabajoobtenidaparaejecutarlaspruebasdedesempeodinmicodelasmezclas.Comparacindelosresultadosdedesempeodelamezclatibiaconresultadosdelasmezclasencaliente.

4.RESULTADOS

Despusdeanalizarvariasmuestrasdediferentespartesdelpas,seseleccionlamuestrade"dismaprim",estaplantacinestubicadaeneldepartamentodeCundinamarcaycuentaconlassiguientescaractersticasqumicas:crudodePalma100%vegetal,aparienciasemislida,colornaranjaorojizo.Dependiendodeltiempodealmacenamientopuedecambiarlaacidezypuedepresentarunolorrancio.Enlatabla2sepuedenverlascaractersticasdelamuestraescogida.



OtrasmuestrasanalizadasfueronsuministradasporPalmagro,ubicadaenbecerrilCesarycrudodepalmadeSantaMarta,ningunadeestasmuestrascumplieronconloscontrolesdecalidad,poresosedescartaron,vertablas3y4respectivamente.



Serealizanlosensayosdelaboratorioconelfindeidentificarlascaractersticasdelasfaltobaseautilizar,cuyosresultadossepuedenverenlatabla5.



DadoqueelcrudodePalmaseconsideracomounaditivomodificadordelaviscosidaddelasfaltobase,suutilizacinydosificacinobedecialosparmetrosqueseusanparadichosobjetivos,esdecir,seestableceunacantidadqueseamenora1%,controlandolosresultadosobtenidosconcadaporcentaje.Paratalefectoseconsideraroncantidadesde0.3%,0.5%,0.7%y1.0%generandoconestosvaloresunaregresinlogartmicaenelplanoviscosidadvstemperatura.

4.1ViscosidadesparalamezclaasfaltoycrudodepalmaSerealizensayodeviscosidadparalamezcladeasfaltobaseyaceitecrudodepalmaenlosporcentajesde0.3%,0.5%,0.7%y1.0%yadiferentestemperaturas,yadistintasmuestras,entreellas"dismaprim"y"palmagro"resultadosquesemuestranenlastablas6y7,ydondesepuedeobservarqueelcrudodepalmaprocedentede"dismaprim",yconel1%deadicinconrelacinalpesodelasfalto,poseeelmayorpotencialreductordelaviscosidad.



Delosresultadosobtenidosdelatablas6y7,seescogeelcrudodepalmaprocedentedeDismaprim,yconel1%deadicinconrelacinalpesodelasfalto.

4.2CaractersticasdelosmaterialesLosmaterialesptreosseobtienendeunaplantaparaelprocesamientodeagregadosenelValledeAburrydelacualseobtienelacaracterizacindeacuerdoaensayosrealizadosadichasmuestras,dondelasproporcionesfueronde54.1%gruesos,un41.7%definosyun4.2%dellenante.ParadeterminarenellaboratoriolaspropiedadesdelmaterialseutilizaronlasnormasdelInstitutoNacionaldeVas(INVIAS)2007.ElBioasfaltoutilizadofueelaceitecrudodepalmade"dismaprim"al1%,paralaproduccindelamezclaseutilizeldiseoMarshallconelcual



seobtuvolaformuladetrabajoquesirviparaelaborarlasbriquetasyevaluareldesempeodelamezcla.

Enlastablas8,9y10sepuedenobservarlacaracterizacindelosagregadosgruesos,finos,llenantemineralylosvaloresdelanormaINVIAS,dondesepuedeevidenciarquelosagregadoscumplencondichanorma.



ElasfaltoutilizadofueNormalizadodepenetracin6070modificadoconcrudodepalmaal1%,ycuyascaractersticassepuedenverenlatabla11.

4.3DiseoMarshallMedianteelensayoMarshallsedeterminelcontenidoptimodebetnparaunamezcladeagregadosdecomposicinygranulometradeterminada.Paraelloseprepararoncincojuegosdetresbriquetascon75golpesporcadacaraconincrementosdelmedioporciento(0.5%)enelcontenidodeasfaltoenpesosobrelamezclatotal.

Loscontenidosdeasfaltovariarondesde4.0hasta6.5%,losagregadosenfraccionesrepresentativasfueroncalentadosaunatemperaturade165C,elasfaltosecalenta155Cysemezclaronhastaobtenerunconjuntohomogneo.

Lasprobetassecompactaronaunatemperaturade140Ccon75golpesporcadacara,conlaenergadecompactacincorrespondienteaunmartillode10lbs.depesoy18"decada.Unavezfraslasbriquetassedeterminaronladensidadsecayladensidadhmedasuperficieseca,comoespecficalanorma.Adems,serealizanlosensayosdeestabilidadydeformacin,previainmersinenunbaodeaguaa60Cyduranteuntiempode30minutos.Enlatabla12seobservanlasespecificacionestcnicasdelINVIASparamezclaasflticas.



4.3.1FormuladetrabajoDeacuerdoconlosresultadosobtenidos,lasnormasdediseodelINVIAS,dediseodemezclasasflticas,seescogilaformuladetrabajoquesedescribeenlatabla13.

4.4ModuloDinmicoSedeterminelmdulodinmicodeunaprobetatipoMarshall,pormediodelprincipiodetensinindirecta.Elprincipioenunciaquealaplicarunacargacompresivaatravsdeldimetrodeunamuestracilndrica,seproduceunatensinsobreundimetroortogonalalcualseaplicalacarga.Alregistrarlacargaverticalaplicadayladeformacinhorizontalproducidaseobtuvoelmdulodinmico[MPa],cuyosresultadossepuedenverenlafigura1.



4.5DeformacinpermanenteLapruebaestilparaidentificarelpotencialdeahuellamientodeunamezclaasfltica,teniendoencuentaquelamezclanoserahuellablesialcabodelos3600ciclosdecargaelporcentajededeformacinaxial(relacinentreladeformacinverticalfinalyelespesorinicial)enlosespecmenesesmenordel1%,lamezclapodrserahuellablesistadeformacinaxialseencuentraentreel1%yel2%ynocumpleporahuellamientocuandoestadeformacinsuperael2%.Enlatabla14sepuedeverquelamezclanoserahuellable.

4.6FatigaaesfuerzocontroladoLosresultadosdelaspruebasderesistenciaalafatigaymdulodinmicoporesfuerzo



controladosepresentanenlatabla15.Lascondicionesnormalesdeensayoson20Cdetemperaturaydiferentesnivelesdeesfuerzohorizontalinducidoyfrecuenciade2,5Hz.

Conbaseenlosresultadosdelaboratorioqueseacabandepresentarserealizaunacomparacindeldesempeodelasmezclasasflticasencalienteylasmezclasasflticastibiasquesepuedeobservarenlatabla16,ydondesemuestraunbuendesempeodelamezclaasflticatibia.

5.CONCLUSIONESDeacuerdoalosresultadosdelosensayosdelaboratorio,podemosafirmarquelasmezclasasflticatibiasofrecenunagransolucinparaminimizarelimpactomedioambientalquegeneranlaemisindegasesdebidoalacombustinycalentamientodemateriales.EnelmundohayunagranvariedaddetecnologasconlascualessepuedenproducirmezclastibiaselcrudodepalmadeColombiaesotraalternativaviablequesepuedetenerencuentaparaestefin,lacualbrindabeneficioseconmicostcnicosyambientales.

Laspruebasdelaboratoriomuestranalcrudodepalmacomounaditivodegranpotencialreductordeviscosidadyasuvezlamezclaproducidaconestereflejaunabuenaresistenciamecnicaydesempeoproducidasamenortemperatura.

Delostrestiposdecrudodepalmaqueseevaluaron,elquebrindoelmejorresultadocomoreductorfueeldedismaprim,dadoqueseobtuvieronlosvaloresmsaltosdereduccinenviscosidad,porestaraznfueelutilizadoparamodificarelasfaltobaseal1%,ylatemperaturadeproduccindelamezclaselogrdisminuirde155ca126c.

REFERENCIAS[1]Koenders,B.G.,Stoker,D..,Bowen,C.,DeGroot,P.,Larsen,O.,Hardy,D.yWilms,P.K.,"Procesodeinnovacinenlaproduccindeasfaltoylaaplicacinparaobtenerbajastemperaturasdeoperacin".,.Barcelona:s.n.,CongresoyEurasphaltEurobitume.2000.[2]Koenders,B.G.,Stoker,D..,Robertus,C.,Larsen,O.yJohansen,J.,EspumaWAM,laproduccindeasfaltoatemperaturasdefuncionamientomsbajas".ISAP.2002.[3]Vaitkus,A.,Vorobjovas,V.,Ziliute,L.,"TheResearchontheuseofwarmmix".Riga:s.n.,BaltiicInstitute.2009.[4]Hassan,Marwa."LifeCycleAssessmentofWarmMixAsphaltAnEnvironmentalandEconomicPerspective".LousianaUniverty,CivilEngineeringClass.2009.[5]Gandhi,Tejash.Effectsofwarmasphaltadditivesonasphaltandmixturepropperties.



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