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Ingeniería. Revista de la Universidad de Costa Rica
Vol. 34, No. 1: 50-61, Enero-Junio, 2024. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica
Esta obra está bajo una Licencia de Creative Commons. Reconocimiento - No Comercial - Compartir Igual 4.0 Internacional
Inuencia de cáscara de papa calcinada en propiedades
de mezclas asfálticas en caliente
Inuence of calcined potato peel on properties of hot asphalt mixes
José Andrés Chiclote Rupay 1 , Abel Alberto Muñiz Paucarmayta 2
1 Universidad César Vallejo, Piura, Perú
correo: chrupayja@ucvvirtual.edu.pe
2 Universidad César Vallejo, Piura, Perú
correo: amunizp02@ucvvirtual.edu.pe
Recibido: 03/10/2023
Aceptado: 06/12/2023
Resumen
El presente estudio tiene como objetivo determinar la inuencia de la adición de cáscara de papa
calcinada en las propiedades físicas y mecánicas de mezclas asfálticas en caliente - Huánuco, 2023.
Con respecto a la metodología, se emplea un estudio cuantitativo, aplicado y de diseño experimental,
aplicándose la observación y la cha de registro en una muestra de 45 briquetas con adiciones de 2.0 %,
4.0 %, 6.0 % y 8.0 % de cáscara de papa calcinada, comparada con una muestra patrón que contiene 2.0
% de cal hidratada, donde se evalúan propiedades como el contenido de vacío, la resistencia al ujo y la
estabilidad. Los resultados muestran que el mejor contenido de aire se alcanzó con el 2.0 % de adición,
con un valor de 3.3% y la resistencia al ujo fue de 3.4 mm que se alcanzó con 2.0 % de adición de
cáscara de papa calcinada; no obstante, la estabilidad más elevada se obtuvo con 4.0 % de adición, siendo
el valor de 1,272.3 kg. Se concluye que, con una adición de 2.0 %, se logran las mejores propiedades
físicas y mecánicas de las mezclas asfálticas; sin embargo, no se evidenciaron variaciones signicativas
en la prueba de ANOVA para resistencia al ujo y la estabilidad (p > 0.05).
Palabras Clave:
Cáscara de papa,
contenido de vacíos,
estabilidad, propiedades
físico-mecánicas,
resistencia al ujo.
Keywords:
Flow resistance,
physical-mechanical
properties, potato peel,
stability, void content.
DOI: 10.15517/ri.v34i1. 56959
Abstract
The objective of this study is to determine the inuence of the addition of calcined potato peel on the
physical and mechanical properties of hot asphalt mixes - Huánuco, 2023. Regarding the methodology, a
quantitative, applied and experimental design study is used, applying the observation and the recording
sheet in a sample of 45 briquettes with additions of 2.0 %, 4.0 %, 6.0 % and 8.0 % of calcined potato peel,
compared with a standard sample containing 2.0 % hydrated lime, where They evaluate properties such as
void content, ow resistance and stability. The results show that the best air content was 3.3 % and ow
resistance was 3.4 mm, which was achieved with 2.0 % addition of calcined potato peel; However, the
highest stability was obtained with 4.0 % addition, the value being 1,272.3 kg. It is concluded that, with
an addition of 2.0 %, the best physical and mechanical properties of the asphalt mixtures are achieved;
However, no signicant variations were evident in the ANOVA test for ow resistance and stability (p
> 0.05).
CHICLOTE, MUÑIZ: Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente. 52
1. INTRODUCCIÓN
La inuencia de la cáscara de papa calcinada en mezclas
asfálticas es un tema de creciente interés en la industria de la
construcción y la ingeniería vial. En los últimos años, se ha
observado un aumento en la búsqueda de alternativas sostenibles
y ecoamigables para mejorar la calidad de las carreteras y reducir
el impacto ambiental de la industria del asfalto. Bajo este contexto,
se vio la necesidad de la incorporación de materiales orgánicos,
de manera que pueden inuir de manera signicativa en las
características de las mezclas asfálticas, por ejemplo, resistencia
mecánica, la durabilidad, resistencia al envejecimiento. La
utilización de la cáscara de papa calcinada contribuye a la gestión
de residuos agrícolas, al reducir la cantidad de desechos orgánicos
que se descartan de manera inadecuada, siendo el departamento
de Huánuco la segunda región con mayor producción de papa a
nivel nacional del Perú.
A nivel internacional, la Organización para las Naciones
Unidas (ONU) indica que en la mayoría de los países en vías
de desarrollo se evidencia una gran cantidad de vías con niveles
elevados de inseguridad: bien sea por no estar pavimentadas o
porque no se realiza el mantenimiento correspondiente. Así, el
grave estado de las vías ocasiona accidentes de trácos, muchos
de ellos fatales, destacándose como la décima causa de muertes
en el mundo en personas con edades entre 5 y 29 años, y el 93 %
ocurre en países con ingresos medianos a bajos [1].
En Latinoamérica y el Caribe, según la Cámara Andina de
Fomento (CAF), se estima una red vial de 3.6 millones de km
(188 km por cada 1,000 km2), que apenas representa el 13.0 % de
las carreteras de los países desarrollados y más del 40.0 % de la
población rural no cuenta con carreteras, lo cual requiere grandes
cantidades de asfalto y obliga a los países a seguir invirtiendo en
propuestas de este tipo [2].
Desde un enfoque general, el pavimento asfáltico es propenso
a sufrir agrietamiento como consecuencia de su baja resistencia a
la tracción. En tal sentido, la propagación de microsuras tiende a
disminuir la vida útil del pavimento asfáltico para lo cual se puede
recurrir a la incorporación de bras en la mezcla asfáltica, las cuales
permiten mejorar la resistencia y el módulo del pavimento [3].
Ante estos planteamientos, se tiene la percepción de que
las propiedades de los aglutinantes y agregados empleados en las
mezclas asfálticas tienen un rol fundamental en el desempeño del
pavimento [4], ya que dichas mezclas no son más que un material
trifásico conformado por una etapa de refuerzo (agregado), una
etapa de matriz (asfalto) y una etapa interfacial que se va a encontrar
entre el asfalto y el agregado (llamado vacío) [5].
De este modo, se destaca el hecho de que la mezcla asfáltica va
a caracterizarse por tener propiedades físicas, que van a representar
los atributos de un material particular, el cual estará en función del
ordenamiento molecular que este pueda exhibir [6]; y propiedades
mecánicas, que son las condiciones existentes entre la fuerza o carga
que es aplicada sobre un material, la cual actúa como estímulo y
su respuesta a este esfuerzo [7].
A nivel nacional, se aprecia que, de acuerdo con [8], el
inventario de vías nacionales tiene una longitud de 173,611 km,
de las cuales el 15.6 % están vinculadas al sistema vial nacional,
el 16.1 % al sistema vial departamental y el 68.3 % al sistema vial
vecinal y que solamente el 17.4 % se encuentra pavimentada, lo
cual sigue siendo un problema para el país porque genera retraso,
colapsos en las vía y accidentes fatales. Inclusive, se destaca la
relevancia de mejorar las condiciones de las vías existentes, por
ejemplo, en Lima se aprecia que solo el 29.0 % de la red vial se
encuentra en buen estado, mientras que el 71.0 % presenta baches
y grietas [9].
El problema se origina ante el incremento en el nivel de
demanda de tráco, además, los cambios climáticos y ambientales
han acelerado la reducción de las características de las mezclas
asfálticas, lo cual deriva en deformaciones, grietas y fatiga del
material del pavimento que compromete su vida útil, requiere
mantenimientos y rehabilitaciones que incrementan los costos
[10]. Eso genera un problema en la construcción de carreteras,
que representa uno de los activos de mayor importancia en cada
nación y su expansión se asocia con el desarrollo económico, pero
también obliga a un mayor uso de mezcla asfáltica, que es el material
clave en la pavimentación [11]. Sin embargo, este problema en
Huánuco se ha presentado desde hace varios años, pero ha tenido
un acelerado progreso en los últimos tres, donde las inversiones en
mantenimiento y rehabilitación de pavimentos han sido mayores.
Estas situaciones van a perjudicar en principio a los
transportistas, que deben movilizarse por las vías, y ocasiona
afectaciones en sus vehículos, así como accidentes y retrasos en
la vía, lo cual afecta actividades básicas como el comercio y la
movilización de la mercancía. De igual manera, afecta al Estado,
pues debe invertir mayores cantidades de recursos en la rehabilitación
de vías. También, afecta a la industria de la construcción, que
han debido seguir innovando en investigación de materiales que
permitan la sustitución o alteración de la composición de los áridos
minerales o cargas, de esta forma, se ha incentivado la adición de
materiales poliméricos naturales para que los pavimentos de asfalto
se puedan construir de manera ecológica, sostenible y respetuosa con
el medio ambiente, lo cual ayuda, en última instancia, a preservar
la naturaleza al reducir la demanda para materiales de fuentes
naturales extraídasy mejorar, asimismo, las propiedades de las
mezclas asfálticas [12].
Una alternativa de solución ha sido la incorporación de cenizas
de cáscaras de frutas, cereales, hortalizas y tubérculos (las cuales
son subproductos o residuos que anualmente liberan una gran masa
de gases contaminantes al no ser utilizados adecuadamente), que ha
venido creciendo como resultado de que su composición química
es alta en minerales con una importante actividad puzolánica [13].
De hecho, existen estudios nacionales previos donde se ha
comprobado la incidencia de utilizar cáscaras de frutas y otros
materiales en la conformación de una mezcla asfáltica con mayores
niveles de resistencia y estabilidad, como en la investigación donde
se añade un 5.0 % de ceniza de paja de arroz y se optimizan los
valores de las propiedades de la mezcla asfáltica con una estabilidad
de 1,221 kg, un ujo de 3.47 mm y 3.93 % de vacíos de aire [14];
de igual modo, se comprobó que la incorporación de un 5.0 % de
ceniza de cáscara de arroz conlleva a un incremento de 4.37 % en
CHICLOTE, MUÑIZ: Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente. 53
la estabilidad de la mezcla asfáltica, en tanto que la resistencia
a la tensión aumentó en un 1.0 %, y el porcentaje de vacío se
redujo en 1.22 % [15].
Asimismo, se demostró que las propiedades mecánicas de la
mezcla asfáltica mejoran al añadirle un 0.5 % de cenizas de caña
de maíz, sobre todo la resistencia al daño por humedad que se
incrementó en 6.0 % [16]; en tanto, en otro estudio, se vericó que
al adicionar un 1 % de cenizas de bambú se evidencia una mejora
en el ujo de 0.3 % y una reducción del porcentaje de vacío de
10.0 %, pero se redujo la estabilidad en 1.0 % al compararlo con
la muestra patrón y con la agregación del 2.0 % [17].
A nivel internacional, se constató que la adición de 2.0 %
de concha de manglar y cáscara de maní en la mezcla asfáltica
conllevó a un máximo nivel de estabilidad de 708.1 kg y de ujo de
12.78 mm [18], mientras que, en otra investigación, se determinó
que la adición de 5.0 % de ceniza de bagazo de caña de azúcar
mejoró la estabilidad de la mezcla asfáltica en un porcentaje de
asfalto de 6.4 % [19]. En este orden de ideas, también se pudo
comprobar que al adicionar 50.0 % de cenizas cáscara de arroz
en una mezcla asfáltica se logró una mejora en la estabilidad con
1,247 kg, en el porcentaje de pérdida de aire con 4.1 % y en el
ujo con 2.59 % [20].
En este sentido, como lo reeren la mayoría de los estudios,
estos tipos de aditivos naturales han mejorado el rendimiento de
las mezclas asfálticas, especialmente, en cuanto a su estabilidad
y deformación. Actualmente, se ha empezado a reconocer el uso
de la cáscara de papa en cenizas, visto que su alto porcentaje
de almidón genera que durante su proceso de gelatinización se
formen redes más consistentes y con mayor estabilidad térmica
[21], lo cual puede contribuir en las condiciones de aquellos
materiales que son empleados en la construcción como resistencia
a la tensión, resistencia a la exión, deformación y rigidez [22].
Particularmente, la papa (Solanum tuberosum) va a constituir
uno de los cultivos primordiales para el consumo humano, al
igual que el trigo, el arroz y el maíz, destacando que, según la
información suministrada por la Organización para la Agricultura
y la Alimentación, China es el mayor productor de papas con
una producción de 72,000,000 toneladas, seguido de Rusia con
35,718,000 toneladas e India que registra niveles de 26,280,000
toneladas [23].
En tal sentido, el Perú se ha convertido en el país que muestra
la mayor diversidad de papas a nivel mundial y dispone de 8
especies domesticadas y 2,301 variedades de las más de 4,000
que se encuentran en Latinoamérica. La papa constituye el cultivo
más importante de este país en cuanto a supercie sembrada y va
a representar el 25.0 % del PBI agropecuario, siendo la región
andina la de mayor preponderancia en virtud de las casi 600,000
pequeñas unidades agrarias que explotan comercialmente este
rubro, con Huánuco como el segundo productor [24].
Además, siendo el consumo de este rubro tan generalizado
y destacándose que la cáscara de la papa representa el 2.0 %
de ese tubérculo, se genera una gran cantidad de residuos en el
mundo que puede reaprovecharse en otras industrias, como la
de la construcción [25]. Esto también representa una alternativa
para el país, dado que se producen, en promedio, 3.58 millones de
toneladas de papa al año, con una supercie sembrada de 274,411
hectáreas en diecinueve regiones (concentrada en la sierra con
95 %), aportando el 13.0 % del PBI [26].
En el ámbito industrial de la papa, las cáscaras, que
representan el mayor componente entre los desechos de
procesamiento, se caracterizan por tener propiedades de mucha
utilidad para el sector nutricional y farmacológico, tales como
compuestos fenólicos (ácidos clorogénicos, ácido ascórbico,
avonoides, etc.), polisacáridos de la pared celular y bra dietética
[23].
Asimismo, las cáscaras de la papa (al ser consideradas como
residuos) han sido empleadas en la alimentación animal y, en la
actualidad, se han aprovechados en la producción de glicerol y de
ácido láctico. A su vez, son usados como una fuente de carbono
de bajo costo en la obtención de la biosíntesis de amilasas, que es
un elemento frecuentemente utilizado en el sector farmacéutico,
alimenticio, cosmético y textil [27].
Ante esta última consideración, algunos estudios han
demostrado que la cáscara de la papa inuye favorablemente en
las propiedades físico- mecánicas de la mezcla asfáltica. En un
trabajo nacional, se comprobó que la adición del 15.0 % de ceniza
de cáscara de papa conduce a una reducción de la humedad de 6.5
% a 11.8 % y una mejora del 11.30 % en la capacidad portante del
suelo. Esto obedece a que su alto contenido de almidón, que supera
a la del trigo o maíz, da una gran textura que permite llenar los
microespacios que quedan vacíos en una mezcla asfáltica y que,
al calcinarse a una temperatura de 350 °C en aproximadamente
cuatro horas, no pierde esta propiedad esencial y libera mayores
cantidades de óxidos de calcio, magnesio, aluminio, hierro, sodio
y silicio que elevan la resistencia a la fatiga [28].
En denitiva, vistos los grandes benecios que se desprenden
de la utilización de la cáscara de papas en las condiciones de la
mezcla asfálticas y al tomar en cuenta el mal estado de las vías en
la región de Huánuco, el presente trabajo se propone a determinar
la inuencia de la adición de cáscara de papa calcinada en las
propiedades físicas y mecánicas de mezclas asfálticas en caliente
- Huánuco, 2023.
2. METODOLOGÍA
La metodología implementada está sustentada en un estudio
de tipo aplicado, ya que se orienta a mejorar las propiedades físicas
y mecánicas de mezclas asfálticas en caliente con la identicación
del porcentaje óptimo que se añade de cáscara de papa calcinada.
Por su parte, el nivel obedece al explicativo al intentar describir
la manera en que la adición de cáscara de papa calcinada permite
obtener mejores características en el asfalto para pavimento
exible, determinando precisar el porcentaje óptimo empleado.
Asimismo, la investigación recurre a un diseño experimental
puro al manipularse los porcentajes de adición de cáscara de papa
calcinada para observar su efecto en mezclas asfálticas en caliente
para lo cual se establecen controles de variables como el tiempo
y temperatura de la calcinación, el porcentaje de componentes
CHICLOTE, MUÑIZ: Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente. 54
químicos (dióxido de silicio < 70.0 % y de azufre < 2.0 %) y
requerimientos según análisis granulométrico.
Para el presente estudio, la población está compuesta por
briquetas de diseño de mezcla asfáltica en caliente con incrementos
de 2.0 % en peso de la ceniza de cáscara de papa; así, la cantidad
total de tratamientos se especica en el CUADRO I. De este modo,
la muestra se conforma por 45 briquetas de diseño de mezcla
asfáltica en caliente, tal como se desprende del CUADRO II.
CUADRO I
CANTIDAD DE TRATAMIENTOS
Tratamiento Ceniza de cáscara
de papa Áridos minerales
M00.0% 100.0%
M12.0% 98.0%
M24.0% 96.0%
M36.0% 94.0%
M48.0% 92.0%
CUADRO II
CANTIDAD DE UNIDADES DE ESTUDIO
Tratamiento Contenido de
vacíos
Resistencia a
ujo
Resistencia a
la estabilidad
M0333
M1333
M2333
M3333
M4333
Total 15 15 15
Fig. 1. Proceso de secado de la cáscara de papa.
La investigación recurre a la técnica de observación directa
para la obtención de los datos y especícamente emplea una
cha de recopilación de información acerca de la conformación
de la mezcla asfáltica al añadirle las diversas proporciones de la
cáscara de papa recolectada, tal como se evidencia en las Figs. 1
y 2, donde se detalla el proceso de secado de la cáscara de papa
y la obtención de las mezclas asfálticas, respectivamente.
Fig. 2. Obtención de la mezcla asfáltica.
La cáscara de papa recolectada se lleva al horno para ser
calcinada y, al retirarse, se observa que este elemento orgánico
se reduce en comparación con su peso inicial en un 30.0 % y se
adiciona directamente sobre la mezcla asfáltica en caliente, según
los porcentajes especicados, en la muestra control compuesta
inicialmente con 42.60 % de piedra chanca ¾” y arena zarandeada
1/4” de la cantera Pichipampa; 23.20 % de arena chancada ¼”
proveniente de la cantera Higueras; 5.80% de cemento asfáltico
(PEN 85-100); 2.0 % de cal hidratada y 0.40 % de agregado
mejorador de adherencia Quimibond 3000.
Para tales efectos, se plantea un diseño completamente
aleatorizado de un factor, según la ecuación (1):
yij₌ μ₊ τi₊ εij (1)
Donde yij es el parámetro de la mezcla asfáltica en caliente de la
repetición j-ésima del i-ésimo tratamiento, μ es el efecto constante,
τ
i
es el efecto del tratamiento en el parámetro (adición de 2.0
%, 4.0 %, 6.0 % y 8.0 % de ceniza de cáscara de papa) y εij
corresponde a la afectación de variables aleatorias (cuya magnitud
se considera mínima).
El método de análisis que se considera es la estadística
descriptiva para el análisis de media y dispersión a través de
tablas y guras; así como, la estadística inferencial mediante la
aplicación de la prueba ANOVA con un nivel de signicancia
del 5.0 %, armándose la existencia de diferencias signicativas
cuando el valor de signicancia de la prueba (p) es inferior al
jado (p < 0.05).
Para el análisis granulométrico de los agregados, estos se
ensayan con la nalidad de conocer la caracterización de cada
uno de los aglomerantes y así determinar la dosicación de los
aportantes según sus tamaños retenido en los tamices, teniendo en
cuenta la norma ASTM D-3515 y MTC E 204. Con los agregados
obtenidos de la cantera Pichipampa e Higuera se procede a realizar
el análisis granulométrico de cada aglomerante por medio del
tamizado para cada porcentaje del 2.0 % al 8.0 % de la ceniza de
cáscara de papa como se aprecia en la Fig. 3, para luego proceder
con la determinación del peso como se observa en la Fig. 4.
CHICLOTE, MUÑIZ: Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente. 55
Fig. 3. Tamizado de aglomerantes.
De esta manera, los materiales empleados son los siguientes:
• Grava chancada de ¾.
• Grava zarandeada 3/8”.
• Ceniza de cáscara de papa (Filler).
• Arena chancada 3/8”.
En el CUADROS III y IV, se presenta el análisis
granulométrico de los agregados minerales, conrmándose que
los materiales pasan el tamiz ¾” y de la ceniza pasan la malla Nº
30, lo cual satisface lo requerido en la norma AASHTON M303,
los resultados obtenidos se graca una curva granulométrica
demostrando que cumplen lo exigido en la norma, tal como se
aprecia en la Fig. 5.
Fig. 4. Determinación de pesos.
CUADRO III
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS AGREGADOS
MINERALES (MTC E204/ASTM D3515)
Tamiz AASHTO t-27
(mm)
Peso
Retenido
Porcentaje
Retenido
Retenido
Acumulado
Porcentaje
No retenido Especicación AASHTO m 303
3/4” 19.05 100.0 100.0 100.0 100.0 100 100 100.0
1/2” 12.50 77.3 100.0 100.0 100.0 90 100 90.3
3/8” 9.50 46.0 100.0 100.0 100.0 - - 77.0
Nº 4 4.75 2.3 95.7 95.1 100.0 44 74 55.7
Nº 8 2.36 1.2 74.0 73.4 100.0 28 58 43.3
Nº 50 0.30 0.0 29.7 19.8 95.3 5 21 15.2
Nº 200 0.075 0.0 15.3 6.6 86.7 2 10 7.4
Fig. 5. Curva granulométrica de los agregados minerales (MTC E204/ASTM D3515).
CHICLOTE, MUÑIZ: Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente. 56
CUADRO IV
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LA CENIZA DE CÁSCARA
DE PAPA (MTC E204/ASTM C136)
Tamiz AASHTO t-27
(mm)
Peso
Retenido
Porcentaje
Retenido
Retenido
Acumulado
Porcentaje
No retenido Especicación AASHTO m 303
1/2” 12.500 100.0
3/8” 9.500 0.0 0.0
1/4” 6.300
Nº 4 4.750
Nº 8 2.360
Nº 10 2.000
Nº 16 1.190 100.0
Nº 20 0.840 100.0
Nº 30 0.600 1.4 0.5 0.5 99.5 100 100
Nº 40 0.420 0.0 0.0 0.5 99.5
Nº 50 0.300 2.7 0.9 1.3 98.7 95 - 100
Nº 80 0.177 0.0 1.3 98.7
Nº 100 0.150 0.0 1.3 98.7
Nº 200 0.075 54.3 17.6 19.0 81.0 80 - 100
Platillo 249.6 81.0 100.0
Fig. 6 Curva granulométrica de la ceniza de cáscara de papa (MTC E204/ASTM C136).
CHICLOTE, MUÑIZ: Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente. 57
Seguidamente, se puede demostrar que la variable estudiada
cumple con las indicaciones de la norma AASHTON M303, al
pasar por el tamiz N° 20, se graca su curva granulométrica y su
tamizado con porcentajes retenidos, acumulados y porcentajes
que pasa, tal como se detalla en el CUADRO IV y Fig. 6.
3. RESULTADOS
En el Cuadro V, se puede observar el resumen del análisis
realizado a las propiedades físico-mecánicas de la mezcla asfáltica
en caliente al añadirle las diversas proporciones de cáscara de
papas calcinadas, donde se evidencia que la mejor resistencia al
ujo y el contenido de vacíos es alcanzada con las proporciones de
2.0 % de cáscaras de papas calcinadas, mientras que la estabilidad
resultó mayor hasta incorporar una proporción de 4.0 % de
cáscaras de papas calcinadas y a partir de allí experimenta un
decremento.
En los resultados del CUADRO V, se aprecia que los
indicadores evaluados presentan alta variabilidad (entre paréntesis
se indica el coeciente de variación) con una desviación estándar
de 1.0 para porcentaje de vacíos (24.3 %), para el porcentaje de
vacíos de agregado mineral de 1.6 (9.3 %), para ujo de 0.1 (4.3
%) y para estabilidad corregida de 27.5 (2.2 %).
De los resultados alcanzados, se comprobó que el mejor
contenido de vacío, es decir, el más bajo que evita que entre
agua y aire se generen futuros deterioros, es para una adición de
2.0 % de cáscara de papa con 3.3 ± 0.1 %. Asimismo, el análisis
demuestra que a mayor adición de cáscara de papa calcinada se
incrementa el contenido de vacíos, vericándose que se cumple
con el estándar especíco de 3-5 % exigido por las normas ASTM
D3203-22, salvo la adición del 8.0 % que es superior al 5.0 %,
tal como se puede contemplar en la Fig. 7.
Fig. 7. Contenido de vacíos de mezclas asfálticas en caliente.
Seguidamente, se pudo determinar que la mejor resistencia
al ujo, es decir, el más bajo que evita el traspaso del aire y, por
tanto, retrasa aún más la fricción, es para una adición de 2.0 %
de cáscara de papa calcinada con 3.4 ± 0.2 mm. De igual forma,
se constató que a mayor adición de cáscara de papa se reduce la
resistencia al ujo, vericándose que se cumple con el estándar
especíco de 2-4 mm exigidos por las normas ASTM D6927,
para todas las adiciones, Con base en lo descrito en la Fig. 8.
Fig. 8. Flujo de mezclas asfálticas en caliente.
En otro orden de ideas, se demostró que la mejor estabilidad,
vale decir, la más alta que mejoraría la capacidad del asfalto de
resistir la carga y evitar deformaciones corresponde a una adición
de 4.0 % de cáscara de papa con 1,272.3 ± 72.5 kg. De esta manera,
se constató que la estabilidad aumenta hasta una adición de 4.0
% de cáscara de papa y, a partir de esta proporción, experimenta
una disminución, vericándose que se cumple con el estándar
especíco de 815 kg mínimo exigido por las normas ASTM
D6927 para todas las adiciones, tal como se detalla en la Fig. 9.
Fig. 9. Estabilidad de mezclas asfálticas en caliente.
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CUADRO V
RESUMEN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS
DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE ANTE
DIVERSAS PROPORCIONES DE CASCARA DE PAPAS
Categorías % de cemento
asfaltico
Muestra control
(2 % de ller-cal
hidratada)
2.0 % 4.0 % 6.0 % 8.0 % Desviación
estándar
Coeciente
de variación
Especicaciones
técnicas
N° de golpes 5.8 % 75 75 75 75 75 - - 75
% de vacíos 5.8 % 2.9 3.3 4.1 4.8 5.7 1.0 24.3 % ASTM D3203-
22 3 - 5
% vacíos de
agregado
mineral (v.ma)
5.8 % 15.1 15.4 16.5 18.5 18.9 1.6 9.3 % 14 min.
Flujo 5.8 % 3.6 3.4 3.2 3.2 3.2 0.1 4.3 % ASTM D6927
2.4 – 3.4
Estabilidad
corregida 5.8 % 1,205 1,269 1,272 1,221 1,221 27.5 2.2 % ASTM D6927
815 min.
En el análisis inferencial realizado para determinar la
inuencia de la cáscara de papa calcinada en las propiedades
físicas y mecánicas de mezclas asfálticas en caliente, se tuvieron
los resultados expuestos en el CUADRO VI de la aplicación de
la prueba ANOVA.
De acuerdo con lo reejado en el CUADRO VI, se tiene
que, en lo concerniente al contenido de vacíos, se determinó la
existencia de diferencias signicativas al obtenerse un valor F =
18.849 (p < 0.05), destacándose que el mejor nivel de contenido
de vacío se obtuvo al añadir una proporción de cascaras de papa
de 0.0 %.
Del propio CUADRO V, se vericó que no hay suciente
evidencia estadística para indicar que existen diferencias
signicativas en la resistencia al ujo. Al mismo tiempo, se
demostró que no hay suciente evidencia estadística para indicar
que existen diferencias signicativas en la resistencia al ujo.
Del análisis anterior, se puede indicar que las propiedades
físicas y mecánicas de la mezcla asfáltica modicada con
cáscaras de papas calcinadas varían en términos de los parámetros
asignados; así, se demuestra que, ante una mayor dosicación de
cáscara de papa calcinada, el contenido de vacío y la resistencia
al ujo desmejora, pero la estabilidad aumenta hasta la adición de
4.0 %. Por su parte, a nivel inferencial, se comprueba que para las
tres dimensiones de la variable propiedades físicas y mecánicas de
mezclas asfálticas denidas por contenido de vacíos, resistencia
al ujo y estabilidad solamente existe variación signicativa en
el contenido de vacío con las adiciones de 2.0 %, 4.0 %, 6.0 % y
8.0 %, evidenciándose un incremento (desmejora), mientras que
en el resto no hubo diferencias signicativas.
CUADRO VI
RESULTADOS DE LA PRUEBA ANOVA RESPECTO
A LAS PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS
MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE DE CÁSCARA
DE PAPA
Dimensiones % de
adición Valor Gl F p
Contenido de
vacíos (%)
0% 2.9
418.849 0.001
2% 3.3
4% 4.1
6% 4.8
8% 5.7
Resistencia
al ujo (mm)
0% 3.6
4 3.451 0.051
2% 3.4
4% 3.1
6% 3.2
8% 3.2
Estabilidad
(kg)
0% 1,205.0
4 1.411 0.299
2% 1,269.3
4% 1,272.3
6% 1,223.7
8% 1.221.0
CHICLOTE, MUÑIZ: Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente. 59
4. DISCUSIÓN
Con respecto al contenido de vacíos de mezclas, asfálticas
resultan los siguientes valores: 3.3 %, 4.1 %, 4.8 % y 5.7 % con
adiciones de 2.0 %, 4.0 %, 6.0 % y 8.0 % de cáscara de papa
calcinada, respectivamente, cumpliéndose con los parámetros
requeridos por las normas ASTM, salvo la adición del 8.0 % que
es superior al 5.0 % especicado. De esta manera, el mejor valor
fue obtenido con la adición de 2.0 % de cáscara de papa con 3.3
± 0.1 %. Aunado a esto, los resultados estadísticos reejaron las
diferencias signicativas existentes en el contenido de vacío entre
las distintas adiciones (F = 18.849, p < 0.001).
Los resultados anteriores se encuentran acordes con los
obtenidos por [14], donde se determinó que la adición de 5.0 %
de cenizas de paja de arroz en la mezcla asfáltica produjo una
mejora en el contenido de vacío al registrarse un 3.93 %, mientras
que en el trabajo realizado por [15], en el que se adicionó un
5.0 % de ceniza de cáscara de arroz en el asfalto se obtuvo una
mejora de 1.22 % en el contenido de vacío. En lo que respecta a
antecedentes internacionales, este resultado se corresponde con los
alcanzados por [20], en el que evaluó la incidencia de una adición
del 50.0 % de cenizas de cáscara de arroz en el desempeño de las
propiedades de la mezcla asfáltica, encontrando una mejora del
contenido de vacío de 4.1 %.
En lo referente a la resistencia al ujo de mezclas asfálticas,
resultan los siguientes valores: 3.4 mm, 3.2 mm, 3.2 mm y 3.2 mm
con adiciones de 2.0 %, 4.0 %, 6.0 % y 8.0 % de cáscara de papa
calcinada, respectivamente, cumpliéndose con los requerimientos
previstos en las normas ASTM de 2-4 mm. De esta manera, se
evidenció que el mejor valor se obtuvo con la adición de 2.0 %
de cáscara de papa con 3.4 ± 0.2 mm. Además, los resultados
estadísticos reejaron que no existen diferencias signicativas
en la resistencia al ujo entre las distintas adiciones (F = 3.451,
p = 0.051).
En tal sentido, estos hallazgos son cónsonos con los
obtenidos por [16], donde se comprobó que la adición de 0.5 %
de ceniza de caña de maíz en la mezcla obtuvo que la adición
de 0.5 % mejoró la resistencia al ujo en 6.0 %, en tanto que en
[15] también se obtuvo un incremento de 1.0 % en la resistencia
a la tensión al adicionarse un 5.0 % de ceniza de cáscara de arroz
en la mezcla asfáltica.
En lo concerniente a la estabilidad de mezclas asfálticas
resultan los siguientes valores: 1,269.3 kg, 1,272.3 kg, 1,221.7 kg y
1,234.0 kg con adiciones de 2.0 %, 4.0 %, 6.0 % y 8.0 % de cáscara
de papa calcinada, respectivamente, mostrando conformidad con
los requerimientos establecidos las normas ASTM de 815 kg. En
este caso, el mejor valor se obtuvo al incorporar una proporción
de 4.0 % de cáscara de papa calcinada con 1,272.3 ± 72.5 kg., y
aunado a esto los resultados estadísticos evidenciaron la ausencia
de diferencias signicativas en la estabilidad entre las distintas
adiciones (F = 1.411, p = 0.299).
Estos resultados son similares con los obtenidos por [28],
donde se comprobó que la adición de un 15 % de ceniza de cáscara
de papa en la mezcla asfáltica conllevó a una mejora de 11.30
%, mientras que en el estudio de [19] se constató que la adición
de 5.0 % de arena volcánica y ceniza de bagazo de la caña de
azúcar en la mezcla asfáltica produjo una mejora de 5.0 % en la
estabilidad, al igual que lo presentado en el trabajo de [20], donde
se demostró que adicionar un 50.0 % de cenizas cáscara de arroz
en una mezcla asfáltica generó una mejora en la estabilidad al
alcanzar un valor de 1,247 kg.
Por último, se tiene al objetivo general de la investigación
en el que se comprobó que las propiedades físicas y mecánicas
de mezclas asfálticas modicadas con cáscara de papa calcinada
registraron mejores valores al añadir un 2.0 % de este material,
pero fueron inferiores a la muestra patrón en lo que respecta al
contenido de vacío y resistencia al ujo, por lo tanto, se determinó
que la adición de cáscara de papa calcinada no inuye en las
propiedades físicas y mecánicas de mezclas asfálticas en caliente
- Huánuco, 2023.
De esta forma, se tiene que estos resultados discrepan de
los obtenidos en los trabajos de [14], [15] y [20] en los cuales
se demostró que la adición de diversos materiales asociados a
ciertos cultivos inuye en las propiedades físicas – mecánicas
de las mezclas asfálticas.
5. CONCLUSIONES
Después de realizada la investigación de tipo aplicada y
diseño experimental puro se llegó a las conclusiones siguientes:
1. El contenido de vacíos de mezclas asfálticas modicadas
con cáscara de papa calcinada presentó valores de 3.3 %,
4.1 %, 4.8 % y 5.7 % con adiciones de 2.0 %, 4.0 %, 6.0
% y 8.0 %, respectivamente. El menor valor se obtuvo
con la adición de 2 % de cáscara de papa con 3.3 ± 0.1 %,
demostrándose que la adición de cáscara de papa calcinada
inuye en el contenido de vacíos de mezclas asfálticas en
caliente - Huánuco, 2023.
2.
La resistencia al ujo de mezclas asfálticas modicadas con
cáscara de papa calcinada presentó valores de 3.4 mm, 3.2
mm, 3.2 mm y 3.2 mm con adiciones de 2.0 %, 4.0 %, 6.0
% y 8.0 % de cáscara de papa calcinada, respectivamente.
El mayor valor se obtuvo con la adición de 2.0 % de cáscara
de papa con 3.4 ± 0.2 mm, comprobándose que la adición
de cáscara de papa calcinada no inuye en la resistencia
al ujo de mezclas asfálticas en caliente - Huánuco, 2023.
3.
La estabilidad de mezclas asfálticas modicadas con cáscara
de papa calcinada presentó valores de 1,269.3 kg, 1,272.3
kg, 1,221.7 kg y 1,234.0 kg con adiciones de 2.0 %, 4.0 %,
6.0 % y 8.0 %, respectivamente. El mayor valor se obtuvo
con la adición de 4 % de cáscara de papa calcinada con
1,272.3 ± 72.5 kg, demostrándose que la adición de cáscara
de papa calcinada no inuye en la estabilidad de mezclas
asfálticas en caliente - Huánuco, 2023.
4.
Se concluye que las propiedades físicas y mecánicas de
mezclas asfálticas modicadas con cáscara de papa calcinada
presentaron mejores valores con la adición de 2.0 %, pero
son inferiores a la muestra patrón en el caso del contenido
de vacío y resistencia al ujo, por lo tanto, se determinó
CHICLOTE, MUÑIZ: Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente. 60
que la adición de cáscara de papa calcinada no inuye en
las propiedades físicas y mecánicas de mezclas asfálticas
en caliente - Huánuco, 2023.
AGRADECIMIENTOS
Debo reconocer el apoyo del Dr. Abel Alberto Muñiz
Paucarmayta por su contribución en el diseño metodológico
y realización de experimentos y al personal de la Universidad
César Vallejo por permitirme el acceso a su plataforma de
biblioteca virtual, mediante la cual fueron descargados, revisados
y analizados distintos documentos que permitieron el desarrollo
de esta investigación.
ROLES DE AUTORES
José Andrés Chiclote Rupa: Conceptualización, análisis
formal, adquisición de fondos, investigación, metodología,
recursos, redacción - borrador original, redacción-revisión y
edición.
Abel Alberto Muñiz Paucarmayta: Asesor metodológico,
revisión.
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