SierraGonzálezJoséMaicol2015

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UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS 
FACULTAD TECNOLÓGICA 
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA CIVIL 
 
 
 
 DISEÑO DE UNA MEZCLA ENTRE MATERIAL GRANULAR Y BORRAS 
PETROLERAS PARA USO COMO CAPA GRANULAR EN UNA ESTRUCTURA 
DE VÍA 
 
 
 
 
 
 
 
PRESENTA POR: 
DAVID SANTIAGO VALBUENA ROJAS 
 20122279071 
JOSÉ MAICOL SIERRA GONZÁLEZ 
 20122279041 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS 
FACULTAD TECNOLOGICA 
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA CIVIL 
BOGOTA D.C 
2015 
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS 
FACULTAD TECNOLÓGICA 
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA CIVIL 
 
 
 
DISEÑO DE UNA MEZCLA ENTRE MATERIAL GRANULAR Y BORRAS 
PETROLERAS PARA USO COMO CAPA GRANULAR EN UNA ESTRUCTURA 
DE VÍA. 
 
 
AUTORES: 
DAVID SANTIAGO VALBUENA ROJAS 
 20122279071 
JOSÉ MAICOL SIERRA GONZÁLEZ 
20122279041 
 
 
TRABAJO DE GRADO 
PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERO CIVIL 
 
 
 
DIRECTOR: 
ING. VICTOR HUGO DIAZ ORTIZ 
 
 
 
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PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA CIVIL 
BOGOTA D.C 
2015 
 NOTA DE ACEPTACIÓN 
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EL trabajo de grado titulado: DISEÑO 
DE UNA MEZCLA ENTRE MATERIAL 
GRANULAR Y BORRAS 
PETROLERAS PARA USO COMO 
CAPA GRANULAR EN UNA 
ESTRUCTURA DE VÍA., de los autores 
David Santiago Valbuena Rojas y José 
Maicol Sierra González, cumple con los 
requisitos para optar al título de 
Ingeniero Civil. 
 
 
 
_______________________________ 
 Firma Tutor 
 
 
_______________________________ 
 Firma jurado 
 
 
_______________________________ 
 Firma jurado 
 
 
 
BOGOTA D.C, Septiembre de 2015 
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AGRADECIMIENTOS 
 
Este Trabajo de Grado es el resumen del esfuerzo que hicieron muchas personas 
durante el tiempo que estuvimos estudiando Ingeniería Civil. Por esta razón, nos 
gustaría agradecer a todos ellos que nos apoyaron y estuvieron con nosotros 
durante este proceso. Les agradecemos enormemente a: 
 Nuestra familia y amigos, por su apoyo incondicional. 
 Ingeniero Luis Ernesto Barrios Calderon quien fue de gran apoyo en todo el 
proceso de este trabajo. 
 Laboratorios CONTECON-URBAN, gracias por su apoyo y por los servicios 
prestados en especial al Ingeniero Camilo Torres. 
 Equipo de Ingeniería Civil de campo y oficina en especial a los ingenieros 
Hugo Vargas y Fabián Forero por su apoyo incondicional. 
 A cada uno de los maestros que tuve a lo largo de la carrera. 
A todos los mencionados y a los que de pronto se me olvidó mencionar, sólo les 
puedo decir: 
Muchas Gracias. 
 
 
 
 
 
 
 
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CONTENIDO 
 
RESUMEN ............................................................................................................. 10 
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 11 
1. PRESENTACIÓN DEL PROYECTO. ............................................................. 12 
1.1 IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN EL PROBLEMA.............................. 12 
1.2 JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 13 
1.3 INTERROGANTE ..................................................................................... 14 
1.4 OBJETIVOS .............................................................................................. 15 
1.4.1. OBJETIVO GENERAL ....................................................................... 15 
1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS .............................................................. 15 
2 MARCO DE REFERENCIA ............................................................................ 16 
2.1 MARCO TEORICO ................................................................................... 16 
2.1.1. Borras. ................................................................................................ 16 
2.1.2. Métodos de disposición final de las borras ......................................... 18 
2.1.3. Recebo común ................................................................................... 19 
2.1.4. Ensayo de Proctor modificado de laboratorio ..................................... 19 
2.1.5. Ensayo de CBR de Laboratorio .......................................................... 21 
2.1.6. Lecho de secado ................................................................................ 23 
2.1.7. Gravedad especifica en grados Baume o grados API ........................ 25 
2.2 MARCO NORMATIVO. ............................................................................. 27 
2.3 MARCO GEOGRAFICO ........................................................................... 28 
2.4 GLOSARIO ............................................................................................... 31 
3 METODOLOGÍA. ............................................................................................ 32 
3.1 Primer capítulo. Obtención de materias primas. ....................................... 32 
3.2 Segundo capitulo. Deshidratación y secado del Borras. ........................... 32 
3.3 Tercer capítulo. Caracterización de los materiales. .................................. 32 
3.4 Cuarto capítulo. Definición de proporciones para elaboración de la mezcla 
Recebo más Borras ............................................................................................ 33 
3.5 Quinto capítulo. Ensayos de CBR ............................................................ 33 
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3.6 Tratamiento especial borras ..................................................................... 33 
4 PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS ............................................................. 34 
4.1 LECHO DE SECADO A ESCALA ............................................................. 34 
4.1.1. Elección Sistema de Deshidratación y Desvolatilización de la Muestra 
de Borras. ....................................................................................................... 34 
4.1.2. Construcción del Lecho de Secado a Escala ..................................... 35 
4.1.3. Evolución del lecho de secado ........................................................... 38 
4.1.4. Retiro de borras del lecho de secado. ................................................ 41 
4.2 CARACTERIZACION DEL BORRAS........................................................ 43 
4.2.1. Obtención Borras ............................................................................... 43 
4.2.2. Clasificación de las borras como residuo o desecho peligroso. ......... 44 
4.2.3. Propiedades físicas de las borras. ..................................................... 45 
4.2.4. Borras después del lecho de secado. Densidad, gravedad específica y 
grado API. ....................................................................................................... 46 
4.3 CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL GRANULAR. ............................... 50 
4.3.1. Obtención del material granular. ........................................................ 50 
4.3.2. Ensayos de Laboratorio Material Granular. ........................................ 51 
5 ANALISIS DE RESULTADOS. ....................................................................... 64 
5.1 COMPARACIÓN HUMEDAD OPTIMA- PORCENTAJE OPTIMO DE 
BORRAS ............................................................................................................ 64 
5.2 COMPARACIÓN RESULTADOS CBR DE LABORATORIO .................... 65 
6 CONCLUSIONES ........................................................................................... 71 
7 RECOMENDACIONES. .................................................................................. 73 
BIBLIOGRAFIA. ..................................................................................................... 75 
ANEXOS ................................................................................................................ 77 
 
 
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 LISTA DE FIGURAS 
Figura 1. Tanques de almacenamiento de crudo. .................................................. 16 
Figura 2. Diseño típico lecho de secado. ............................................................... 24 
Figura 3. Vías pavimentadas departamento del Casanare .................................... 29 
Figura 4. Material particulado en vía temporal a campo petrolero ......................... 30 
Figura 5. Mapa de infraestructura petrolera Casanare ANH 2015 ......................... 30 
Figura 6. Granulometría de la arena del lecho de secado ..................................... 37 
Figura 7. Lecho de secado recién construido ........................................................ 37 
Figura 8. Lecho de secado día 0. Un minuto después de adicionar las borras ...... 38 
Figura 9. Tapado del lecho de secado con dos aberturas laterales para circulación 
de aire .................................................................................................................... 38 
Figura 10. Evolución del lecho de secado ............................................................. 39 
Figura 11. Estado final lechos de secado. 7 de septiembre de 2015 Día 30 ......... 40 
Figura 12. Retiro de borras luego de 30 días de secado ....................................... 41 
Figura 13. Borras finales luego del secado ............................................................ 42 
Figura 14. Capa con propiedades plásticas encontrada en el lecho de secado. ... 43 
Figura 15. Galón de borras .................................................................................... 44 
Figura 16. Procedimiento para determinación de gravedad específica y gravedad 
API despues del lecho de secado. ......................................................................... 47 
Figura 17. Gráfica Grado API y Gravedad Especifica Borras ................................ 49 
Figura 18. Recebo puesto en bandejas para su secado natural. ........................... 50 
Figura 19. Resultado Proctor modificado Recebo más agua ................................. 54 
Figura 20. Resultado proctor Recebo más borras vs Porcentaje volatizado de 
borras ..................................................................................................................... 56 
Figura 21. Resultado porcentaje óptimo de Borras ................................................ 57 
Figura 22. Grafica CBR recebo más agua ............................................................. 59 
Figura 23. Resultado ensayo CBR, Recebo más agua .......................................... 60 
Figura 24. Grafica CBR, recebo más Borras ......................................................... 62 
Figura 25. Resultado CBR, Recebo más Borras.................................................... 63 
Figura 26. Comparación humectación optimas Borras-Agua ................................. 64 
Figura 27. Comparación Esfuerzo vs penetración muestra Con borras (CB) y sin 
borras (SB)............................................................................................................. 65 
Figura 28. Incremento de CBR muestra con borras (CB) y sin borras (SB) 65 
golpes .................................................................................................................... 66 
Figura 29. Incremento de CBR muestra con borras (CB) y sin borras (SB) 10 
golpes .................................................................................................................... 67 
Figura 30. Incremento de CBR muestra con borras (CB) y sin borras (SB) 30 
golpes .................................................................................................................... 67 
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Figura 31. Comparación esfuerzo-penetración, muestra con borras (CB) y sin 
borras (SB) 65 golpes ............................................................................................ 68 
Figura 32. Comparación esfuerzo-penetración, muestra con borras (CB) y sin 
borras (SB) 30 golpes ............................................................................................ 69 
Figura 33. Comparación esfuerzo-penetración, muestra con borras (CB) y sin 
borras (SB) 10 golpes ............................................................................................ 70 
 
 
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LISTA DE TABLAS 
Tabla 1. Composición aproximada del crudo ......................................................... 17 
Tabla 2. Valores de presión y penetración de la muestra patrón ........................... 22 
Tabla 3. Granulometría para material filtrante del lecho de secado ....................... 24 
Tabla 4. Memoria de cálculo tiempo de secado borras .......................................... 35 
Tabla 5. Evolución del lecho de secado ................................................................. 40 
Tabla 6. Evolución infiltración lecho de secado ..................................................... 41 
Tabla 7. Análisis físico de las Borras ..................................................................... 45 
Tabla 8. Contenido de agua Borras ....................................................................... 46 
Tabla 9. Determinación de la gravedad específica, grado API muestra luego del 
lecho de secado ..................................................................................................... 48 
Tabla 10. Resultados Densidad, GS y grado API Borras ...................................... 50 
Tabla 11. Resumen laboratorios caracterización recebo ....................................... 51 
Tabla 12. Resultado ensayo Proctor modificado recebo más agua ....................... 53 
Tabla 13. Resultado proctor recebo más borras ....................................................55 
Tabla 14. Resultado CBR Recebo más agua ........................................................ 58 
Tabla 15. Resultado CBR Recebo más Borras ...................................................... 61 
 
 
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RESUMEN 
 
Las borras generadas en los procesos de extracción, separación, y 
almacenamiento de crudo son contaminantes y poco útiles en la industria petrolera 
por tener la característica de ser residuos difíciles de tratar ya que es un 
hidrocarburo con una compleja y larga cadena química, obligando a las empresas 
productoras de crudo a realizar una disposición final de dicho residuo en lugares 
especializados y generalmente alejados de los campos de producción generando 
elevados costos en este proceso. 
Por otro lado, las vías temporales usadas para la interconexión de los campos 
petroleros en varios puntos de Colombia son en afirmado por factores políticos, la 
dificultad topográfica del terreno, y factores socioeconómicos que imposibilitan una 
mejor calidad en este tipo de vías. Por tal motivo, su mantenimiento se debe hacer 
a corto plazo, en especial en vías con alto tráfico, lo que genera costos de 
reparación, transporte de material seleccionado y en mano de obra. 
Estas vías internas de operación, que comunican campos exploratorios, cada año 
reciben un mantenimiento aliviando el confort para el tráfico vehicular, esta 
solución es poco duradera debido a las condiciones adversas a las que se 
someten diariamente las vías como también, debido a la baja cohesión que 
presenta el material con que se ejecutan los mismos. 
Se propone estudiar la generación de una mezcla de un agregado pétreo definido 
por norma como recebo y residuos petroleros conocidos como borras, que 
cumplan con las solicitudes técnicas, para reutilizar estos residuos en la 
construcción de las vías temporales y en los terraplenes en general hechos en 
campo. Reduciendo costos, reutilizando un desecho y observando que 
características favorables adicionales pueda tener esta mezcla. 
 
 
 
 
 
 
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11 
 
INTRODUCCIÓN 
 
Se ha venido trabajando en la posibilidad de implementar el uso del borras en 
conjunto con un material granular para la construcción de vías temporales con el 
fin de reutilizar y optimizar procesos industriales que representen ganancias 
económicas, ayudas ambientales y solución a problemas de movilidad. 
Las borras generadas en los procesos de extracción, separación, y 
almacenamiento, de crudo son contaminantes y poco útiles en la industria 
petrolera por tener la característica de ser residuos difíciles de tratar, compuestos 
por un hidrocarburo con una compleja y larga cadena química, obligando a las 
empresas productoras de crudo a realizar una disposición final de dicho residuo en 
lugares especializados y generalmente alejados de los campos de producción 
generando elevados costos en este proceso. 
El alcance del presente proyecto es evaluar la posibilidad de utilizar agregados 
pétreos y residuos petroleros conocidos como Borras para utilizarse en conjunto 
para el mejoramiento de las vías terciarias construidas o por construir, bajo su 
fundamento teórico, práctico y de laboratorio, precisamente para evaluar el 
comportamiento de los materiales con su respectivo análisis. 
Para realizar este estudio se solicitó una muestra de borras a una Operadora 
petrolera del país en los Llanos Orientales, cuyo campo de producción se 
caracteriza por tener pozos de crudo liviano. Para esto se mezclara con un 
agregado petreo clasificado como recebo ya que su capacidad portante es baja y 
se compara su comportamiento mecánico por medio de ensayos CBR de 
laboratorio. 
Determinando el porcentaje óptimo de mezcla entre el material granular y el 
borras, realizando ensayos que caractericen físicamente ambos componentes y 
observando a medida que se realiza el trabajo que recomendaciones o 
conclusiones se pueden obtener. Esto para ver si el borras se puede utilizar como 
liquido humectante del material granular para que reorganice las partículas y logre 
una compactación sin comprometer las propiedades mecánicas del material, 
esperando una posible mejoría del mismo. 
Las vías temporales en campo se construyen hasta la capa de rasante, con 
material de préstamo lateral o seleccionado de canteras ubicados en los ríos de 
los llanos orientales. Por tal motivo se desea estudiar el comportamiento de la 
mezcla, en especial esta capa de la estructura de la vía ya que sería la aplicación 
real en campo. 
 
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12 
 
1. PRESENTACIÓN DEL PROYECTO. 
 
1.1 IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN EL PROBLEMA 
 
Actualmente no se cuenta con un proceso óptimo de recuperación de materiales 
provenientes del reciclado de borras, residuo constante en el proceso de 
extracción y producción del crudo, el cual requiere de una inversión permanente 
en su almacenamiento, transporte y disposición final, es por esto que se hace 
necesaria la búsqueda de alternativas que promuevan el uso de estos desechos 
dentro de los proyectos de mantenimiento, rehabilitación y construcción vial. 
 
Como consecuencia del crecimiento económico y la necesidad de incrementar la 
infraestructura petrolera en nuestro país, actualmente se están impulsando 
proyectos a nivel nacional que demandan cada vez más, una gran cantidad de 
recursos y materias primas que generan un impacto medio ambiental bastante 
significativo. Adicionalmente el deterioro de la red vial existente entre los campos 
petroleros debido a condiciones como el flujo vehicular, el clima, el tiempo de 
servicio, entre otros, hace necesario la implementación de nuevas tecnologías 
como el mejoramiento de vías con mezcla de agregados pétreos con borras 
petroleras como alternativa para el aprovechamiento y la optimización de los 
recursos existentes. 
 
Esto para reducir costos de la disposición de este residuo y solventar problemas 
técnicos y ambientales que actualmente se presentan en campo, como el 
transporte de largas distancias de materiales granulares seleccionados y de buena 
calidad, captación de agua de fuentes hídricas, contaminación por materiales 
particulados una vez puesta en operación las vías temporales, que se podrían 
mitigar al utilizar las borras como parte de la mezcla en las estructuras viales 
temporales, que se usan en las carreteras que intercomunican los diferentes 
campos petroleros. 
 
 
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13 
 
1.2 JUSTIFICACIÓN 
 
La crítica disponibilidad de recursos económicos destinados a proyectos nuevos o 
su insuficiencia para hacer frente a la continua y efectiva conservación, 
rehabilitación y reconstrucción de los sistemas viables existentes, ha obligado a 
estudiar y aplicar técnicas de mantenimientos menos onerosos pero con un 
comportamiento similar a las actuaciones convencionales. 
 
Esta mezcla de borras y agregados pétreos podrían presentar las siguientes 
ventajas: 
 Permite la reutilización de los residuos provenientes de la extracción 
petrolera en los campos, incorporando estos desechos en bases de 
rodadura con propiedades mecánicas similares a las existentes con 
productos asfalticos comunes. 
 Económicamente reduce costos de disposición final para las borras lo que 
permite ahorrar costos para la elaboración de una nueva mezcla asfáltica 
teniendo en cuenta que el material de aporte proviene de procesosde 
reciclaje. 
 Las borras con un desecho que siempre se generara en la explotación 
petrolera, lo que hace que sea un problema constante en esta actividad, al 
poderle dar un uso en las obras civiles fomentaría el aprovechamiento de 
este residuo y ya pasaría a ser un elemento pasivo (Almacenado) a ser un 
elemento dinámico en el desarrollo vial. 
 Reduce costos permanentes de tratamiento y disposición final de residuos 
industriales como son las borras petroleras. 
 Mejora la resistencia de las vías temporales a los efectos climáticos como la 
lluvia y el viento. 
Pero probablemente también tendría las siguientes desventajas. 
 Al ser un hidrocarburo sin refinación posee aún muchas cadenas químicas 
livianas que con el tiempo probablemente podría llegar a ser un agente 
contaminante en el ambiente circundante. 
 Para evitar la generación de aceites con seguridad se deberían usar 
aditivos que harían la mezcla económicamente inviable. 
Los anteriores beneficios promueven el empleo de materiales reciclados para el 
desarrollo de proyectos de infraestructura vial en los diferentes requerimientos que 
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14 
 
el país presente y hacen necesario la caracterización de las mezclas recicladas y 
de los materiales que la componen, para argumentar de manera técnica las 
buenas propiedades mecánicas y físicas que resultan de la combinación del 
borras con el material granular. 
Se tienen en consideración las actuales condiciones de los campos petroleros de 
Colombia en la zona de los llanos orientales, los cuales están expuestos a varios 
factores dañinos para las obras civiles como los cambios de temperatura, 
temporadas de sequias y en contrasté temporadas de gran pluviosidad. Operación 
de vehículos de carga con producción continúa de crudo, que transita por las vías 
que intercomunican los diferentes campos petroleros. 
Algunos campos se encuentran ubicados lejos de centros poblados importantes, 
provocando que el transporte de maquinaria y personal calificado sea un proceso 
logístico y administrativo dispendioso. Además de los altos estándares de 
seguridad industrial propios de la industria de hidrocarburos exigidos a los 
contratistas de obras civiles. Sean factores que incrementan los costos de 
construcción y mantenimiento de las vías temporales. 
Estas vías temporales se deben realizar para poder transportar la producción de 
los diferentes campos por medio de carrotanques hasta los puntos donde se 
cuente con una infraestructura de transporte de hidrocarburos más eficiente como 
lo son los oleoductos y poliductos. Siempre tratando de mantener los costos de 
construcción y mantenimiento de estas infraestructuras al mínimo. 
Por tal motivo es evidente el impacto económico que podría generar la 
implementación de nuevas alternativas de reciclaje de materiales en los proyectos 
de rehabilitación, conservación en vías temporales, como también el ahorro en el 
tratamiento de los residuos petroleros. 
 
1.3 INTERROGANTE 
¿Puede utilizarse el residuo petrolero Borras en combinación con material granular 
para ser utilizada como capa en una estructura vial? 
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15 
 
1.4 OBJETIVOS 
1.4.1. OBJETIVO GENERAL 
1.4.1.1 Estudiar las propiedades físicas del borras, que permita clasificarlo 
como material asfaltico y mezclarlo con material granular para determinar las 
nuevas características mecánicas que produce esta mezcla y su posible uso. 
 
1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 
1.4.2.1 Caracterizar el material granular recebo, utilizado para la mezcla 
mediante ensayos individuales. 
 
1.4.2.2 Caracterizar las borras físicamente teniendo encuentra parámetros 
de seguridad. Mediante ensayos de Gravedad específica, gravedad API y 
viscosidad. 
 
1.4.2.3 Realizar un lecho de secado a escala que permita deshidratar la 
muestra de borras y volatilizar sus cadenas de hidrocarburos más livianas, 
mecánicamente mediante infiltración y por evaporación de la superficie expuesta 
al aire. 
1.4.2.4 Plantear combinaciones de varias proporciones de borras con 
material granular para establecer un porcentaje optimo según los criterios mininos 
establecidos en la normatividad actual. 
 
1.4.2.5 Realizar ensayo de laboratorio CBR a la mezcla elaborada de 
agregado pétreo con borras, para establecer el comportamiento mecánico de las 
mismas en comparación de una materia pétreo recebo compactado con su 
humedad óptima. 
 
1.4.2.6 Analizar los resultados obtenidos sobre el comportamiento de la 
mezcla, estableciendo conclusiones y recomendaciones. 
 
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16 
 
2 MARCO DE REFERENCIA 
 
2.1 MARCO TEORICO 
2.1.1. Borras.1 
 
Son generadas en los tanques y tuberías de la industria del petróleo son residuos 
que se forman después de largos periodos de tiempo, por sedimentación y 
aglomeración de: 
 
 Compuestos hidrocarbonados, especialmente de cadenas más largas, 
presentes en el crudo, 
 Sólidos, sedimentos (rocas, arena, lodos de perforación, entre otros) y 
materia orgánica, 
 Agua 
 
Como consecuencia de las aglomeraciones de los hidrocarburos, la emulsión del 
agua en el crudo y la retención de sedimentos en aquella; los grados API 
disminuyen, alcanzando valores incluso inferiores a 10 ºAPI, formándose masas 
densas y viscosas, difíciles de bombear, que se depositan en el fondo de los 
tanques, reduciendo su capacidad, o generan taponamientos en las tuberías. 
 
Figura 1. Tanques de almacenamiento de crudo. 
 
 
1
 Suarez, Desarrollo de un método químico para recuperación de crudo a partir de las borras 
generadas en los procesos de mantenimiento de tanques y tuberías en distritos de producción 
petroleros de Colombia. Bogotá, Universidad Nacional de Colombia. 2011. Pág 5-7 
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17 
 
 
La borra está compuesta en general por hidrocarburos parafínicos, asfaltenos, 
agua, compuestos de azufre, óxidos metálicos, gases disueltos y sólidos como 
arena y sedimentos. Como la proporción de estos componentes en las borras 
depende de las características del crudo de cada lugar donde ha sido extraído, las 
cuales a su vez dependen de los compuestos con que ha sido formado, es 
importante señalar algunas generalidades respecto a los crudos. De acuerdo con 
la literatura la composición aproximada del crudo es presentada en la Tabla 1. 
 
Tabla 1. Composición aproximada del crudo 
Elemento % 
C 83 a 87% 
H 11 a 14% 
O 0 a 5% 
S 0 a 6% 
N 0 a 0.5% 
C. Inorgánicos 0 a 0.1% 
 
 
El crudo se puede clasificar según su composición en: 
 
 Parafínicos: Sus compuestos principales son hidrocarburos saturados de 
bajo peso molecular, lo que permite que sean crudos muy fluidos. Tienen 
una densidad alrededor de 0,85 kg/L y están por encima de los 31º API. 
Son los crudos más apetecidos comercialmente y de mayor precio, por su 
facilidad de ser procesados y por la calidad de los productos obtenidos. 
Estos crudos producen mayores porcentajes de parafinas, naftas (solventes 
y gasolinas) y bases de aceites lubricantes que otros crudos. 
 
 Nafténicos: Sus compuestos principales son naftenos e hidrocarburos 
aromáticos; tienen un mayor peso molecular que los compuestos 
parafínicos y una densidad alrededor de 0,95 kg/L. Están entre los 10 y los 
22º API, siendo muy viscosos y de coloración oscura. Generan gran 
cantidad de residuos en los procesos de destilación, principalmente asfalto. 
 
 Mixtos: Están formados por toda clase de hidrocarburos: parafinas, 
naftenos, hidrocarburos saturados, insaturados y aromáticos, entre otros,encontrándose densidades alrededor de 0,9 kg/L y gravedades API entre 
los 22° y los 31º. 
 
 Dulce: Su contenido de azufre es menor de 0,5%, por lo cual requiere 
menor costo en su proceso de refinación para producir gasolina. 
 
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18 
 
 Agrio: su contenido de azufre es mayor que 1%, necesitando mayor 
inversión en su procesamiento para retirar este contaminante. 
 
2.1.2. Métodos de disposición final de las borras2 
 
Dentro de los métodos de disposición final más utilizados por las empresas a nivel 
de los distritos petroleros, se encuentra el método de biorremediación. Otro 
método de disposición final muy común que es ofrecido a las empresas es la 
incineración. A continuación se hace una breve descripción de ambos métodos de 
disposición final. 
 
Biorremediación. La biorremediación consiste en la eliminación de contaminantes 
usando microorganismos. Es un proceso complejo que debe tener en cuenta 
aspectos de la naturaleza y cantidad de contaminantes, las condiciones locales y 
la composición de la comunidad microbiana autóctona. El material contaminado se 
trata en el sitio ó en biorreactores. 
 
Para el caso de los hidrocarburos, la biorremediación del suelo, es el más 
económico. En el tratamiento de tierras se puede controlar el lugar y, hasta cierto 
punto, la tasa de degradación, pero necesita cierta preparación para asegurar que 
la escorrentía y la lixiviación no extiendan los contaminantes. Los hidrocarburos se 
aplican al suelo de tal forma que se consiga una concentración del 5% en los 15-
20 cm superiores del suelo; por encima del 10% se inhiben los procesos de 
biodegradación. Estos límites de concentración se traducen en que por cada 100 
mil litros de hidrocarburos se necesita una hectárea de tierra. El pH se ajusta 
mediante caliza entre 7 y 8. Se aplican abonos que aporten Nitrógeno y Fósforo en 
una relación de N=200:1, P=800:1. Durante este tipo de tratamientos, hay emisión 
de compuestos volátiles a la atmósfera. Sin embargo, no todos los hidrocarburos 
son degradados con la misma velocidad o con la misma eficiencia; los 
hidrocarburos aromáticos policíclicos (o PHA‘s por sus siglas en inglés), 
comúnmente presentes en crudos extrapesados, muy similares a las borras, 
usualmente son recalcitrantes, potencialmente bioacumulables y altamente 
carcinogénicos, lo que implica que su degradación por biorremediación no es fácil 
y debe hacerse con cuidado. 
 
Incineración. La incineración es el método de tratamiento de los residuos más 
antiguo; tiene como principio la combustión controlada de los residuos, 
transformándolos en materiales no combustibles, inodoros, homogéneos e inertes. 
 
2
 Suarez, Desarrollo de un método químico para recuperación de crudo a partir de las borras 
generadas en los procesos de mantenimiento de tanques y tuberías en distritos de producción 
petroleros de Colombia. Bogotá, Universidad Nacional de Colombia. 2011. Pág 9-10 
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19 
 
La incineración consiste en la oxidación exotérmica rápida de los compuestos 
combustibles. A través de este método se reduce el volumen de los residuos, pero 
se generan emisiones; los costos de capital, operación y mantenimiento son altos; 
requiere personal de operación calificado y requiere control de emisiones 
gaseosas. Las temperaturas que se manejan en los incineradores pueden estar 
cercanas a los 800°C. Es necesaria la inyección de oxígeno para combustión 
completa, para lo cual es necesario realizar análisis elementales de la 
composición, para estimar los requerimientos teóricos del aire y oxígeno. Dentro 
de los incineradores, el más usado, es el incinerador de pisos múltiple, por ser 
durable, de operación simple, y puede manejar cargas de cantidad y calidad 
variables. Otro tipo de incinerador común, es el de lecho fluidizado que es un 
depósito vertical cilíndrico de acero revestido con material refractario, que contiene 
un lecho de arena y orificios para alimentar aire para la producción y 
mantenimiento de combustión continua. 
 
2.1.3. Recebo común 
 
Es un material compuesto por diversos elementos, principalmente pétreos de 
tamaños diversos proceden de la fragmentación natural o artificial de la roca. 
(Principalmente ígneas) 
Este material se usa extendiéndose sobre el firme de una carretera para igualarlo 
y consolidarlo, Se emplea para el diseño de caminos de bajo volumen de tránsito, 
principalmente vías rurales, esta capa se compacta de forma manual o mecánica 
sobre la capa de subrasante o suelo. 
Las especificaciones técnicas de este material son inferiores a sub bases 
seleccionadas como la tipo IDU B-200, teniendo una resistencia según el ensayo 
de CBR del material, correspondiente a una compactación del 95% de la máxima 
del Proctor Modificado como mínimo del 10% mínimo y un índice de plasticidad 
menor al 12%. 
 
2.1.4. Ensayo de Proctor modificado de laboratorio 
 
El ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes procedimientos 
de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es 
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20 
 
posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su 
grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al 
costo y el desarrollo estructural e hidráulico. 
 
Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor Normal", y 
el "Ensayo Proctor Modificado". La diferencia entre ambos estriba en la distinta 
energía utilizada, debido a una mayor masa del pisón y mayor altura de caída en 
el Proctor modificado. 
 
Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor 
(1933), y determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos o 
áridos, en unas determinadas condiciones de humedad, con la condición de que 
no tengan excesivo porcentaje de finos, pues la prueba Proctor está limitada a los 
suelos que pasen totalmente por la malla No 4, o que tengan un retenido máximo 
del 10 % en esta malla, pero que pase (dicho retenido) totalmente por la malla 
3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” deberá determinarse la 
humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de Proctor 
estándar. 
 
El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen 
conocido, haciéndose variar la humedad para obtener el punto de compactación 
máxima en el cual se obtiene la humedad óptima de compactación. El ensayo 
puede ser realizado en tres niveles de energía de compactación, conforme las 
especificaciones de la obra: normal, intermedia y modificada. 
El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al 
ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de Proctor Normal quiere 
decir que se alcanza el 85% de la máxima densidad posible para ese terreno.3 
En Colombia el ensayo de proctor modificado está regulado por la norma invias, 
INV-E 142-13 “Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos 
(ensayo modificado de compactación)” Estos métodos de ensayo se emplean para 
determinar la relación entre la humedad y la masa unitaria de los suelos 
compactados en un molde de un tamaño dado con un martillo de 4.54 Kg. (10 lb) 
 
3
 Rondón y Reyes. Pavimentos materiales, construcción y diseño. Bogotá, ECOE ediciones. 2015. Pág 341 
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21 
 
que cae desde una altura de 457 mm (18"). Se han previsto cuatro procedimientos 
alternativos en la siguiente forma: 
Método A – Un moldede diámetro 101.6 mm (4"): material de un suelo que pasa el 
tamiz de 4.75 mm (No.4) (Secciones 3 y 4) 
Método B – Un molde de diámetro 152.4 mm (6"): material de suelo que pasa 
tamiz de 4.75 mm (No.4) (Secciones 5 y 6). 
Método C – Un molde de diámetro 101.6 mm (4"): material de suelo que pasa el 
tamiz de 19.0 mm (3/4") (Secciones 7 y 8) 
Método D – Un molde de diámetro 152.4 mm (6")4 
Este ensayo nos permitirá conocer las siguientes propiedades del material. 
 Humedad óptima – Cuando la masa unitaria y las correspondientes 
humedades para el suelo han sido determinadas y dibujadas para 
conformar una curva, el contenido de humedad que corresponda al pico de 
la curva, se llamará “humedad óptima” del suelo bajo la compactación 
mencionada atrás. 
 Masa unitaria seca máxima – La masa unitaria del suelo secado al horno en 
Kg./m³, correspondiente al contenido óptimo de humedad, bajo la 
compactación mencionada arriba, se llamará “masa unitario seca máxima”.5 
2.1.5. Ensayo de CBR de Laboratorio 
 
Esta norma describe el procedimiento de ensayo para la determinación de un 
índice de resistencia de los suelos denominado relación de soporte de California , 
que es muy conocido debido a su origen, como CBR (California Bearing Ratio). 
Ensayo desarrollado por Standon y Porter en 1929. En Colombia este ensayo se 
ejecuta siguiendo los lineamientos especificados por la norma Invias INV- E-148-
13 y basado en AASHTO 193-72. El ensayo determina como parámetro mecánico 
el CBR, el cual es utilizado ampliamente en el diseño de pavimentos flexibles. 
CBR se expresa en porcentaje. En el laboratorio, sobre muestras inalteradas de 
suelo de subrasante o sobre suelos compactados previamente en un molde, un 
 
4
 • INV – E -142 – 2013.Relaciones de húmeda-Peso unitario seco en los suelos ensayo modificado de 
compactación. 
 
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22 
 
vástago de 19.40 cm2 de área penetra dicho suelo con una velocidad y presión 
controlada. Durante la penetración se anota el desplazamiento que experimenta la 
muestra ensayada y la carga necesaria para obtener dicho desplazamiento. 
Matemáticamente, el CBR se expresa como la relación porcentual entra las 
presiones necesarias para penetrar el vástago 0.1 (q 0.1) y 0.2 (q 0.2) pulgadas y el 
desplazamiento de 0.1 y 0.2 pulgadas, dividido entre la misma relación que 
experimenta una muestra patrón de material granular que es considerado como 
bueno a excelente para conformar bases granulares no tratadas. Debido a que la 
penetración del suelo en el ensayo se ejecuta distribuyendo una carga sobre un 
vástago de área pequeña, este ensayo es usado por lo general en pavimentos 
flexibles en donde la carga es casi de tipo puntual cuando se induce sobre la 
subrasante. 
Tabla 2. Valores de presión y penetración de la muestra patrón 
Penetración (“) Presión (psi) 
0.1 1000 
0.2 1500 
0.3 1900 
0.4 2300 
0.5 2600 
 
Este método de ensayo está proyectado, aunque no limitado, para la evaluación 
de la resistencia de materiales cohesivos que contengan tamaños máximos de 
partículas de menos de 19 mm (3/4”).6 
Ensayo destinado a estimar la capacidad de carga de un suelo bajo las ruedas, es 
decir, su aptitud para soportar en una determinada estructura de a carretera las 
cargas móviles que deberán recorrerla.7 
 
 
6
 INV - E - 148 – 2013. CBR. de suelos compactados en el laboratorio. 
7
 Rondón y Reyes. Pavimentos materiales, construcción y diseño. Bogotá, ECOE ediciones. 2015. Pág 348-
351 
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23 
 
 
2.1.6. Lecho de secado 
 
El lecho de secado es una de los tratamientos de mitigación ambiental para tratar 
los residuos de la producción petrolera. Son una de las soluciones más adecuadas 
para el desaguado de plantas de tratamiento debido a su simplicidad y bajo costo. 
Para tratamiento de La deshidratación es una operación unitaria física (Mecánica) 
utilizada para reducir el contenido de humedad generalmente de los lodos 
digeridos. El lodo se deshidrata la mayor parte por drenaje a través de la arena, y 
por evaporación desde la superficie expuesta al aire. 
El contenido de humedad después de 15 días en condiciones favorables es del 
orden del 60 %. 
La operación del secado natural empieza con la descarga de las borras 
almacenadas en un tanque, recipiente de proceso o similar. El lodo que sale es 
ubicado junto al fondo, pues es aquel que presenta el más alto grado de 
estabilización sin producir gases. 
Como consecuencia de la presión hidrostática a la cual está sujeta en el fondo, el 
agua intersticial del borras está saturada de gases. Cuando este borras es 
transferido en un recipiente a la presión atmosférica, los gases tienen su 
solubilidad disminuida desprendiéndose bajo la forma de burbujas. 
Cuando las borras son distribuidas sobre una superficie permeable, arena por 
ejemplo, la camada de agua relativamente clara que queda debajo del lodo drena 
con facilidad, hasta que la parte concentrada de sólidos se deposita sobre la 
arena. La mayor parte de esa agua puede así ser removida. 
Pasado este breve período de drenaje el secado sigue a través de la evaporación. 
Se forma una camada cada vez más pobre en agua, pasando a encoger no solo 
verticalmente sino también en la horizontal. 
El tiempo para el secado completo caría con las condiciones climáticas y 
meteorológicas. Experiencias efectuadas en una planta de tratamiento de Río de 
Janeiro demostraron que este tiempo puede ser considerado entre 15 y 25 días. 
Incluyéndose el tiempo necesario para la remoción del lodo seco del lecho. 
 
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24 
 
Figura 2. Diseño típico lecho de secado.8 
 
El lecho de secado se construye como una piscina en concreto en la cual se 
adicionan diferentes materiales filtrantes según una especificación establecida, y 
materiales geosintéticos que mejoran el comportamiento del mismo. 
Adicionalmente se debe dejar de tubería perforada en su fondo para drenar las 
aguas que se infiltran, estas se deben disponer en espina de pescado y conducir a 
la red de aguas aceitosas. 
La granulometría recomendada que se debe implementar para la construcción del 
material filtrante será: 
 
Tabla 3. Granulometría para material filtrante del lecho de secado 
GRANULOMETRIA PARA ARENAS 
TAMIZ No 
% QUE PASA MEDIDO EN PESO 
ARENA GRUESA ARENA FINA 
3/8” 100 100 
No 4 80-100 100 
No 16 50-85 90-100 
 
8
 Diseño típico construcción en campos de petróleo. Ingeniería detallada estación Yenac ampliación a 
70KBFPD. 
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25 
 
No 30 25-60 60-90 
No 50 20-30 30-60 
No 100 0-15 5-30 
No 200 - 0-15 
 
Estos lechos de secado clasificaran el área como explosiva debido a los vapores 
que se puedan emitir a la atmosfera. 
El borras es aplicado en camadas de 20 hasta 30 cm de espesor. Más de esto 
dificulta el secado. No se debe esparcir borras en un lecho que ya contenga una 
carga anterior en fase de secado. 
El secado del borras en los lechos como los descritos reduce la humedad de 90 a 
95% hasta alrededor de 50 a 60% dependiendo la cantidad de agua que estas 
contengan.9 
 
2.1.7. Gravedad especifica en grados Baume o grados API 
 
La temperatura de referencia para mediciones de gravedad especifica en la escala 
Baumé o del american perolewm institute (API), es de 60 °F en lugar de 4°C, como 
se había definido en un principio. Para recalcar la diferencia es frecuente que la 
gravedad especifica Baume o API se expresecomo gravedad especifica de la 
siguiente manera. 
Gravedad especifica 
60° 
60° 
 F. 
Esta notación indica que tanto el fluido de referencia (agua) como el aceite están a 
60 °F. La gravedad específica del petróleo crudo de tipo distinto varía mucho en 
función del sitio donde se localicen. Aquellas que provienen de las cuencas en el 
oeste de estados Unidos varían entre 0.87 y 0.92, aproximadamente. Los campos 
petrolíferos del este de dicho país producen aceite cuya gravedad específica es 
 
9
 HESS LOTHAR, Max, Acondicionamiento y desaguado - Filtraciones al vacío - Filtros prensa - Lechos de 
secado. Companhia Estadual de tecnología de Saneamento Básico e de Defensa do Medio Ambiente 
(CETESB). Sao Pablo-Brasil, 2007. Capítulo 8 
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26 
 
alrededor de 0.82. La de crudo mexicano está entre la más elevada, con 0.97. 
Unos cuantos aceites asfalticos pesados tienen sg > 1. 
La mayor parte de los aceites se destilan antes de usarlos, a fin de manejar la 
calidad de la combustión. La gasolina, kerosenos y combustible resultante tienen 
gravedades específicas que varían entre 0.67 y 0.98. 
La ecuación que se emplea para calcular la gravedad especifica cuando se 
conoce los grados aumenta es diferente, una es para fluidos más ligeros que el 
agua y otra para los más pesados que ella. 
 
𝑠𝑔 =
145
(145 − 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑏𝑎ℎ𝑢𝑚𝑒
 
Con esto, para calcular los grados baume para una gravedad especifica dada, se 
maneja la ecuación. 
𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝐵𝑎𝑢𝑚𝑒 = 145 − 
145
𝑠𝑔
 
 
Para líquidos más ligeros que el agua utilizamos esta otra. 
𝑠𝑔 =
140
130 + 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑏𝑎𝑢𝑚𝑒.
 
𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑏𝑎ℎ𝑢𝑚𝑒 = 
140
𝑠𝑔
− 130 
Para líquidos más ligeros que el agua, el API desarrolló una escala un poco 
diferente a partir de la escala bahume. Las formulas son 
𝑠𝑔 =
141.5
131.5 + 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑎𝑝𝑖
 
𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝐴𝑃𝐼 =
141.5
131𝑠𝑔. 5
− 131.51 
Los grados API de los aceites varían de 10 a 80. Los de la mayoría de los aceites 
estarán en el rango de 20 a 70 API, que corresponden a gravedades específicas 
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27 
 
de 0.93 a 0.70. Observe que los aceites pesados tienen los valores más bajos de 
grados API. 
 
2.2 MARCO NORMATIVO. 
 
 Análisis granulométrico del agregado fino - NTC 77 – 2007. 
 
 Masas unitarias - NTC 92 – 1995. 
 
 Humedad natural NTC - 1495 – 2013. 
 
 Resistencia de agregados a la degradación por abrasión en el micro-deval. 
INVIAS E - 245 – 2013 
 
 Densidad y absorcion del agregado fino - Norma NTC 237 – 1995. 
 
 Gravedad específica y absorción de agregados finos. Norma I.N.V. E – 222 
 
 Contenido de vacíos en agregados finos no compactados. Norma I.N.V. E - 
239 MÉTODO A. 
 
 Determinación del contenido orgánico de un suelo mediante el ensayo de 
pérdida por ignición. Norma I.N.V. E - 121 – 2013. 
 
 Equivalente de arena de suelos y agregados finos INV E - 133 – 2013. 
 
 Análisis por tamizado de los agregados finos y gruesos. NTC - 77 - 2007 Y 
NTC - 78 – 1995. 
 
 Humedad Natural NTC - 1495 – 2013. 
 
 Relaciones de húmeda-Peso unitario seco en los suelos ensayo modificado de 
compactación INV – E -142 – 2013. 
 
 CBR. de suelos compactados en el laboratorio INV - E - 148 – 2013. 
 
 Determinación del límite líquido, limite plástico e índice de plasticidad NTC- 
4630 - 1999 método A. 
 
 Análisis por tamizado de los agregados finos y gruesos. NTC - 77 - 2007 y 
NTC - 78 – 1995. 
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28 
 
 
 Desgaste en la máquina de los ángeles. NTC 98 – 2012. 
 
 Humedad natural. NTC - 1495 - 2013 
 
 Relaciones humedad - peso unitario seco en los suelos ensayo modificado de 
compactación método C. INV - E - 142 – 2013. 
 
 Resolución No. 0631 17 Marzo 2015. Por el cual se establecen los párametros 
y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a 
cuerpos de agua superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se 
dictan otras disposiciones. 
 
 DECRETO 4741 DE 2005. Por el cual se reglamenta parcialmente la 
prevención y el manejo de los residuos o desechos peligrosos generados en el 
marco de la gestión integral. 
 
 DECRETO 1594 DE 1984. Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I 
de la Ley 09 de 1979, así como el Capítulo II del Título VI - Parte III - Libro II y 
el Título III de la Parte III Libro I del Decreto 2811 de 1974 en cuanto a usos 
del agua y residuos líquidos. 
 
 
2.3 MARCO GEOGRAFICO 
 
La zona de extracción petróleo en los llanos orientales de Colombia, se caracteriza 
por tener yacimientos de crudo pesado y liviano, con pozos que tienen en 
ocasiones depósitos de gas. 
Las vías de acceso en esta zona del país son escasas, teniendo asi que la 
mayoría de carreteras que comunican los diferentes campos petroleros, son 
elaboradas en afirmado ya que todas provienen de financiación privada por parte 
de las operadoras. Podemos encontrar vías de primer y segundo orden que unen 
las principales centros urbanos del departamento las cuales están pavimentadas y 
se les realiza un mantenimiento permanente especialmente la Marginal de la 
selva. Vía nacional de primer orden que comunica las ciudades de Villavicencio 
con Yopal. 
 
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29 
 
Figura 3. Vías pavimentadas departamento del Casanare 
 
En este municipio podemos ver por varias situaciones socio económicas que la 
infraestructura vial ha crecido en los últimos años beneficiando a los principales 
centros urbanos sin embargo, no se ha desarrollado como se esperaría. 
Las vías temporales que comunican los diferentes campos petroleros de la región 
son principalmente de materiales de baja calidad o de préstamos laterales en 
suelos en los que predominan las arcillas y la mayoría del año los niveles freáticos 
están entre 1-4 metros de profundidad. 
La topografía de la región predominan bastas extensiones de llano con un 
cantidad elevada de afluentes hídricos. Por tal motivo los diseños de las vías se 
realizan en terraplenes de material común seleccionado o de agregados pétreos 
de canto rodado extraídos de los ríos cercanos a los lugares donde se desarrollan 
los diferentes proyectos. 
Por tal motivo se tiene un problema grave de contaminación por materiales 
partículas en las épocas del año es donde la lluvia escasea y las diferentes obras 
con los materiales anteriormente mencionados pierden humedad y por el transito 
normal, empiezan a desprender sus partículas más finas al aire contaminando la 
vegetación cercana a las vías y afectando a las personas que residen al lado de 
estas carreteras. 
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30 
 
Figura 4. Material particulado en vía temporal a campo petrolero 
 
El área de interés de esta investigación se centra en los campos petrolíferos del 
departamento del Casanare. Como se muestra a continuación. 
Figura 5. Mapa de infraestructura petrolera Casanare ANH 2015 
 
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31 
 
2.4 GLOSARIO 
 
 ACEITE CRUDO: Aceite que proviene de un yacimiento, después de 
separarle cualquier gas asociado y procesado en una refinería; a menudo se 
le conoce como crudo. 
 API: American Petroleum Institute. 
 BORRAS PETROLERAS: Residuos del proceso de extracción y producción 
del crudo en forma de sólidos sedimentables contenidos en el aceite. 
 CONTAMINACIÓN: presencia en el ambiente de una o más sustancias 
contaminadasque cause desequilibrio ecológico. 
 DUCTO: Tubería para el transporte de crudo o gas natural entre dos puntos 
geográficos, ya sea tierra adentro o tierra afuera. 
 GRADO API: Gravedad especifica del crudo según la clasificación API. 
 IMPACTO AMBIENTAL: es el efecto que produce la actividad humana sobre 
el medio ambiente. El concepto puede extenderse a los efectos de un 
fenómeno natural catastrófico. Técnicamente, es la alteración de la línea de 
base ambiental. 
 LODOS ACEITOSOS: desechos pastosos con contenido de hidrocarburos, 
como: solidos congénitos del crudo, hidrocarburos impregnados al suelo, 
sedimentos de sistemas de contención de hidrocarburos (Tanques, fosas, 
presas, etc) 
 LIXIVIADOS: líquido resultante de un proceso de percolación de un fluido a 
través de un sólido. El lixiviado generalmente arrastra gran cantidad de los 
compuestos presentes en el sólido que atraviesa. 
 RECICLADO: consiste en la reutilización, generalmente luego de cierto 
tratamiento, de un material del pavimento que ha cumplido su finalidad inicial, 
el cual se emplea para construir una nueva capa en la misma o en otra 
carretera. 
 RESIDUOS PELIGROSOS: Elementos o sustancias que se abandonan, 
botan, desechan, descartan o rechazan, que poseen características 
patógenas, toxicas, combustibles, inflamables, explosivas, radioactivas o 
volátiles; y los empaques y envases que los hayan contenido, como también 
lodos, cenizas y similares. 
 TRATAMIENTO: Transformación física o química de los residuos, con el 
objetivo de eliminar o minimizar riesgos a la salud y al medio ambiente. 
 YACIMIENTO PETROLÍFERO: es una acumulación natural de hidrocarburos 
en el subsuelo, contenidos en rocas porosas o fracturadas (roca almacén). Los 
hidrocarburos naturales, como el petróleo crudo y el gas natural, son retenidos 
por formaciones de rocas suprayacentes con baja permeabilidad. 
 
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32 
 
3 METODOLOGÍA. 
 
El trabajo de grado para su ejecución se basó en el seguimiento de unas 
actividades ordenadas en diferentes fases, de tal manera que se asegurara una 
correcta ejecución de las labores y así la obtención de los resultados esperados. 
La metodología de desarrollo se encuentra dividida en tres grupos, el primero hace 
parte de la obtención de los insumos de trabajo junto con su caracterización, la 
segunda parte de la obtención de las mezclas y los ensayos de resistencia del 
material y por ultimo hace referencia al análisis de los resultados. 
3.1 Primer capítulo. Obtención de materias primas. 
Este primer capítulo está enmarcado en la primera etapa del proyecto donde se 
conseguirán todos los materiales necesarios para el trabajo los cuales costa de 
muestras de borras traída desde campos petroleros de los llanos orientales más 
específicamente de los campos ubicados cerca a Villanueva-Casanare. 
3.2 Segundo capitulo. Deshidratación y secado del Borras. 
El segundo capítulo estará encargado de procesar las borras, deshidratándolas y 
evaporando sus volátiles decidiendo la forma más eficiente económicamente y 
funcionalmente hablando. Llevando el proceso escogido a ejecución y tomando 
registro detallado del proceso. 
Este proceso se refiere a poner a drenar las borras en un lecho de secado a 
escala para facilitar la evaporación de los volátiles y la infiltración del agua, 
acelerando así su proceso de curado cuando se mezcle con el material granular. 
En el Capítulo 4.1.1 se describe por que se eligió este método. 
3.3 Tercer capítulo. Caracterización de los materiales. 
Se tienen ensayos que caracterizan algunos parámetros físicos de las Borras, 
como su densidad, su viscosidad, su gravedad API, punto de inflamación punto 
de combustión. Siguiendo estándares de seguridad, teniendo en cuenta que el 
Borras es un hidrocarburo sin procesar completamente y posee cadenas livianas 
incluso gas que lo hacen explosivo e inflamable. 
Por otro lado se realizara una caracterización de un recebo con un CBR no muy 
alto determinando sus características físicas mediante ensayos de laboratorio 
como Contenido de materia orgánica, contenido de humedad natural, análisis 
granulométrico, resistencia al desgaste, equivalente de arena, densidad y 
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33 
 
humedad óptima método proctor modificado, gravedad específica y ensayo CBR 
de laboratorio. 
Teniendo los datos de humedad óptima del material se procederá a realizar 
mezclas entre Borras extraído del lecho de secado, agua y material granular 
teniendo en cuenta que la sumatoria de agua y borras no superara el porcentaje 
de humedad optima obtenida por el ensayo de proctor modificado. 
3.4 Cuarto capítulo. Definición de proporciones para elaboración de la 
mezcla Recebo más Borras 
Se obtendrán los porcentajes para realizar las mezclas obteniendo el porcentaje 
óptimo de borras mediante un ensayo de proctor modificado. 
3.5 Quinto capítulo. Ensayos de CBR 
En la segunda parte del desarrollo del trabajo, se realizará ensayo CBR de 
laboratorio a las mezclas anteriormente formadas y se obtendrán los resultados 
los cuales se compararan con el material compactado con la humedad óptima, 
para establecer conclusiones. 
3.6 Tratamiento especial borras 
Debido a que las borras son un material cuya cadena de custodia es difícil de 
manejar y que se tiene una cantidad de muestra limitada, se deberá tener en 
cuenta que los testigos a realizar no podrán sobrepasar una cantidad calculada y 
en común acuerdo con el tutor de este trabajo de grado. 
Además al ser un desecho de los hidrocarburos sin tratamiento se debe tener 
especial cuidado al manipular el material, siempre siguiendo las normas de 
seguridad industrial, el uso de los EPP y la disposición adecuada de los residuos 
que del trabajo con este material se desechen. 
 
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34 
 
4 PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS 
 
4.1 LECHO DE SECADO A ESCALA 
4.1.1. Elección Sistema de Deshidratación y Desvolatilización de la Muestra 
de Borras. 
 
Para eliminar los volátiles que pudieran contener las muestras de borras y su 
humedad se evaluaron varias posibilidades: 
4.1.1.1 Primera: realizar una separación por medio de laboratorios de 
hidrocarburos para eliminar el agua de la muestra y determinar las propiedades 
químicas de la misma, esta posibilidad se descartó por la falta de equipos 
necesarios para realizar esta actividad y los elevados costos de estos ensayos. 
4.1.1.2 Segunda: mezclar las borras con el recebo en determinadas 
proporciones y dejarlo en patios de curado en los cuales periódicamente se le 
daría vueltas mecánicas para tratar de homogeneizar el secado de la mezcla. 
Estos patios de secado deberían estar protegidos de la lluvia y para determinar si 
el proceso estaba terminado se debería realizar pruebas de resistencia, 
viscosidad, contenido de agua, a diferentes edades y llevar el registro para saber o 
estimar la duración estimada del secado da las borras. 
Esta opción requería de una logística grande, elevando los costos del proyecto, 
además de un tiempo de trabajo incierto ya que nunca se habían hecho pruebas 
de esta manera. 
Por otro lado la eficiencia de este procedimiento no era completamente segura ya 
que el agua que se evaporaría estaría dada por las condiciones climáticas y no 
resolvería en plenitud el evaporamiento de los volátiles. Ya que se trabajaría a una 
temperatura y presión ambiental, cuya temperatura en Bogotá no sobrepasa los 
28°C. Por tal motivo la energía necesaria para curar la mezcla tardaría mucho 
tiempo en completarse. 
Además la evaporación de los hidrocarburos livianos está en función de la 
temperatura y presión. No tanto del tiempo que poreste método hubiera sido 
extremadamente largo. 
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35 
 
4.1.1.3 Tercera: Poner el borras mezclado con recebo o puro en el horno 
110°C para acelerar el proceso de perdida de volátiles. Como la muestra de borras 
corresponde a crudo sin procesar se tenían muchos riesgos inherentes, como lo 
son contenidos de gases inflamables, cadenas de hidrocarburos livianas 
combustibles además de un punto de inflamabilidad bajo lo cual podría producir 
una explosión en los equipos o en las instalaciones. Por tal motivo y por temas de 
seguridad en el laboratorio se descartó esta opción. 
 
4.1.1.4 Cuarta: Realizar un lecho de secado a una escala menor que los 
construidos en campo. Fue la elegida por varias razones. Es fácil y económico de 
elaborar. Se podía llevar control diario del proceso. Nos ayudaríamos del aire de 
un espacio techado de un tamaño pequeño, como también de la infiltración del 
agua en el material granular para eliminar la humedad de la muestra acelerando el 
proceso respecto de la opción. Es el tratamiento que hoy en día se maneja EN 
campo para este tipo de residuos, por ende si el proyecto se logra llevar a mayor 
escala seria como se encontrarían las borras y no se daría ningún otro proceso 
adicional para utilizar las mismas. 
 
4.1.2. Construcción del Lecho de Secado a Escala 
 
El sistema elegido para la deshidratación y desvolatilización de las borras fue el 
lecho de secado. Por tal motivo se decidió realizar una estructura a escala para 
realizar el trabajo ya que por la cantidad de muestra no ameritaba un mayor 
esfuerzo en construcción. 
Por tal motivo se siguieron los pasos de diseño de un lecho de secado pero 
asumiendo un volumen menor de borras a disponer. 
Se calculó de esta forma unas dimensiones y con los factores conocidos del 
borras para el diseño de lechos de secado en campo se procedió a calcular el 
tiempo de secado en días. 
Tabla 4. Memoria de cálculo tiempo de secado borras 
Geometría de la cama de secado 
 
 Longitud 40 cm 
 Ancho 28 cm 
 Alto 20 cm 
 
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36 
 
Área del lecho 1120 cm2 
 Profundidad de borra aplicada 2.5 cm 
 
 Volumen de borra aplicada 2800 cm3 
 Volumen del lecho 25200 cm3 
 
 Tiempo de secado requerido 
 
 
 
 
 
 
 H=Profundidad a la cual se aplica el 
lodo 2.5 cm 
So=Aceites iniciales,% 81% % 
a=Corrección de la tasa de evaporación para borras 0.85 
E=Tasa de evaporación 0.5 cm/mes 
b=fracción de agua absorbida por el lodo 0.22 
R=Lluvia durante el mes húmedo 0 cm/mes 
S1=Volumen después de td días % 85% % 
S2=Contenido final % 98% % 
td=Tiempo en el cual el drenado es significante 3 días 
 
Tiempo de secado en días 25 días 
 
Luego de calcular un tiempo óptimo de secado, se procedió a la construcción del 
mismo. Para lo cual se tomaron en cuenta los diseños de campo y se adaptaron 
dando una escala menor y utilizando materiales menos resistentes pues las 
fuerzas y los esfuerzos a los que estaría sometido serían mucho menores. 
Se eligió el plástico como material para la estructura del lecho de secado cuyas 
paredes fueran transparentes para realizar un seguimiento del proceso de 
infiltración del agua. 
Para obtener el filtrado del agua se realizaron aberturas en el fondo del recipiente 
las cuales reposaban sobre otro recipiente de plástico que sería el encargado de 
almacenar la posible agua que se infiltrara hasta abajo, ya que solo se usaría una 
vez este lecho la probabilidad que esto sucediera por experiencia seria baja. 
𝑇 =
30 ∗ 𝐻 ∗ 𝑆𝑜
𝑎𝐸 − 𝑏𝑅
∗ (
1
𝑆1
−
1
𝑆2
) + 𝑡𝑑 
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37 
 
Se utilizó una arena con una granulometría parecida a la recomendada para 
lechos de secado trabajando con tamaños nominales inferiores al tamiz No 4. 
Figura 6. Granulometría de la arena del lecho de secado 
 
De la cual se tamizo con dividiendo el material en dos dimensiones diferentes, se 
realizaron dos aberturas para la circulación del aire y se tapó para evitar que le 
cayera agua a su superficie. 
Figura 7. Lecho de secado recién construido 
 
Después de tener las capas de material granular dispuestas en el recipiente se le 
dio una pendiente pequeña al material, para ayudar con el drenado del agua. Así 
mejorar la infiltración y acelerar el proceso de infiltración del agua contenida en la 
muestra de borras. 
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38 
 
Se dispuso una capa de 2.5cm de borras inmediatamente después de la capa más 
fina de arena, se nivelo el recipiente del lecho de secado y por último se ubicó 
encima del recipiente azul quien sería el encargado de recibir todos los lixiviados y 
líquidos resultantes del infiltrado del borras. 
Figura 8. Lecho de secado día 0. Un minuto después de adicionar las borras 
 
Figura 9. Tapado del lecho de secado con dos aberturas laterales para circulación 
de aire 
 
4.1.3. Evolución del lecho de secado 
 
El día de construcción del lecho de secado fue el 9 de Agosto de 2015. Luego de 
su elaboración se procedió a depositar la muestra de borras. 
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39 
 
Para llevar un control de la infiltración y la evaporación de los volátiles se realizó 
un registro fotográfico del mismo y a través de las paredes translucidas del 
recipiente se iba observando los porcentajes de Borras que se infiltraban, 
evaporaban como el porcentaje de agua infiltrada. Esto midiendo los espesores 
visibles y calculando los porcentajes de infiltración. 
A continuación se muestra una evolución general del lecho de secado. 
Figura 10. Evolución del lecho de secado 
 
Como se puede observar el funcionamiento del lecho de secado es evidente. 
Siguiendo el procedimiento de control descrito se realizó una tabla con los valores 
de porcentajes de Agua y Borras infiltrados respecto al volumen inicial. 
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40 
 
Figura 11. Estado final lechos de secado. 7 de septiembre de 2015 Día 30 
 
A continuación se muestran el resultado del control de registro fotográfico. 
Tabla 5. Evolución del lecho de secado 
Porcentaje agua perdida leho de secado
09-Ago 10-Ago 15-Ago 20-Ago 25-Ago 30-Ago 04-Sept
Borras 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2 2
Agua 0 0.4 0.6 0.68 0.75 0.8 0.8
Aceites livianos 0 0.2 0.4 0.48 0.55 0.6 0.6
% Borras superficial 100% 96% 92% 88% 84% 80% 80%
% Agua infiltrada 0% 17% 26% 31% 36% 40% 40%
% Borras infiltrado 0% 8% 17% 22% 26% 30% 30% 
De los datos anteriormente relacionados se realizó la gráfica que muestra el 
comportamiento de la infiltración en el lecho de secado a escala. 
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41 
 
Tabla 6. Evolución infiltración lecho de secado 
 
4.1.4. Retiro de borras del lecho de secado. 
 
Se acordó retirar las borras del lecho de secado en el día 30. El proceso se realizó 
por medio de succión con jeringas de la capa más superficial hasta donde la 
viscosidad les borras más denso lo permitió. Se observó que el la capa que estaba 
en contacto con el aire se había formado una nata con características plásticas 
Figura 12. Debajo de la cual se tenía un material más líquido sin embargo con una 
viscosidad aparente, mayor a la muestra inicialmente vertida en el lecho de 
secado. 
Figura 12. Retiro de borras luego de 30 días de secado 
 
0%
20%
40%
60%
80%
100%
9/8 14/8 19/8 24/8 29/8 3/9P
o
rc
e
n
ta
je
 o
b
se
rv
ab
le
 
Fecha 
Evolución infiltración Lecho de secado 
% Borras superficial
% Agua infiltrada
% Borras infiltrado
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42 
 
Este producto retirado con la jeringa se dispuso en un recipiente plástico de 2.5 
litros para poder transportar la muestra del lugar donde se estaba secando hasta 
el laboratorio como se aprecia en la Figura 13 
Figura 13. Borras finales luego del secado 
 
 
Adicionalmente la capa de arena fina que tenía contacto directo con las borras 
formo una especie de costra la cual fue retirada con una espátula plástica, este 
capa de arena de alrededor de 4mm se pudo observar que tenía propiedades 
ligantes entre los gránulos. Esto se muestra en la Figura 14 a continuación: 
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43 
 
Figura 14. Capa con propiedades plásticas encontrada en el lecho de secado. 
 
La muestra de borras extraída al principio fue la utilizada para realizar las mezclas 
con el recebo y con las que se realizó posteriormente los ensayos de CBR. Esto 
debido a que el compuesto más viscoso y denso no tenía una cantidad 
representativa como para realizar ensayos de proctor y CBR los cuales requieren 
una gran cantidad de material respecto al obtenido en el lecho de secado a escala. 
4.2 CARACTERIZACION DEL BORRAS 
4.2.1. Obtención Borras 
 
Las borras fueron suministradas por una operadora de petróleo que se ubica sus 
trabajos en el departamento de Casanare. Esta muestra tenía un volumen 
aproximado de 1 gal, la cual fue extraída del tanque conocido como 
DECANTADOR. 
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44 
 
Figura 15. Galón de borras 
 
El recipiente cumple con todas las exigencias de seguridad industrial y estaba 
debidamente sellado. La muestra fue enviada desde campo en transporte 
especializado y fue entregada en las instalaciones de Bogotá. En las cuales se 
transfirió la custodia y se llevaron al laboratorio para iniciar pruebas. 
4.2.2. Clasificación de las borras como residuo o desecho peligroso. 
 
Según el decreto • DECRETO 4741 DE 2005. Por el cual se reglamenta 
parcialmente la prevención y el manejo de los residuos o desechos peligrosos 
generados en el marco de la gestión integral. En su capítulo II. Artículo 5º. 
CLASIFICACIÓN DE LOS RESIDUOS O DESECHOS PELIGROSOS. Los 
residuos o desechos incluidos en el Anexo I y Anexo II del presente decreto se 
considerarán peligrosos a menos que no presenten ninguna de las características 
de peligrosidad descritas en el Anexo III. 
El generador podrá demostrar ante la autoridad ambiental que sus residuos no 
presentan ninguna característica de peligrosidad, para lo cual deberá efectuar la 
caracterización físico-química de sus residuos o desechos. Para tal efecto, el 
generador podrá proponer a la autoridad ambiental los análisis de caracterización 
de peligrosidad a realizar, sobre la base del conocimiento de sus residuos y de los 
procesos que los generan, sin perjuicio de lo cual, la autoridad ambiental podrá 
exigir análisis adicionales o diferentes a los propuestos por el generador. 
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45 
 
Al remitirse al ANEXO I. LISTA DE RESIDUOS O DESECHOS PELIGROSOS 
POR PROCESOS O ACTIVIDADES. Encontramos que las borras al ser un 
residuo industrial del proceso de obtención separación y venta de hidrocarburos, lo 
podemos clasificar como: 
Y9. Mezclas y emulsiones de desechos de aceite y agua o de hidrocarburos y 
agua.10 
4.2.3. Propiedades físicas de las borras. 
 
Para conocer las propiedades del borras contamos con el apoyo de la empresa 
operadora en el campo para suministrarnos los datos de los laboratorios 
desarrollados en la muestras de borras. Estas propiedades físicas se encuentran 
relacionadas a continuación. 
Tabla 7. Análisis físico de las Borras11 
ANALISIS FISICO DEL BORRAS 
TEST NAME AND NUMBER UNIT RESULT 
Gravity API @ 60 ºF (seco) ASTM D-1298 
 
22,3 
Water and sediment ASTM D-4007 vol% 1,0 
Sulphur X-ray ASTM D-4294 wt% 1,82 
Flash Point ASTM D-92 ºC 81 
Vanadium 
ASTM D-
5863A 
ppm 358 
Nickel 
ASTM D-
5863A 
ppm 74 
Ash ASTM D-482 wt% 0,064 
Pour Point ASTM D-97 ºC -18 
Salt content ASTM D-3230 PTB 6,8 
Viscosity @ 100ºF ASTM D-445 cP 435,3 
Viscosity @ 120ºF ASTM D-445 cP 209,5 
Viscosity @ 160ºF ASTM D-445 cP 73,44 
Viscosity @ 180ºF ASTM D-445 cP 40,29 
Viscosity @ 200ºF ASTM D-445 cP 28,52 
Viscosity @ 220ºF ASTM D-445 cP 19,71 
Distillation ASTM D-86 
 
IBP 
 
ºF 200 
5% 
 
370 
 
10
 DECRETO 4741 DE 2005. Por el cual se reglamenta parcialmente la prevención y el manejo de los residuos 
o desechos peligrosos generados en el marco de la gestión integral. En su capítulo II. Artículo 5º 
11
 Caracterización entregada junto con la muestra de borras. Ver anexos. 
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46 
 
10% 
 
448 
20% 
 
570 
30% 
 
640 
40% 
 
680 
 
También se tiene un contenido de agua de las borras ensayo SBW. 
Tabla 8. Contenido de agua Borras 
 
SOLIDOS 
AGUA 
LIBRE 
PARAFINA 
SOLIDOS 
CRUDO 
 SIN TEMPERATURA 2 10 80 10 
CON TEMPERATURA 3 10 80 10 
CON EXCESO DE QUIMICA 3 12 80 10 
 
4.2.4. Borras después del lecho de secado. Densidad, gravedad específica y 
grado API. 
 
Luego de retirar las borras del lecho de secado, estas se llevaron al laboratorio y 
se les realizo una prueba para determinar su densidad. Su gravedad específica y 
grado API. Por falta de recursos económicos y tecnológicos no se pudieron 
realizar según la norma ASTM D-1298. Por tal motivo se realizó un muestreo 
representativo de una prueba para hallar la densidad del material la cual consistió 
en tomar varias probetas de 100 ml, llenarlas con borras y determinar su masa en 
una balanza con precisión de 0.1 g. Se utilizaron cinco probetas a las cuales se les 
realizo el procedimiento tres veces a cada una. Los datos se muestran en la Tabla 
9. A continuación se muestra el procedimiento realizado en el laboratorio. 
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47 
 
Figura 16. Procedimiento para determinación de gravedad específica y gravedad 
API despues del lecho de secado. 
 
El procedimiento anterior se realizó varias veces, obteniendo el promedio de los 
datos obtuvimos una densidad de trabajo, una gravedad específica y por medio de 
cálculos hallamos el grado API del borras luego de estar 30 días en el lecho de 
secado. Al graficar los datos pudimos obtener un error aceptable para dicha 
información la cual fue la base para la comparación de los datos iniciales y el 
cálculo de la cantidad de borras empleada para la mezcla con el recebo. 
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48 
 
Tabla 9. Determinación de la gravedad específica, grado API muestra luego del 
lecho de secado 
Re
ci
pi
en
te
M
ue
st
ra
Co
di
go
Pe
so
 
re
ci
pi
en
te
V
ol
Re
ci
p.
 +
 
bo
rr
as
M
as
a 
bo
rr
as
T 
(°
C)
G
S 
A
gu
a 
D
es
ti
la
da
D
en
si
da
d 
Bo
rr
as
G
ra
ve
da
d 
es
pe
ci
fi
ca
 
Bo
rr
as
° A
PI
1 1 1 141.4 100 235.00 93.6 23.6 0.99745 0.936 0.9384 19.3
2 1 2 142.4 100 236.60 94.2 23.6 0.99745 0.942 0.9444 18.3
3 1 3 141.5 100 235.50 94.0 23.6 0.99745 0.94 0.9424 18.6
4 1 4 142.2 100 236.00 93.8 23.6 0.99745 0.938 0.9404 19.0
5 1 5 141.8 100 236.00 94.2 23.6 0.99745 0.942 0.9444 18.3
1 2 6 141.4 100 235.10 93.7 23.8 0.99744 0.937 0.9394 19.1