pág. 11809
IMPLEMENTACIÓN DE UN
MATERIAL COMPUESTO UTILIZANDO
POLVO DE NEUMÁTICO, PARA LA
FABRICACIÓN DE PISO FLEXIBLE
IMPLEMENTATION OF A COMPOSITE MATERIAL
USING TIRE POWDER, FOR THE MANUFACTURING
OF FLEXIBLE FLOOR
Mario Javier Llumitasig Calvopiña
Universidad Estatal de Milagro, Ecuador
Juan Mauricio Guaman Quispillo
Universidad Estatal de Milagro, Ecuador
Jessica Belén Defaz Chimba
Instituto Superior Universitario Cotopaxi, Ecuador
pág. 11810
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14597
Implementación de un Material Compuesto Utilizando Polvo de
Neumático, para la Fabricación de Piso Flexible
Mario Javier Llumitasig Calvopiña1
mllumitasigc@unemi.edu.ec
http://orcid.org/0000-0002-8889-1367
Universidad Estatal de Milagro
Ecuador
Juan Mauricio Guaman Quispillo
jguamanq2@unemi.edu.ec
https://orcid.org/0009-0002-3897-5834
Universidad Estatal de Milagro
Ecuador
Jessica Belén Defaz Chimba
jbdefazc@istx.edu.ec
https://orcid.org/0009-0005-6758-9387
Instituto Superior Universitario Cotopaxi
Ecuador
RESUMEN
Se obtuvo un material compuesto con forma y dimensiones de una baldosa mediante el
aprovechamiento del polvo de neumático fuera de uso, mismo que es desechado y van a parar en
sumideros, ríos y finalmente al mar, mediante procesos de trituración se tiene el polvo de neumático y
aprovechando sus características mecánicas se puede utilizar como matriz para formar un material
compuesto conjuntamente con un ligante como el poliuretano liquido en una concentración sugerida
del 20% y bajo condiciones de presión y temperatura que nos proporciona una maquina prensadora
tenemos el material compuesto aprovechando aproximadamente un 99% de la materia prima, se realizó
probetas de acuerdo a las especificaciones de la norma ASTM D638 y D2240 para establecer sus
propiedades mecánicas tracción y dureza respectivamente, teniendo valores de 68 en dureza en la escala
de Shore A apto para usar como recubrimiento de piso garantizando un piso flexible y la durabilidad
del mismo.
Palabras clave: material compuesto, polvo de neumático, baldosa de caucho, piso flexible, tracción
1
Autor principal
Correspondencia: mllumitasigc@unemi.edu.ec
pág. 11811
Implementation of a Composite Material Using Tire Powder, for the
Manufacturing of Flexible Floor
ABSTRACT
A obtanied composite material with the shape and dimensions of a tile by using the dust from end-of-
life tires, which is discarded and ends up in drains, rivers and finally in the sea, by means of shredding
processes we have the tire dust and taking advantage of its mechanical characteristics it can be used as
a matrix to from a composite material together with a binder such as liquid polyurethane in a suggested
concentration of 20% and under pressure and temperatura conditions provided by a pressing machine
we have the composite material taking advantage of approximately 99 % of the raw material, test pieces
were made according to the specifications of the ASTM D638 and D2240 standards to establish its
machanicalproperties traction and hardness respectively, having values of 68 in hardness on the scale
of Shore A suitable for use as a coating on a floor, ensuring a flexible floor and durability of the same.
Keywords: composite material, tire dust, rubber tile, flexible floor, tensile strength
Artículo recibido 10 septiembre 2024
Aceptado para publicación: 12 octubre 2024
pág. 11812
INTRODUCCIÓN
Por lo general los pisos rígidos de concreto presentan fisuración inicial por contracción plástica: este
tipo de patología se presenta antes de finalizar la construcción del piso o losa debido a múltiples factores
como falta de barreras de viento y cubierta, o problemas de temperatura y manejabilidad del concreto[1].
El diseño del piso de los centros de trabajo, independientemente de su tamaño y actividad, disponen de
zonas específicas para almacenamiento de materiales. Las condiciones de seguridad que deben cumplir
se pueden aplicar tanto a grandes almacenes del sector logístico, como a zonas destinadas al depósito
de materiales en pequeñas y medianas empresas[2]. Un movimiento telúrico puede causar la caída de
varios objetos y estos se impactan contra el piso sufriendo un deterio parcial o total [1]. El caucho es
una sustancia que se caracteriza ´por su excelente elasticidad, impermeabilidad ante el agua y gran
resistencia eléctrica, se obtiene de manera natural o sintética, el caucho natural se obtiene de un líquido
lechoso de color blanco denominado látex, que se encuentra en una variedad de plantas [2]. Un método
para aprovechar los residuos del caucho, son los métodos mecánicos como la molienda el mezclado a
una alta velocidad, los químico mecánicos des vulcanización también los químicos con reactivos
orgánicos e inorgánicos, térmicos como los digestores, en medios alcalinos y con ultrasonido [3].
Al-Malki [4] realizaron mezclas de polietileno de alta densidad (HDPE) con caucho de llantas fuera de
uso triturado de HDPE con caucho polibutadieno virgen, y compararon las propiedades mecánicas y
reológicas de las mezclas, Álvarez [5] menciona que de la distancia entre partículas es el parámetro más
crítico y por tanto que más efecto tiene sobre la tenacidad. F. Moreno y colaboradores [6] mencionan
que debido a las mejoras de las propiedades mecánicas del betún aportadas tras la incorporación de
polvo de neumático, las mezclas fabricadas con estos ligantes se postulan como una posible solución a
problemas como las fisuración por fatiga. En un ensayo realizado en Chile, consiste básicamente en la
medición del esfuerzo a la penetración a temperatura y velocidad controlada que presentan probetas de
materiales compuestos con distintos ligantes, considerando que la mezcla más adecuada es aquella que
presenta el valor máximo de esfuerzo a la penetración [7], por lo general las propiedades que se intentan
mejorar son la resistencia bajo carga monotónica, al ahuellamiento, la fatiga, y el envejecimiento, y
disminuir la susceptibilidad térmica [8], a más de eso el autor recomienda para evaluar las propiedades
físicas del material compuesto realizar ensayos de penetración (a la temperatura estándar de 25 °C) y
pág. 11813
punto de ablandamiento, adicionalmente se realizaron varios ensayos de viscosidad con el fin de definir
las temperaturas adecuadas de mezcla y compactación.
Tras realizar un análisis a este efecto podemos decir que cuando se coloca un piso blando se flexibiliza
la estructura, por lo que se tienen un periodo mucho más amplio, asignando así un coeficiente sísmico
menor [9].
DESARROLLO
Desarrollo experimental
Son numerosos los fenómenos que intervienen en el proceso de aleación mecánica, siendo igualmente
complejo aislar las etapas a través de las cuales evoluciona el polvo hasta la consecución del elevado
nivel de propiedades que los caracteriza [10], La aleación mecánica presenta por ello, frente a otros
métodos de obtención de polvo, la característica fundamental de realizarse en estado sólido, eliminando
de esta forma las limitaciones asociadas a los puntos de fusión y solubilidades relativas, permitiendo
así, la síntesis de nuevas aleaciones, esto partiendo de una mezcla inicial de elementos de alta y baja
temperatura de fusión, junto con la síntesis de aleaciones o materiales compuestos enormemente
dispersados y muy lejos de su estado de equilibrio térmico.
Según Crespo y colaboradores “las condiciones de sinterizado aplicadas están comprendidas entre 160-
180ºC de temperatura y 6000 kg de fuerza para la compactación y se analiza el comportamiento del
GTR con el adhesivo de policloropreno 575” [11].
La cantidad de residuo empleada en la obtención de cada lámina es de 150 gramos, ya que se comprobó
en estudios previos de sinterizado que esta cantidad era la más adecuada para la obtención de una lámina
de aproximadamente 4 mm de espesor, lámina que es troquelada para la obtención de probetas para su
ensayo mecánico [12].
Caracterización de la materia prima.
Material matriz, una empresa ubicada en el sector de la Piedra Colorada provincia de Cotopaxi recicla
neumáticos fuera de uso, mediante el método de trituración mecánica para obtener la materia prima para
diversas aplicaciones como en calzado, sector automotriz, mezclas asfálticas, entre otras[23].
pág. 11814
El denominado polvo de neumático fuera de uso PNFU, obtenido del reciclaje y trituración de los
neumáticos usados, es una solución favorable e inocua que ofrece enormes posibilidades como
recubrimientos en instalaciones de césped sintético para un campo de futbol[23].
Granulo de caucho reciclado aplicable en pavimento para reducir abrasividad, aumenta la seguridad y
la absorción del agua en escenarios deportivos e infantiles[24].
Figura 1. Forma granulométrica del polvo de neumático
Fuente: El autor
Su aplicabilidad es sobre pavimentos, pisos, baldosas para parques, el granulo de caucho reciclado
desde 0,6 mm hasta 2 cm, teniendo un acabado granulométrico con un nivel de impermeabilización
90%, una resistencia eléctrica hasta 240 voltios y un grado de abrasividad o vida útil de 50%
(comparado con otros materiales como asfalto y cemento), una de las ventajas es que es resistente al
agua y una vida útil muy alta[24].
Figura 2. Presentación de la materia prima
Fuente: El autor
Poliuretano, la resina de poliuretano es una sustancia que aglomera las partículas de caucho. Además
“Son conocidos como aislantes térmicos y espumas resilientes, elastómeros durables, adhesivos y
selladores de alto rendimiento”[5].
pág. 11815
El poliuretano es uno de los polímeros ampliamente utilizado en numerosos procesos industriales. Es
el resultado de una mezcla de poliol e isocionato[6].
El poliuretano presenta algunas características favorables en diferentes aplicaciones dentro de las
ventajas esta lo siguiente:
Reducción del exceso de ruido.
Resistencia estructural
Estabilidad térmica
Resistencia a la humedad.
Crea una película sólida y duradera.
Resistencia al agua y los químicos.
Impermeabilidad[6].
Tiene una excelente adherencia a los materiales normalmente usados en la construcción sin necesidad
de adherentes de ninguna especie, muy buena estabilidad dimensional entre rangos de temperatura
desde -200 ºC a 100 ºC[7].
Figura 3. Obtención del poliuretano
Fuente: [8]
Los macroglicoles tipo poliéster con grupos hidroxilo terminales, utilizados en la elaboración de
poliuretanos, generalmente son sinterizados a partir de ácido adípico y un exceso de glicol como el
etilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol. O neopentilglicol, entre otros[9].
Mezcladora, el mezclador desarrolla un proceso de mezcla con suavidad y fluidez de sólido / sólido en
cualquier porcentaje y sólido / líquido en forma de polvo o granulado y con distintos pesos específicos,
por su forma, crea en su interior unas corrientes axiales que separan y unen el material a mezclar y que,
pág. 11816
unido a la acción radial de la mezcla, da como resultado una mezcla rápida y homogénea sin utilizar
palas deflectoras u otros dispositivos mecánicos[10].
Figura 4. Mezcladora de polvo de neumatico
Fuente: [11]
La máquina mezcladora M-100 tipo para la mezcla en cualquier tipo de jobsites, esta máquina equipada
con un motor reductor mezcla la papilla de goma directamente, esta función es fácil de controlar,
uniforme de agitación y de alta eficiencia. La estructura de la maquina es compacta y muy fácil de
manejar, pensada en clientes nacionales y extranjeros[11].
Prensa, las prensas multi-plataforma, servimos a la industria del caucho con prensas de moldeo por
compresión dedicadas a la producción de neumáticos, prensas equipadas con placas de calentamiento,
sistema de carga y descarga de moldes automatizado y sistema de expulsión de neumáticos[12].
Figura 5. Máquina para baldosas de caucho
Fuente: [13]
Cubrir con adhesivo anti paño, empujar el molde para que sea vulcanizado, el tiempo de vulcanización
es de acuerdo al espesor de la baldosa, en general 8 hasta 20 minutos y finaliza el proceso, Después de
eso, el molde se separa automáticamente y ya puede quitar la baldosa y pasarles a los estantes para
secar[13].
pág. 11817
Proceso de producción. Mezcla, existe varias consideraciones que tomar antes de realizar el mezclado
de los materiales, la humedad de cada uno de ellos es un aspecto clave, puesto que podría alterar las
propiedades físicas y mecánicas del material resultante, es importante entonces realizar un secado de
los materiales esto utilizando un horno, ya una vez retirado los materiales del horno, se procederá a
mezclarlos manualmente en la dosificación propuesta, 50/50%, 80/20% y 90/10% de caucho y
poliuretano respectivamente[26].
Tabla 1 Cantidad de los productos
Materia prima e insumos
Porcentaje
Porcentaje
Porcentaje
50%
80%
90%
50%
20%
10%
10% del total
Fuente: El autor
Diseño experimental para llevar a cabo la fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica
reforzados con partículas, fibras o laminas, diferentes tipos de materiales han sido combinados como
matrices se han empleado cauchos sintéticos y naturales también plásticos.
Los materiales y herramientas necesarias para el desarrollo experimental son parte fundamental y debe
ser de alta calidad y presión respectivamente, los materiales que componen o forman parte de este
estudio consiste en mezclas volumétricas de 50, 20 y 10% de poliuretano líquido, con una matriz de
polvo de neumático fuera de uso con dimensiones de 0,6 a 2 mm del grano.
Figura 6. Diseño experimental porcentajes de masa
Fuente: El autor
pág. 11818
Para el experimento se utilizará 2 kilogramos de polvo de neumático de 0.6 a 2 mm, con una
granulometría fina de 0.6 mm, como se había mencionado se requiere mucha precisión, para poner la
cantidad exacta también se requiere de un instrumento de medición preciso como una balanza
electrónica.
Figura 7. Cantidad requerida para una baldosa
Fuente: El autor
La compactación del polvo de neumático depende en general de las mezclas en frío y en mezclas con a
una temperatura diferente esto dependiendo del aglutinante que se utilice, la manera en la que se realice
el mezclado, la granulometría del polvo de neumático, otro aspecto a considerar es el estado del
material, reciclado o fino, en esta ocasión para la compactación se utilizara 250 ml de resina de
poliuretano líquido.
Figura 8. Poliuretano liquido
Fuente: El autor
pág. 11819
Tabla 2 Volumen de poliuretano requerido para la mezcla 50-50 %
Porcentaje de poliuretano en
masa(gramos)
Porcentaje de poliuretano en
volumen(mililitros)
Polvo de
neumático
Porcentaje
(%)
Ecuación
Masa
requerida
Densidad
poliuretano
Ecuación
Volumen
poliuretano
2000
gramos
50
(%)*(Cantidad
Polvo de
neumático)
1000
1,622 gr/ml
V=m/ρ
617
El 50% en volumen representa una cantidad de 617 mililitros de poliuretano, con la ayuda de un vaso
de precipitación hay que colocar la cantidad exacta, el 20% en volumen de poliuretano 247 ml y el 10%
en volumen de poliuretano es 124 ml.
Después de la preparación del polvo de neumático fuera de uso, para junto con la resina de poliuretano
realizar el moldeo bajo presión y temperatura antes definida, procede con la compactación siguiendo la
metodología descrita en la figura 9.
Figura 9. Estrategia metodológica para la elaboración del material compuesto
Fuente: Propia
pág. 11820
Compactación o prensado teniendo seleccionado el molde adecuado, cantidad de material dosificado
y mezclado en la etapa anterior y condiciones de temperaturas y presión requeridas se introduce a la
prensa hidráulica por un determinado tiempo de acuerdo al espesor de la baldosa en este caso será de
15 a 20 minutos, así tendremos baldosas que cumplan las normativas vigentes, se procederá a realizar
el prensado del compuesto[15].
Figura 10. Prensa hidráulica a 180°C
Fuente: [28]
La prensa expulsa el material compuesto de caucho compactado mediante presión para formar planchas
en forma de baldosa, que posteriormente se usaran para cubrir pisos tas[29]. El moldeado es la etapa
quizás más relevante porque es donde se produce la concepción de la forma final que presentará el
producto[25].
Una vez transcurrido los 20 minutos a una temperatura de 180 °C y 6000 kg de fuerza se procede a
retirar, es importante dejar que en reposo durante unos 20 minutos a temperatura ambiente.
Figura 11. Baldosa de PNFU
Fuente: El autor
pág. 11821
En el producto que se muestra en la imagen anterior se utilizó también un pigmento para darle una
tonalidad verdosa, la baldosa a simple vista muestra buenas características, para evidenciar es sometido
a diferentes esfuerzos con se muestra en la imagen a continuación.
Figura 12. Doblado de baldosa
Fuente: El autor
Ensayo
Ensayo de dureza este método de prueba se basa en la penetración de un tipo específico de indentador
cuando se fuerza en el material en condiciones específicas[34]. La dureza de la indentación está
inversamente relacionada con la penetración y depende del módulo elástico y del comportamiento
viscoelástico del material[34].
Para esta prueba se ha utilizado una probeta del material de 5x5 centímetros para determinar la dureza
SHORE A [13], como se muestra en la figura 13.
Figura 13. Probeta para dureza SHORE A
Fuente: El autor
Condiciones ambientales, temperatura: 19,4 ± 0,1°C y la humedad relativa: 53,9 ± 1,3 %, bajo estas
condiciones se realizó el ensayo de dureza teniendo los siguientes resultados ilustrados en la tabla 3.
pág. 11822
Tabla 3 Resultados del ensayo de dureza Shore A.
Mediciones en escala Shore A
Medición 1
Medición 2
Medición 3
Medición 4
Medición 5
Promedio
67
69
69
67
68
68
De los resultados obtenidos en el ensayo de dureza se tiene un promedio de 68 en la escala de dureza
Shore A, como valor mínimo se tiene un valor de 67 y un valor de 69 como máximo, de acuerdo a la
dureza se es el uso en diferentes ámbitos o en productos de uso cotidiano, en la tabla 4 que se muestra
a continuación se tiene algunos de esos productos y su aplicación según la dureza en la escala Shore A.
Tabla 4 Dureza Shore A aplicación según su clasificación.
Dureza del caucho - Clasificación A
5 - 35 Shore A
Bandas elásticas
50 Shore A
Sellos de caucho
55 Shore A
Sellos para puertas y gomas de borrar
60 Shore A
Limpiaparabrisas
65 Shore A
Neumáticos de coche
70 - 80 Shore A
Suelas y tacones de zapatos, cinturones de cuero
Una dureza que este comprendida entre 65 y 70 es para neumáticos de vehículos, y no podíamos esperar
menos puesto que nuestro producto tiene como matriz polvo de neumático y como ligante el
poliuretano, nuestra dureza en promedio tiene un valor de 68 con la diferencia que es una baldosa y está
recubriendo un piso de un taller.
Ensayo de tracción, este método de prueba está diseñado para producir datos de propiedades de
tracción para el control y especificación de materiales plásticos[35]. Estos datos también son útiles para
la caracterización cualitativa y para la investigación y el desarrollo[35].
Para efectos de la determinación y comprobación de la resistencia a la tracción, se procede a la
fabricación de probetas de acuerdo a las especificaciones de la norma ASTM D638-14 para materiales
plásticos y elastomericos, la resistencia a la tracción es una de las especificaciones o características más
comunes que cubre las propiedades de materiales reforzados y no reforzados[36]. Este método de
prueba utiliza muestras estándar en forma de "hueso de perro" de menos de 14 mm de espesor. Se
requiere una máquina de prueba universal (máquina de prueba de tracción) para realizar esta prueba.
pág. 11823
El ensayo de tracción se lo llevara a cabo con la probeta de Tipo I.
Figura 14. Forma de la probeta para ensayos de tracción
Fuente: [33]
Es importante las dimensiones exactas, el material compuesto que estamos manejando no permite una
fácil manipulación al momento de obtener las probetas por lo que una exactitud es bastante difícil, para
esto la misma norma a planteado un margen de error, a continuación, en la figura 15 se muestran las
dimensiones recomendadas para el ensayo que se llevara a cabo.
Figura 15. Dimensiones para la probeta de ensayos de tracción
Fuente: [33]
Bajo estas especificaciones se tiene las 5 probetas extraídas de las baldosas de caucho previamente
fabricadas, en la figura 16 se muestra las probetas antes del ensayo.
pág. 11824
Figura 16. Dimensiones para la probeta de ensayos de tracción
Fuente: El autor
Las 5 probetas fueron enviadas al laboratorio de Nuevos materiales para el ensayo de tracción.
En la tabla 5 se presentan los resultados de los ensayos de resistencia a tracción tomando como
referencia la norma ASTM D638-14 para las probetas muestra 1 denominada M1 hasta la muestra 5
denominada M5.
Tabla 5 Resultados del ensayo de resistencia a tracción tomando como referencia la norma ASTM
D638-14 para las probetas M1 a M5
Ensayo de tracción ASTM D638-14
Muestra
No
Ancho
Espesor
Área
(mm2)
Carga
Resistencia
Módulo
secante
Deformación
Deformación
(mm)
(mm)
última
última
de elasticidad
última
a la rotura
(N)
(MPa)
(MPa)
(%)
(%)
M1
12,56
4,53
56,81
116,67
2,05
8,68
36,12
-
M2
13,8
4,55
62,79
118,33
1,88
9,5
31,73
33,2
M3
13,01
4,48
58,26
120,83
2,07
10,06
33,57
35,28
M4
12,62
4,33
54,58
122,5
2,24
10,82
37,06
38,52
M5
13,42
4,70
62,98
123,33
1,96
9
35,55
38,96
Promedio
120,33
2,04
9,61
34,81
36,49
Desviación estándar
2,8
0,14
0,85
2,14
2,74
Coeficiente de variación
2,33
6,62
8,88
6,15
7,51
En la figura 17 se muestran las condiciones de las probetas M1 a M5 después de los ensayos de
resistencia a tracción.
pág. 11825
Figura 17. Estado de las probetas después del ensayo
Fuente: El autor
La falla del material según las especificaciones de la norma ASTM D638-14 para ensayos de tracción
en materiales elastómericos y plásticos se debe dar en la zona denotada como “G” que se muestra en la
figura 14, para la probeta 1 denominada M1, el fallo se da fuera de esta zona por lo que el dato obtenido
no es tomado en cuenta, por otro lado, las 4 probetas restantes si se produce el fallo dentro de la zona
especificada como se puede observar en la imagen que antecede a este párrafo
CONCLUSIONES - DISCUSIÓN
Los trabajos investigación desarrollados sobre materiales compuestos con matriz de polvo de
neumático, no describen una metodología y pasos a seguir para la constitución del producto final, se
enfocan más en la cantidad y la contaminación que los neumáticos fuera de uso provocan al medio
ambiente.
Se seleccionó la resina de poliuretano bajo consideraciones como su costo y en especial características
mecánicas como la elasticidad que aporta al unirse con este tipo de material (PNFU), propiedades que
se requiere que tenga el producto para cumplir con el objetivo de tener un piso suave y a la vez resistente
a ciertas condiciones que se expone el taller. La aplicación de las propuestas de composición entre Polvo
de neumático y poliuretano 50/50, 80/20 y 90/10 respectivamente fueron llevadas a cabo con éxito
haciendo énfasis en las condiciones, especificaciones y metodología para la compactación empleada.
pág. 11826
A los productos resultantes de cada una de las mezclas se realizó una inspección visual y comparación
global, donde se determinó que la baldosa con el porcentaje de 80% de polvo de neumático y 20% de
poliuretano presenta condiciones favorables, no se desprende el material al doblarla, siendo la
seleccionada para realizar las pruebas mecánicas y determinar sus características.
Mediante la aplicación de diagramas ternarios ubicamos los puntos de equilibrio y solubilidad para las
tres mezclas en diferentes concentraciones de peso de y volumen de los componentes.
Para determinar la dureza de elastómeros se utiliza una máquina que mide la dureza tipo SHORE A
según describe la ISO 868, es una medida de resistencia que tiene un material ante la penetración de
una aguja, en un rango de 0 a 100 en la escala de SHORE A.
De acuerdo con los resultados obtenidos a partir del ensayo de dureza se tiene un valor promedio de
dureza de 68 en la escala de SHORE A, siendo de 65 el valor de dureza de los neumáticos, con esto
confirmamos que la resina poliuretano efectivamente a más de ser un ligante aporta mejorando las
propiedades mecánicas del material compuesto resultante, permitiendo que sea 3 puntos más duro que
el neumático y más flexible que el mismo.
Con un 20% de poliuretano incorporado en el polvo de neumático se logró tener una resistencia
promedio de 2,04 MPa, teniendo una resistencia superior a la obtenida por otro investigador al añadir
un 10% de resina logrando tener un valor de resistencia ultima de 1,765 MPa.
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