EL ASFALTO NATURAL
COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN DE
CARRETERAS

Presentado Por:
ROBINSON VILLAMIL ROJAS

UNIVERSIDAD CATÓL...
EL ASFALTO NATURAL
COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN DE
CARRETERAS

Presentado Por:
ROBINSON VILLAMIL ROJAS
Trabajo realizado ...
NOTAS DE ACEPTACIÓN

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RESUMEN

Las mezclas asfálticas naturales, las rocas asfálticas y los crudos pesados,
representan una alternativa como mat...
TABLA DE CONTENIDO
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INTRODUCCIÓN .......................................................................................
4.2.2 Procedimiento de uso .................................................................................... 70
4.2.3 P...
LISTA DE FIGURAS
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Figura 1. Cuencas sedimentarias colombianas. ................................................. 15
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LISTA DE GRÁFICAS
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Gráfica 1. Variación de la viscosidad del cemento asfáltico de barranca
modificado con asfaltita. ...
LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Tipos de bitumenes según su origen..................................................... 20
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Tabla 17. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de
Barrancabermeja con 4% de asfaltita. .......................
INTRODUCCIÓN

La actividad económica mundial y la necesidad de ocupar mejores lugares
estratégicos a escala comercial, obl...
Los asfaltos naturales se han usado de diversas formas en algunos lugares
del territorio nacional, en proximidades a sus f...
1. GENERALIDADES SOBRE LOS ASFALTOS NATURALES

El término “asfalto natural”, se aplica a todos aquellos materiales,
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mas de 5.000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado como
un impermeabilizante y como agente ligante.

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se pueden encontrar hidrocarburos, en el mapa que se muestra a
continuación se representan las cuencas sedimentarias y las...
Figura 1. Cuencas sedimentarias colombianas.

Fuente: Investigación sobre asfaltitas. Laboratorio INVIAS. 1989

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Mina de Norcacia (Caldas): La mina se encuentra localizada a 15 kilómetros
del Municipio de la Dorada en el Departamento d...
de la ladera de una zona montañosa. Su explotación se efectúa de manera
similar a la mina de las Pavas y la extensión y co...
Mina de pesca (Boyacá): La beta de asfaltos naturales esta localizada a 1
kilómetro del Municipio de Pesca en el Departame...
geografía colombiana que presentan un difícil acceso, betas como la del
Departamento Caquetá suministra un potencial de ex...
2. ASPECTOS BÁSICOS DE LA QUÍMICA DE LAS MEZCLAS
ASFÁLTICAS

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Alquitranes productos de la destilación del carbón y betunes naturales y
derivados del petróleo. Los asfaltos naturales se...
Figura 2. Esquema coloidal de Pfeiffer

Fuente: León Arenas Lozano Hugo, Tecnología del Cemento Asfáltico, Editorial FAID,...
Figura 3. Modelo microestructural Sharp

Fuente: León Arenas Lozano Hugo, Tecnología del Cemento Asfáltico, Editorial FAID...
La caracterización química del asfalto es desarrollada mediante diversos
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2.1.2 Función del cemento asfáltico
Aprovechando

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Al cemento asfáltico se le hacen:
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penetrado a ...
Métodos clásicos de separación
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•

Absorción química

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•
...
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adelante.
Reología
La reología es el estudio del comport...
afloramientos de los crudos y las fuentes de los materiales estudiados se dan
en lugares y momentos coincidentes con estos...
participación en alguna medida, en los depósitos combinados con los
materiales tratados en este documento, los agregados m...
Cordillera Central:
Rocas Ígneas: Localizadas hacia el interior, parte central de la cordillera,
entre ellas dioritas, cua...
En general la mayor parte del territorio colombiano está conformado por una
geología relativamente joven generada por la d...
•

Existe una distribución, por tamaños, en los agregados minerales que
permiten una mezcla final con óptima resistencia. ...
2.2.2 Características medidas
Al igual que al asfalto, a los agregados se le realiza toda una serie de
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se puede predecir el comportamiento final del conjunto. 8Normas (INV E 125
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3. CLASIFICACIÓN DE LOS ASFALTOS NATURALES

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Tabla 4. Clasificación de los Asfaltos Naturales según Abraham H.

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ACCIÓN DE

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Cualquiera de los procesos determina exposición de crudos a grandes
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De lo anterior se espera que dentro de los materiales, especialmente los que
se encuentra aún en estado líquido, presenten...
Tabla 6. Características del crudo de castilla.
ENSAYO

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UNIDAD

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ASTM D 4052

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Como indica la tabla, el contenido de metales es relativamente alto, los
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Tabla 7. Caracterización del residuo de destilación del crudo de castilla.

NORMA

UNIDAD

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asfáltico como el de Barrancabermeja encontramos muc...
ensayos sobre los residuos de destilación de estos materiales y las pruebas
sobre los bitúmenes envejecidos, así como su c...
3.3 Rocas asfálticas, asfaltitas o gilsonitas

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Tabla 10. Características de algunos tipos de asfaltitas de la empresa Gilsoil.

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3.3.1 Experiencias con la asfaltita de San Alberto
Se tomaron muestras de la fuente de asfaltitas de la Mina de San Albert...
Departamento de Cesar, se pudo verificar su capacidad polar para
mantenerse aglomerada sobre sí, es decir, la roca sometid...
en forma de polvo pasa por el tamiz No. 100, Los resultados encontrados
fueron los siguientes:
Tabla 11. Variación de la c...
Tabla 12. Variación de la viscosidad del cemento asfáltico de barranca modificado
con asfaltita.

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Viscosidad ...
Tabla 13. Variación de la estabilidad Marshall del cemento asfáltico de barranca
modificado con asfaltita.

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1. Mediante los datos encontrados en el ensayo Marshall, peso unitario, se
prepararon probetas en los moldes dedicados par...
Figura 6. Equipo de compactación de la máquina de pista

Fuente: El autor

4. las probetas se dejan enfriar de 12 a 24 hor...
8. Se deja pasar la rueda tres veces para que consiga un asentamiento
adecuado, se gradúa el micrómetro, se pone el cronóm...
Tabla 14. Resultados de ensayo de la máquina de pista

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Gráfica 3. Resultados de ensayo de la máquina de pista

Fuente: El autor

De acuerdo a las Especificaciones Generales de C...
Las velocidades medias de deformación son las siguientes:

Tabla 15. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico d...
Tabla 16. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de barrancabermeja
con 2% de asfaltita

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(min)

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Tabla 17. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de Barrancabermeja con 4%
de asfaltita.
Tiempo
(min)

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Tabla 18. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de Barrancabermeja
con 6% de asfaltita
Tiempo
(min)

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Gráfica 4. Velocidades medias de deformación con adición de asfaltita

VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN Vs % ASFALTITA
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Figura 9. Recuperación del material cementante mediante rota vapor

Fuente: El autor

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Clasificación de agregados pétreos:
Figura 10. Equipo para recuperación del material pétreo

Fuente: El autor

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Granulometría
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4. METODOLOGÍA DE APLICACIÓN DE LOS ASFALTOS NATURALES

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4.2.2 Procedimiento de uso
Es recomendable emplear este tipo de materiales en climas cálidos, secos,
topografía regular, t...
Granulometrías
Tabla 23. Parámetros en granulometría según mezcla.
Espesor de capa

cm

4-6

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Porcentaje que p...
Es preciso que en los lugares de almacenamiento, los materiales deben estar
completamente protegidos de la humedad.

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4.3 Asfaltitas
Las rocas asfálticas o asfaltitas duras, modifican el concreto asfáltico
incrementando los valores de estab...
En electricidad, equipos de abrasión, baterías, materiales termoplásticos y en
vías.

4.3.1 Métodos de diseño
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Mejores características de adherencia asfalto – agregado, dando mejores
respuestas al ataque ambiental, especialmente del ...
4.4.1 Métodos de diseño
Mediante el ensayo de Inmersión Compresión podemos determinar los
porcentajes óptimos de ligante, ...
4.4.2 Procedimientos de uso
Para el uso de un asfalto natural en particular deben realizasen los ensayos
previstos en los ...
4.4.3 Procedimiento constructivo
El mezclado del material puede realizarse con la ayuda de un mezclador
mecánico tipo moto...
El proceso de compactación es muy importante, sus capas se compactan de
los bordes hacia adentro y en las curvas con peral...
5. ASPECTOS ECONÓMICOS Y SOCIALES

Es evidente que al emplear materiales regionales con bajos costos de
producción, transp...
aplicación mucho mayor si se compara con inversiones parciales mediante el
empleo de los materiales convencionales.
Un cla...
Al mejorar el ingreso de los habitantes de las regiones apartadas de los
centros industriales y comerciales, es decir de l...
6. APLICACIÓN MATERIALES MARGINALES EN VÍAS DEL
DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA Y META

En este capitulo se plasma la aplicac...
Figura 11. Mapa del localización Vía Girardot – Cambao

Fuente: El autor

La estructura del pavimento existente, se someti...
Figura 12. Conformación del material y adecuación de las obras de drenaje

Fuente: El autor

Figura 13. Asfalto natural an...
Figura 14. Aspecto del asfalto natural suelto.

Fuente: El autor

Figura 15. Corte de la estructura del pavimento Girardot...
Figura 16. Base granular de asfalto natural expuesta.

Fuente: El autor

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Figura 17. Mapa El Crucero – Alto Navajas, Departamento del Meta.

Fuente: El Autor

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Se establecen algunas características de los asfaltos naturales en Colombia, dentro de estos materiales se encuentran; mezclas naturales, asfaltitas y crudos pesados, así como algunas aplicaciones.

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ASFALTOS NATURALES Y CRUDOS PESADOS EN PAVIMENTOS

  1. 1. EL ASFALTO NATURAL COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS Presentado Por: ROBINSON VILLAMIL ROJAS UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C. AÑO 2008
  2. 2. EL ASFALTO NATURAL COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS Presentado Por: ROBINSON VILLAMIL ROJAS Trabajo realizado para optar al título de Especialista en Ingeniería de Pavimentos Presentado al Doctor: ALFONSO MONTERO FONSECA Director Especialización Ingeniería de Pavimentos UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C. AÑO 2008
  3. 3. NOTAS DE ACEPTACIÓN __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ ____________________ Jurado ____________________ Jurado ____________________ Jurado Bogotá D.C., Noviembre de 2008
  4. 4. RESUMEN Las mezclas asfálticas naturales, las rocas asfálticas y los crudos pesados, representan una alternativa como material de construcción de carreteras, en este documento se podrá encontrar el resultado de la investigación sobre la aplicación de campo y laboratorio, de ellos; mezclados, puros y como modificante. De las diversas fuentes colombianas se tomaron; los crudos (Cidrales, Vendeyaco y castilla), rocas asfálticas de San Alberto y mezclas naturales (Norcacia y San pedro). Los materiales estudiados se caracterizaron, se realizó aplicación de laboratorio usando roca asfáltica de San Alberto, Crudo de Castilla y mezclas asfálticas naturales de Norcacia, finalmente para la aplicación de campo, se construyeron bases estabilizadas de pavimento en los Departamentos de Cundinamarca, con mezclas naturales de San Pedro (6.0 Kilómetros) y en el Departamento del Meta con Crudo de Castilla (14.5 kilómetros), obras hechas durante los años 2007 y 2008. SUMMARY The natural asphalt mixes, rock asphalt and heavy crude oil, representing alternatives as road construction, materials. This document present the results of the investigation about the from field and laboratory application of these products mixed as well as pure and as modifiers. Crude from; Cidrales, Vendeyaco and Castilla, rock asphalt from San Alberto and natural mixtures from Norcacia and San Pedro were taken and characterized in the laboratory. Finally, some stabilized bases were built during 2007 and 2008 in the department of Cundinamarca with natural asphalt mixtures of San Pedro (6.0 kilometers) and with Castilla crude oil (14.5 kilometers) in the department of Meta.
  5. 5. TABLA DE CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 10 1. GENERALIDADES SOBRE LOS ASFALTOS NATURALES ...................... 12 1.1 En el mundo........................................................................................................ 12 1.2 En Colombia ....................................................................................................... 13 2. ASPECTOS BÁSICOS DE LA QUÍMICA DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS ........................................................................................................... 20 2.1 Materiales bituminosos ..................................................................................... 20 2.1.1 El cemento asfáltico ....................................................................................... 21 2.1.2 Función del cemento asfáltico ...................................................................... 25 2.1.3 Características mediadas.............................................................................. 25 2.2 Agregados minerales ........................................................................................ 28 2.2.1 Funciones del agregado mineral.................................................................. 32 2.2.2 Características medidas ................................................................................ 34 3. CLASIFICACIÓN DE LOS ASFALTOS NATURALES ................................. 36 3.1. Análisis de la clasificación de los asfaltos naturales .................................. 38 3.2 Crudos pesados ................................................................................................ 39 3.2.1 Experiencias sobre el crudo de Castilla...................................................... 39 3.2.2 Algunas características medidas en otros crudo. ..................................... 43 3.3 Rocas asfálticas, asfaltitas o gilsonitas .......................................................... 45 3.3.1 Experiencias con la asfaltita de San Alberto ............................................ 47 3.4 Asfaltos naturales .............................................................................................. 62 3.4.1 Experiencias sobre el asfalto natural de Norcacia .................................... 62 3.4.2 Mezclas de laboratorio .................................................................................. 66 4. METODOLOGÍA DE APLICACIÓN DE LOS ASFALTOS NATURALES 68 4.1 Elementos básicos ............................................................................................ 68 4.2 Crudos pesados ................................................................................................. 69 4.2.1 Métodos de diseño ......................................................................................... 69
  6. 6. 4.2.2 Procedimiento de uso .................................................................................... 70 4.2.3 Proceso constructivo...................................................................................... 71 4.3 Asfaltitas .............................................................................................................. 73 4.3.1 Métodos de diseño ......................................................................................... 74 4.3.2 Procedimientos de uso .................................................................................. 74 4.3.3 Procedimiento constructivo ........................................................................... 75 4.4 Asfaltos naturales .............................................................................................. 75 4.4.1 Métodos de diseño ......................................................................................... 76 4.4.2 Procedimientos de uso .................................................................................. 77 4.4.3 Procedimiento constructivo ........................................................................... 78 5. ASPECTOS ECONÓMICOS Y SOCIALES ..................................................... 80 5.1 Evaluación financiera ........................................................................................ 80 5.2 Evaluación económica ...................................................................................... 81 5.2 Evaluación social ............................................................................................... 82 6. APLICACIÓN MATERIALES MARGINALES EN VÍAS DEL DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA Y META........................................ 83 6.1 Carretera Girardot – Cambao .......................................................................... 83 6.2 Carretera el crucero – Alto de Navajas .......................................................... 87 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 95 RECOMENDACIONES ......................................................................................... 100 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 103
  7. 7. LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Cuencas sedimentarias colombianas. ................................................. 15 Figura 2. Esquema coloidal de Pfeiffer ................................................................. 22 Figura 3. Modelo microestructural Sharp ............................................................. 23 Figura 4. Asfaltita en estado natural .................................................................... 46 Figura 5. Molde y enrase de la máquina de pista .............................................. 52 Figura 6. Equipo de compactación de la máquina de pista ............................... 53 Figura 7. Cámara con equipo completo de pista ............................................... 53 Figura 8. Calibración de micrómetro, muestra e inicio del ensayo ................. 54 Figura 9. Recuperación del material cementante mediante rota vapor........... 64 Figura 10. Equipo para recuperación del material pétreo ................................ 65 Figura 11. Mapa del localización Vía Girardot – Cambao ................................. 84 Figura 12. Conformación del material y adecuación de las obras de drenaje 85 Figura 13. Asfalto natural antes y después de ser conformado y compactado ..................................................................................................................................... 85 Figura 14. Aspecto del asfalto natural suelto....................................................... 86 Figura 15. Corte de la estructura del pavimento Girardot - Cambao. .............. 86 Figura 16. Base granular de asfalto natural expuesta. ..................................... 87 Figura 17. Mapa El Crucero – Alto Navajas, Departamento del Meta. .......... 88 Figura 18. Material existente ................................................................................. 89 Figura 19. Obras de drenaje.................................................................................. 90 Figura 20. Sub-base granular................................................................................ 90 Figura 21. Proceso constructivo ............................................................................ 91 Figura 22. Aspecto final de la base estabilizada ................................................ 93 Figura 23. Evolución de la base estabilizada ..................................................... 94
  8. 8. LISTA DE GRÁFICAS Pág. Gráfica 1. Variación de la viscosidad del cemento asfáltico de barranca modificado con asfaltita. .......................................................................................... 50 Gráfica 2. Variación de la estabilidad marshall del cemento asfáltico de barranca modificado con asfaltita .......................................................................... 51 Gráfica 3. Resultados de ensayo de la máquina de pista ................................. 56 Gráfica 4. Velocidades medias de deformación con adición de asfaltita ........ 61
  9. 9. LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Tipos de bitumenes según su origen..................................................... 20 Tabla 2. Resultados de análisis químicos de los asfaltos colombianos .......... 24 Tabla 3. Rocas sedimentarias abundantes .......................................................... 29 Tabla 4. Clasificación de los Asfaltos Naturales según Abraham H. ............... 37 Tabla 5. Clasificación de los asfaltos naturales según Fester .......................... 37 Tabla 6. Características del crudo de castilla. ..................................................... 40 Tabla 7. Caracterización del residuo de destilación del crudo de castilla....... 42 Tabla 8. Comparación de los valores de ensayo con ensayos sobre el cemento asfáltico de Barrancabermeja ................................................................ 43 Tabla 9. Algunas características medidas en varios crudos. ........................... 44 Tabla 10. Características de algunos tipos de asfaltitas de la empresa Gilsoil. ..................................................................................................................................... 46 Tabla 11. Variación de la consistencia del cemento asfáltico de barranca con la adición de asfaltita de San Alberto. ................................................................... 49 Tabla 12. Variación de la viscosidad del cemento asfáltico de barranca modificado con asfaltita. .......................................................................................... 50 Tabla 13. Variación de la estabilidad Marshall del cemento asfáltico de barranca modificado con asfaltita. ......................................................................... 51 Tabla 14. Resultados de ensayo de la máquina de pista .................................. 55 Tabla 15. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de Barrancabermeja ...................................................................................................... 57 Tabla 16. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de barrancabermeja con 2% de asfaltita.................................................................... 58
  10. 10. Tabla 17. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de Barrancabermeja con 4% de asfaltita. .................................................................. 59 Tabla 18. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de Barrancabermeja con 6% de asfaltita ................................................................... 60 Tabla 19. Resultados ensayos de caracterización del ligante del asfalto natural de norcacia ................................................................................................... 64 Tabla 20. Granulometría muestras asfalto natural de norcacia ........................ 66 Tabla 21. Resultados de ensayos sobre briquetas de asfalto natural compactadas a diferentes temperaturas .............................................................. 67 Tabla 22. Parámetros en materiales granulares. ............................................... 70 Tabla 23. Parámetros en granulometría según mezcla. ................................... 71 Tabla 24. Temperaturas de mezcla y compactación de algunos crudos. ....... 72 Tabla 25. Procedimientos de diseño en asfaltos naturales. .............................. 76 Tabla 26. Indicadores financieros generados en el uso de materiales no convencionales. ........................................................................................................ 81
  11. 11. INTRODUCCIÓN La actividad económica mundial y la necesidad de ocupar mejores lugares estratégicos a escala comercial, obligan a países en desarrollo, como en el caso Colombiano, a reducir los costos de producción en infraestructura, para dar una mayor cobertura a la inversión de los recursos del estado. En este sentido, las carreteras, ocupan un lugar de preponderancia en este tipo de inversiones, de esta forma nace la necesidad de implementar procesos y materiales más eficientes y menos costosos con los cuales las regiones más apartadas tengan la oportunidad de acceder a corredores viales pavimentados con los cuales sus costos de producción se reduzcan y sus productos sean competitivos en los diferentes mercados. De lo anterior, la investigación de materiales no convencionales, se constituye como un elemento de crucial importancia para el desarrollo social, las mezclas asfálticas naturales, las rocas asfálticas y los crudos pesados del petróleo, se encuentran dentro de las fuentes potenciales para su aplicación. Por esta razón se plantea la pregunta ¿en que consisten, como se clasifican y de que manera pueden ser empleados los materiales asfálticos no convencionales como material de construcción de carreteras? El desarrollo de esta investigación está destinado a ofrecerle al lector; en primera instancia, el límite del conocimiento acerca de estos materiales en nuestro país, posteriormente, los resultados de las pruebas físicas, químicas y reológicas de mezclas y aplicaciones directas en las que se emplearon y en que medida resultarían viables para su aplicación en obra. 10
  12. 12. Los asfaltos naturales se han usado de diversas formas en algunos lugares del territorio nacional, en proximidades a sus fuentes, con resultados que van de muy buenos a pésimos. En la mayoría de los casos en forma empírica sin ningún tipo de estudio previo, a pesar de existir alguna bibliografía institucional a este respecto. El Estado, por intermedio del Instituto Nacional de Vías, cuando existía la Oficina de Investigación y Desarrollo intentó realizar un trabajo serio sobre el tema, pero debido a los altos costos y al recorte del presupuesto del sector, en el año 1998 – 1999, el proyecto fue declinado. Sin embargo la inquietud quedó latente y se adelantaron algunos estudios posteriores y algunas de las experiencias de ese proceso se plasma en el presente documento gracias a que el autor del mismo formó parte del equipo de investigación que se conformó en ese momento. Esta investigación tiene como objeto describir el origen de estos materiales, plantear los resultados encontrados en el laboratorio, respecto de la caracterización de los materiales, determinación de cualidades físicas, químicas y reológicas de las mezclas puras, de las mezclas combinadas con agregados vírgenes y la adición de ellos como aditivos en los procesos de producción de las mezclas asfálticas. Finalmente y con el objeto de llevar a la práctica toda esta información recopilada y los resultados de las pruebas de laboratorio, realizar aplicaciones de campo en obras de pavimentación, por lo cual la última parte de este documento trata de la aplicación de los asfaltos naturales en obras de pavimentación para vías de los Departamentos del Meta y Cundinamarca. 11
  13. 13. 1. GENERALIDADES SOBRE LOS ASFALTOS NATURALES El término “asfalto natural”, se aplica a todos aquellos materiales, encontrados en la naturaleza, que contienen alguna proporción de crudos de petróleo en forma sólida o líquida. De aquí surge una gran cantidad de fuentes de material que al igual que los crudos súper pesados tienen muy poca aplicación industrial, y aún cuando contienen ciertos porcentajes de solventes su procesamiento costoso, comparado con la baja rentabilidad que podrían brindar los productos de refinación. 1.1 En el mundo En muchos lugares del mundo se encuentran fuentes de materiales de esta clase y se están empezando a ver como fuentes potenciales de energéticos gracias a la escasez de los crudos de refinación convencional. Son muy conocidas las minas de arena asfalto de Alberta Canadá y las fuentes del Orinoco de Venezuela que se encuentran en bastas extensiones de tierra ocupando muchos tipos de formaciones geológicas y combinándose con arcillas, arenas, rocas, agua y materia orgánica circundante. La historia tiene referencia de este material en los textos sagrados como impermeabilizante, el arca de Noe fue recubierta con él. Existen por supuesto grandes depósitos de crudo convencionales en el medio ambiente que han sido acompañados por afloramientos superficiales de asfalto "natural". Los antiguos habitantes de esas zonas emplearon las excelentes propiedades impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que tenia el asfalto y rápidamente dejaban de usar este producto para su disposición final. Por 12
  14. 14. mas de 5.000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado como un impermeabilizante y como agente ligante. La civilización Sumeria en el año 3.800 AC, empleó asfalto natural y se recuerda este como el primer uso de este producto. En Mohenjo Daro, en el valle Indo, existen tanques de agua particularmente bien preservados los cuales datan del 3.800 AC. En las paredes de este tanque, no solamente los bloques de piedra fueron pegados con un asfalto "natural" sino que también el centro de las paredes tenía "nervios" de asfalto natural. Este mismo principio se usa actualmente en el diseño de modernos canales y diques. Se cree que Nebuchadnezzar fue un hábil exponente del uso del asfalto debido a que existe la evidencia que él usaba el producto para impermeabilización de los techos de sus palacios y como un ingrediente en sus caminos empedrados. El proceso de momificación usado por los antiguos egipcios también testifica las cualidades preservativas del asfalto, aunque es una materia de disputa si se usó asfalto en vez de resinas. 1.2 En Colombia Las fuentes de asfalto natural se encuentran distribuidas por las once (11) grandes cuencas sedimentarias con las que cuenta Colombia que ocupan un área aproximada de 88.744.800 hectáreas, si sabemos que el área continental colombiana es de 1.141748 km2 y 928.660 km2 de área marítima, es decir de las 207.040.800 hectáreas con que dispone el territorio colombiano cerca del 40% corresponde a cuencas sedimentarias en las que 13
  15. 15. se pueden encontrar hidrocarburos, en el mapa que se muestra a continuación se representan las cuencas sedimentarias y las fuentes más reconocidas de asfaltos naturales: • Cuenca de la Guajira • Cuenca Valle Inferior • Cuenca Choco - Pacífico • Cuenca Valle Medio • Cuenca Cordillera Oriental • Cuenca Llanos Orientales • Cuenca Valle inferior • Cuenca Patía • Cuenca Amazonas • Cuenca Putumayo • Cuenca Ranchería - Cesar Dentro de estas cuencas, encontramos fuentes de asfalto natural en: Santander (Río Negro, Lebrija, San Vicente y Vélez); Putumayo (Vendeyaco, Cedrales); Boyacá (Tuta, Pesca, Tópaga, otros), Cundinamarca (Macheta, La Palma, Yacopí), Caquetá (Doncella, pavas, las perlas, los cuervos, Puerto Rico, otros); Guaviare (El Capricho), Cesar (San Alberto); Caldas (Norcacia) y Crudos pesados, en castilla, la Gloria, rubiales, Gaván. Estas son solo un ejemplo de las diversas fuentes naturales que se diseminan por la mayor parte de la geografía nacional, se han contabilizado cerca de cuarenta fuentes de asfaltos naturales y varios yacimientos de crudos superpesados. 14
  16. 16. Figura 1. Cuencas sedimentarias colombianas. Fuente: Investigación sobre asfaltitas. Laboratorio INVIAS. 1989 15
  17. 17. Mina de Norcacia (Caldas): La mina se encuentra localizada a 15 kilómetros del Municipio de la Dorada en el Departamento de Caldas, sobre la Carretera que conduce a Medellín por la Vía Sonsón, en el sitio denominado la Suiza, estos materiales se vienen explotando y utilizando para la construcción de Vías de acceso del Proyecto Hidroeléctrico de Hidromiel. Hasta el año de 1998 se habían pavimentado con este asfalto aproximadamente 30 Km, con resultados satisfactorios presentando un buen comportamiento estructural de la mezcla de asfalto natural para el soportar el tránsito de vehículos pesados (camiones y tracto mulas), que trabajan en dicho Proyecto. Mina Las Pavas (Caquetá): Localizada en el KM 54 de la Carretera Florencia – San Vicente del Caguán, entre Paujil y Doncello. Actualmente se encuentra en explotación y con ella se han pavimento una longitud mayor a los 400 Km. Su afloramiento está sobre el inicio de la ladera de una zona montañosa, la explotación se realiza a cielo abierto, el material se deja reposar tres (3) días, según los contratistas, para su extensión y compactación que se utiliza la motoniveladora y se compacta con equipo tradicional. De acuerdo con la población el pavimento construido con este material lleva de 20 a 25 años y por su aspecto se encuentra fisurado generalizado, piel de cocodrilo, abultamientos, desplazamientos de bordes, desprendimientos con oquedades y baches. El mantenimiento que se realiza actualmente, consiste en un parcheo ejecutado con el mismo material. Mina Los Cuervos (Caquetá): localizada en el KM 95 de la Carretera Florencia – San Vicente del Caguán, en la Población de Puerto Rico. Actualmente se encuentra en explotación y con ella se toma material para realizar solamente mantenimiento con parcheos y para pavimentar carreteables de veredas y pueblos Su afloramiento se localiza sobre el inicio 16
  18. 18. de la ladera de una zona montañosa. Su explotación se efectúa de manera similar a la mina de las Pavas y la extensión y compactación del material se realiza también con equipos convencionales (motoniveladora y cilindro estático liso). Puerto Rico (Caquetá): Localizada a la orilla sur del Río Guayas, a unos seis (6) kilómetros río arriba de Puerto Rico. Mina Las perlas (Caquetá): Se encuentra ubicada a 17 Km de la vía Florencia en zona de montaña, no se ha explotado aún pero los afloramientos de asfalto dejan ver que su potencial. San Antonio(Caquetá): Esta situada en el Valle del Río Orteguaza a 14,5 Km, aguas arriba del Km 5 de la carretera Florencia – Puerto Rico. Aunque se ha tenido información de su explotación, esta ha sido de mucha menor importancia. Mina del Capricho (Guaviare): Esta fuente de asfalto natural está constituida por una arena asfáltica ubicada a aproximadamente a 50 Km. de la Capital del Departamento, San José del Guaviare, cerca del caserío denominado el Capricho y se llega a este por una trocha que va a la vereda El Cristal, de la cantera existente se extrae material para utilizarlo de manera artesanal en arreglo de carreteras. Mina el Picalojo (Guaviare): Mina explotada de la misma manera y que se encuentra en las cercanías del capricho, a 6 Kilómetros por trocha. 17
  19. 19. Mina de pesca (Boyacá): La beta de asfaltos naturales esta localizada a 1 kilómetro del Municipio de Pesca en el Departamento de Boyacá a cuatro (4) horas de su Capital por la Vía Tunja - Sogamoso - Yopal, carretera totalmente pavimentada. Se han realizado pavimentaciones con este material en carreteras de bajo nivel de tráfico con resultados desalentadores ya que al poco tiempo de construcción de la capa asfáltica, esta se ha levantado y aún cuando se han intentado diferentes técnicas no se logra encontrar buenos resultados. Mina de San Pedro (Tolíma): La Mina de San Pedro, está ubicada a 4 kilómetros de la Carretera que va de Ibagué a Honda en el Antiguo Armero, hoy Campo Santo. Las investigaciones realizadas sobre este natural, indican una extensión aproximada material del área de beta de aproximadamente 600 hectáreas, sobre la formación Honda, compuesta por conglomerados, con tamaños máximos que oscilan entre 10 y 15 centímetros y presenta gradaciones densas muy homogéneas en toda el área mencionada. Desde hace más de 10 años se ha utilizado en la estructura del pavimento, como subbase y base, en espesores entre 10 y 15 cm para vías secundarias como SAN FELIPE-FALAN. Este material se ha empleado en la región en un radio de aproximadamente 60 KM y actualmente se nos ha informado, que existen programas de pavimentación en los Municipios de Lérida, Armero, Guayabal, Fresno y Fusagasuga. Estas son algunas de las fuentes más conocidas de asfaltos naturales y crudos de petróleo, analizando la distribución geográfica de las fuentes tiene cierto impacto macroeconómico en especial para aquellos lugares de la 18
  20. 20. geografía colombiana que presentan un difícil acceso, betas como la del Departamento Caquetá suministra un potencial de explotación, producción y aplicación a lugares de alta vulnerabilidad económica y política como representa esta región. 19
  21. 21. 2. ASPECTOS BÁSICOS DE LA QUÍMICA DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS En la elaboración de una mezcla de concreto asfáltico se emplean materiales pétreos de gradación definida y materiales bituminosos en proporción relativa a los agregados minerales, tanto los unos como los otros requieren un grado determinado de procesamiento industrial. 2.1 Materiales bituminosos Los materiales asfálticos empleados en construcción de vías proceden de diversas fuentes que pueden ser de origen natural o materiales transformados o industriales. Son tres fuentes las que se pueden destacar: Tabla 1. Tipos de bitumenes según su origen BITUMENES PRODUCTO ALQUITRAN BETUN ASFALTOS NATURALES ORIGEN Destilación carbón Lagos del APLICACIÓN EN PAVIMENTOS Toxico – bajo desempeño Aplicable en ciertos casos Rocas Arenas Arcillas CEMENTOS ASFÁLTICOS Destilación crudos de Fuente: Investigación sobre asfaltitas. Laboratorio INVIAS. 1989. 20 Empleo común
  22. 22. Alquitranes productos de la destilación del carbón y betunes naturales y derivados del petróleo. Los asfaltos naturales se han producido a partir del petróleo por proceso normal de evaporación de fracciones volátiles, dejando los elementos densos solamente, pueden encontrarse como escurrimientos superficiales en depresiones terrestres, dando origen a lagos de asfalto, también aparecen impregnando los poros de algunas rocas, y por fenómenos de metamorfismo se solidifican para formar rocas asfálticas, como la gilsonita o asfaltita sólida. Así también se encuentran mezclados con elementos minerales, como pueden ser arenas y arcillas en cantidades variables. 2.1.1 El cemento asfáltico Los asfaltos son materiales aglomerantes de color oscuro, constituidos por complejas cadenas de hidrocarburos de alto peso molecular, su comportamiento físico-químico lo caracteriza como un fluido coloidal no newtoniano, coloidal debido a que se presentan núcleos de polímeros, con tendencia a condensarse por su afinidad polar, disueltos dentro de una solución o fase continua de hidrocarburos de inferior masa molecular que mantiene el estado de suspensión coloidal a los primeros. En el esquema coloidal de Pfeiffer, los asfaltenos constituyen las micelas o fase dispersa y los maltenos (aceites y resinas) la fase dispersante. Fig. No.2 21
  23. 23. Figura 2. Esquema coloidal de Pfeiffer Fuente: León Arenas Lozano Hugo, Tecnología del Cemento Asfáltico, Editorial FAID, Tercera edición Popayán, 300 Pág. 2003 De lo anterior se presenta una influencia de los componentes del material en el resultado final de sus propiedades, los asfaltenos brindan en aporte mecánico de dureza, las resinas las características adherentes y los aceites la manejabilidad del mismo. En el modelo estructural desarrollado por el grupo SHARP se presentan dos fases de la estructura química del asfalto, una aromática conformada por los asfaltenos dentro de un solubilizante: los maltenos, como una fase intermedia se encuentra las resinas que junto con los asfaltenos flotan sobre los aceites. 22
  24. 24. Figura 3. Modelo microestructural Sharp Fuente: León Arenas Lozano Hugo, Tecnología del Cemento Asfáltico, Editorial FAID, Tercera edición Popayán, 300 Pág. 2003 Es claro que la disposición de los polímeros del material se hace más o menos abierta con la temperatura, como sucede con la mayoría de los materiales termoplásticos y en especial los visco elástico con el frío existe la tendencia a compactarse en capas laminares. El sistema micro estructural está conformado por moléculas de naturaleza polar y no polar, siendo las primeras la red fuerte que le da la resistencia relativa, las no polares el comportamiento viscoso del material. 23
  25. 25. La caracterización química del asfalto es desarrollada mediante diversos sistemas analíticos; fraccionamiento por precipitación, por destilación, cromatografía, análisis químico y análisis de pesos moleculares, todos buscando composiciones en porcentaje de peso de los elementos constitutivos del material. En la actualidad, adicionalmente se emplea, entre otros, el análisis SARA, en el cual se determinan las cantidades de saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos. A manera de ejemplo extractamos los cuadros de análisis de cementos asfálticos del Doctor Hugo León Arenas de su libro Tecnología del Cemento Asfáltico. Tabla 2. Resultados de análisis químicos de los asfaltos colombianos Tipo de cemento asfáltico Tipo de análisis Apiay 23,85 25,37 21,67 Aromáticos 32,77 25,67 26,76 31,88 36,32 30,47 Asfaltenos 10,83 12,64 21,1 Parafinicos 35,3 36,5 35,7 Nafténicos 35,4 35,8 36,6 Aromáticos 29,3 27,7 27,7 Bases nitrigenadas 35,2 28,5 20 Acidafinas I 9,6 18 13 Acidafinas II 27,4 29 25 Saturados ANALISIS ROSTLER Y STERNBERG Cartagena Resinas RESONANCIA MAGNÉTICA B/bermeja Saturados ANALISIS SARA Compuesto 14,6 6,9 15,5 Fuente: León Arenas Lozano Hugo, Tecnología del Cemento Asfáltico, Editorial FAID, Tercera edición Popayán, 300 Pág. 2003 Estos parámetros serán útiles en el momento realizar comparaciones entre los cementos asfálticos convencionales, los asfaltos naturales y los residuos de destilación de los mismos, si es el caso. 24
  26. 26. 2.1.2 Función del cemento asfáltico Aprovechando las singulares propiedades del cemento asfáltico; impermeabilidad, cohesividad, adherencia y capacidad para resistir esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas permanentes, las funciones que prestan en la estructura del pavimento son: • Permitir la unión y la cohesión entre los agregados minerales para resistir el ataque mecánico del transito • Dar la impermeabilidad necesaria para proteger las capas estructurales del pavimento. • Brindar el confort y la economía a los usuarios de la vía. • Su aporte a la durabilidad es fundamental, aparte de ser el agente ligante e impermeabilizante aporta resistencia a la mezcla sobre los efectos abrasivos del tránsito, de la intemperie y la variación de temperatura ambiental. • La cantidad de asfalto en una mezcla es uno de los factores más importantes en la calidad del pavimento, en el diseño debe existir un equilibrio tal, que exista el suficiente cementante para cubrir los agregados, conformar los vacíos necesarios para el funcionamiento final de la mezcla sin perder la estanqueidad del conjunto. 2.1.3 Características mediadas Para determinar la viabilidad del uso de un cemento asfáltico se realizan ensayos específicos en búsqueda de sus propiedades físicas y químicas así como su comportamiento reológico. Características físicas 25
  27. 27. Al cemento asfáltico se le hacen: Ensayos de penetración: El cual busca medir la dureza del material para ser penetrado a determinadas temperaturas, nos da un parámetro de consistencia del material. (Norma INV E-706). Ensayo de punto de ablandamiento: Con este ensayo podemos determinar con alguna precisión la temperatura a la cual el cemento asfáltico cambia de estado de sólido a líquido (Norma INV E-712). Punto de inflamación: Con esta prueba conocemos la temperatura a la cual los solventes del material se inflaman para luego generar combustión, la filosofía de la prueba esta dirigida a la seguridad de manejo en el calentamiento del cemento. (Norma INV E- 708/709). Viscosidad: Es un conjunto de ensayos que permiten conocer las viscosidades del material a diferentes temperaturas, es tal vez una de las pruebas más importantes del material, normalmente se realiza a 60ºC y 135ºC. (Normas INV E-714 /715). Ductilidad: Mide la capacidad del cemento para alargarse antes de romperse cuando es estirado desde sus extremos. Normalmente a mayor ductilidad mayor adherencia. (Norma INV E-126). Desde el punto de vista químico podemos encontrar procedimientos de análisis clásicos e instrumental, así: 26
  28. 28. Métodos clásicos de separación • Fraccionamiento con solventes • Absorción química • Separación por cromatografía • Separación por precipitación química Métodos instrumentales • Differential seanning colorimetry • FTIR – Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier • NMR – Resonancia magnética nuclear • GPC – Cromatografía de gases / espectroscopia en ultravioleta / infrarrojo • PDA – Photodio the array detector • Cromatografía combinada en película delgada y detector de ionización por llama La ASTM tiene normalizados solamente dos métodos el primero de los cuales está descontinuado en el ámbito mundial. • Técnica de extracción Rostler Stemberg • Técnica de absorción Corbeta y Swarbrick Básicamente lo que se busca con estos métodos de análisis es determinar la composición interna del cemento asfáltico, sus partes integrantes en el 27
  29. 29. ámbito molecular, su concentración y naturaleza, como veremos más adelante. Reología La reología es el estudio del comportamiento del material al ser solicitado mecánicamente por esfuerzos de carga en el tiempo y como varían las variables físicas y químicas de flujo, deformación, ductilidad, oxidación y otros 2.2 Agregados minerales En general se espera que la mayor parte de los agregados minerales encontrados dentro de los mantos asfálticos y las fuentes de estos materiales sean de origen sedimentario. Con la geografía colombiana su variabilidad en climas y regiones naturales se presentan diversos tipos de factores físicos y químicos que entran a afectar los suelos y las rocas en los procesos de meteorización, transporte y depositación Es así como tales factores formadores, físicos y/o químicos, se presentan como simple fractura mecánica, pero en general el ataque químico es universal y los procesos que dejan sueltos los cristales crean puntos débiles implican el ataque ya sea en forma de disoluciones generadas por el agua, oxidaciones en materiales ferrosos e hidratación que se da en todos los materiales. Los factores biológicos son importantes en la fijación de elementos del aire y la creación de carbonatos, de la misma forma las bacterialas formadoras de sulfatos y óxidos de hierro entran a participar en la conformación mineralógica de los suelos. En general muchos de los procesos tienen lugar en la superficie de la corteza terrestre y dado que los 28
  30. 30. afloramientos de los crudos y las fuentes de los materiales estudiados se dan en lugares y momentos coincidentes con estos fenómenos, encontramos todos estos materiales además del agua y la materia orgánica habitual. En el siguiente cuadro se muestran algunas de los grupos más comunes de rocas sedimentarias que encontramos combinados con los asfaltos naturales. Tabla 3. Rocas sedimentarias abundantes Tipo Areniscas Mineralogía Cuarzo, feldespato Calizas Minerales de la arcilla, cloritas, carbonatos Calcita, dolomita Chert Cuarzo, Hematites Fosforita Apatito Minerales complejos de la arcilla, Cuarzo, materiales orgánicos Pizarras Arcillas Química Dominada por el SiO2 (+K, Na, Ca, Al) Al2O3 - SiO2 – H2O CaCO3, MgCO3 SiO2 (Cantidades menores de Fe2O3, MnO2) Fosfato de calcio Al2O3 - SiO2 – H2O Fuente: García López Manuel, Barrios Montoya Julio y Cañón Barriga Julio. Manual de Estabilidad de Taludes, Geotecnia Vial. INVIAS, Editado Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá, 7998. 340Pg Un buen porcentaje de los agregados minerales son de naturaleza sedimentaria, pero de igual forma, se encuentran agregados metamórficos y evidentemente rocas ígneas. Debido a la naturaleza sísmica de las cordilleras colombianas los eventos volcánicos son comunes en el espacio y en el tiempo con lo que afloran en la superficie líquidos magmáticos con temperaturas que van entre los 800 y 1300ºC, tales materiales pueden enfriarse bruscamente para formar rocas parcialmente vítreas o lentamente para formar rocas cristalinas. En cuanto hace referencia a rocas metamórficas que nacen de procesos tectónicos de presión y temperatura extrema en el interior de la corteza terrestre, de igual forma tienen su 29
  31. 31. participación en alguna medida, en los depósitos combinados con los materiales tratados en este documento, los agregados metamórficos están representados en los esquistos y rocas con texturas desarrolladas y orientadas perfectamente, por su baja rugosidad no presentan buenas características de adherencia al ser empleados como material para los concretos asfálticos. En concordancia con el manual de Estabilidad de Taludes del INVIAS, en general podemos encontrar rocas predominantes en las diferentes cordilleras y evidente mente de acuerdo a lo cual los suelos generados en el inpemperismo de las mismas. Cordillera Oriental: • Macizo de Quetame: rocas metamórficas, en especial esquistos cloríticos y filitas • Grupo Cáqueza: Cuarcitas, pizarras, calizas y lutitas • Formación Une: Areniscas duras • Grupo Villeta: Lutitas, arcillositas y limolitas • Formación Guaduas: Arcillas y lutitas blandas, areniscas poco cementadas • Grupo Guadalupe: Areniscas tiernas, dura y de labor, lutitas y liditas (Planers) 30
  32. 32. Cordillera Central: Rocas Ígneas: Localizadas hacia el interior, parte central de la cordillera, entre ellas dioritas, cuarzo – dioritas y diabasas, existen intrusiones llamadas batolitos (como el Antioqueño y el Ibagué) formados en especial por dioritas. Hay áreas extensas cubiertas de cenizas volcánicas y otros materiales piroclásticos. Rocas metamórficas: En las partes laterales de la cordillera, encajantes de la roca ígnea, abundan los esquistos, pizarras, anfibolitas, serpentinas y el mármol. Rocas sedimentarias: Son menos frecuentes en esta cordillera. Cordillera Occidental: Rocas ígneas: Se encuentran en la parte sur hasta poco más arriba de Popayán. Rocas metamórficas: Esquistos, cuarcita, sobre todo la parte central, en el grupo Dagua Rocas Sedimentarias: En especial calizas y areniscas de la parte norte, serranías de San Jerónimo y Baudo.1 1 García López Manuel, Barrios Montoya Julio y Cañón Barriga Julio. Manual de Estabilidad de Taludes, Geotecnia Vial. INVIAS, Editado Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá, 1998. 340Pg. 31
  33. 33. En general la mayor parte del territorio colombiano está conformado por una geología relativamente joven generada por la dinámica de las placas que afectan el movimiento y evolución del sistema montañoso de los Andes, conformando los plegamientos del mismo. De esta forma se configuran las zonas geológicas de conformación del territorio colombiano; Llanos Orientales y amazonía con rocas de tipo marino y continental muy antiguas de origen precámbrico, del orden de los 1780 millones de años, base de la conformación de gran cantidad de rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias del territorio, con una gran variedad de material de origen marino especialmente en la Cordillera Oriental. La zona central se encuentra gran cantidad de origen ígneo, tanto Cordillera Oriental como Central caracterizada por actividad plutónica y volcánica del Jurásico, abundan rocas Metamórficas del Paleozoico, granitos y cuarzos. La zona occidental conformada por basaltos, rocas de composición piroxeno – olivino y lavas con depósitos considerables de minerales de hierro y níquel. Con lo anterior y la gran actividad tectónica, glacial, lacustre y aluvial conformaron la geomorfología colombiana como la conocemos actualmente y la naturaleza mineralógica de las diversas cuencas sedimentarias que conforman el gran porcentaje del territorio. 2.2.1 Funciones del agregado mineral Con el cemento asfáltico como material cementante, es claro que la estructura del concreto asfáltico serán sus agregados minerales, que características deben tener en la mezcla final: 32
  34. 34. • Existe una distribución, por tamaños, en los agregados minerales que permiten una mezcla final con óptima resistencia. La combinación de agregado grueso y agregado fino así como de pasa 200 estructuran una retícula adecuada bajo la cual los parámetros de; vacíos en la mezcla, deformaciones o flujos, estabilidad o resistencia, duración, economía de la mezcla y rugosidad son las mejores para una misma mezcla. • El efecto del llamado “llenante mineral” o pasa 200 es importante en la resistencia final del concreto asfáltico resultante. • La forma de los agregados, su dureza y textura son básicas en la resistencia final de la mezcla; una mezcla con partículas lisas y redondeadas tiene menos resistencia que la misma mezcla con agregados ásperos y angulosos. • La composición mineralógica del agregado entra a participar en la afinidad electrónica de los materiales; cemento asfáltico y agregados, por lo que la adherencia es menor con minerales, especialmente de origen calizo y volcánico. • Por razones de conford, economía de la mezcla y manejabilidad, el tamaño máximo del agregado debe ser limitado, del orden de 3.5 cm de diámetro. 33
  35. 35. 2.2.2 Características medidas Al igual que al asfalto, a los agregados se le realiza toda una serie de ensayos para determinar la posibilidad de uso de los mismos, sus propiedades físicas, mecánicas y algunas veces químicas de los mismos, dentro de los ensayos básicos están: Análisis granulométrico: Para determinar tamaño de partículas de agregados finos y gruesos, se busca verificar el tipo y forma de la gradación. (Norma INV E-213). Resistencia al desgaste: Evalúa la resistencia de los materiales pétreos gruesos a la abrasión mediante algún procedimiento de ataque, se utiliza la máquina de los Ángeles en la cual se introducen los agregados, unas esferas de acero de 500 gramos y al rotar el tambor de dicha máquina el agregado es sometido a la abrasión, midiendo finalmente el porcentaje de agregado desprendido en forma de porcentaje. (Norma INV E-218). Textura: La textura superficial tiene un efecto importante en la durabilidad del concreto resultante, como vimos anteriormente se busca mayor rugosidad sin importar la cantidad adicional de cementante que se emplee. (Norma INV E231). Limites de consistencia: se mide la actividad de la porción fina de los agregados mediante ensayos de límites de consistencia con los resultados 34
  36. 36. se puede predecir el comportamiento final del conjunto. 8Normas (INV E 125 / 126) Otros Ensayos realizados sobre los agregados minerales son: Peso específico y absorción de agregados finos y gruesos (Norma INV E – 222 / 223); Porcentaje de caras fracturadas (Norma INV E-227); Índice de aplanamiento y alargamiento (Norma INV E – 230), otros. Son muchos los ensayos sobre agregados que van de acuerdo a las circunstancias de uso de las mezclas resultantes, el fin último es la búsqueda en el cumplimiento de las funciones de estos materiales en concordancia con lo descrito en el apartado anterior de este documento. 35
  37. 37. 3. CLASIFICACIÓN DE LOS ASFALTOS NATURALES La clasificación de los asfaltos naturales esta determinada por el origen del cual viene formado el material, naturalmente como cualquier otro elemento, sometido a intemperismo y la acción geológica se encuentran varios tipos de estructuración molecular y composición química. De esta forma se pueden encontrar, asfaltos Nativos, sólidos o semisólidos, por ejemplo; Puros o casi puros (Crudo del petróleo); Asociados con materia mineral (crudos combinados con agregados) y Asfaltitas duras (Gilsonitas). Se tomarán los crudos pesados como parte de los asfaltos naturales ya que a pesar de que se originan por la explotación industrializada, se les somete a muy poco o ningún proceso industrial luego de su acopio. Desde el punto de vista de su evolución los asfaltos naturales de acuerdo a su génesis de Abraham los crudos pasaron por; polimerización, oxidación y supuración antes de convertirse en las diferentes formas de asfaltitas sólidas que se conocen actualmente. 36
  38. 38. Tabla 4. Clasificación de los Asfaltos Naturales según Abraham H. ORIGEN ACCIÓN DE MATERIAL FORMADO Temperatura Crudos Polimerización Tiempo Asfaltitas Condensación Catalizadores Pirobitúmenes asfálticos Sulfuración Petróleo PROCESOS QUÍMICOS Oxidación Presión Esquistos Pirobituminosos Livianos Pesados Gilsonita Clase Pinch Grahamita Eleterita Wurilita Albertita Impsonita Etapa final Fuente: Abraham H. , Asphalt and allied substances, Van Nostrand Company Inc, Princeton, New Jersey, USA, Sixth Edition, 1960. Otra clasificación de los asfaltos naturales según Fester, investigador americano, es la siguiente: Tabla 5. Clasificación de los asfaltos naturales según Fester ORIGEN Sedimentación, compactación de materia orgánica PROCESOS NATURALES Petróleo Polimerización MATERIAL RESULTANTE Asfaltos naturales Condensación Oxidación Otros Esquistos bituminosos Efectos ígneos intensos a través de agua en estado hipercrítico No hay interacción de oxígeno atmosférico Asfaltitas duras Fuente: Fester, G.A. Discution of document “Asphalt and alliend substances, Van Nostrand Company Inc, Princeton, New Jersey, USA, Ssixth Edition, 1960”, Proc VII R.A.A. 1963 37
  39. 39. Cualquiera de los procesos determina exposición de crudos a grandes temperaturas o presiones que de una forma u otra volatilizaron diferentes porcentajes de solventes creando materiales bituminosos más densos e incluso petrificados que hoy conocemos como asfaltitas sólidas o esquistos pirobituminosos. En conclusión los materiales asfálticos, tipo asfaltitas o asfaltos naturales que se emplean en la industria de la construcción y de los cuales se ha tenido alguna experiencia en Colombia son: 1. Grupo I: Crudos pesados 2. Grupo II: Asfaltos naturales generados por el afloramiento de crudos y que se encuentran mezclados en diversas proporciones con materiales circundantes de las fuentes, agregados, material orgánico y agua. 3. Grupo III: Asfaltos naturales sólidos (Asfaltitas), producidas por efectos tectónicos y que tienen muy poco o ningún porcentaje de solventes volátiles. 3.1. Análisis de la clasificación de los asfaltos naturales Teniendo en cuenta la clasificación propuesta podemos entrar a detallar cada uno de los grupos de asfaltos naturales. Es claro que cualquiera que sea la clase el origen es el mismo, “mezcla de sustancias químicas orgánicas provenientes de plantas o animales microscópicos que vivieron en los mares hace millones de años”, variando solamente las condiciones geológicas o ambientales a las cuales fueron expuestas en el tiempo. 38
  40. 40. De lo anterior se espera que dentro de los materiales, especialmente los que se encuentra aún en estado líquido, presenten tres tipos de composiciones; crudos de base parafínica con elevadas cantidades de compuestos sencillos parafínicos y ceras de alto peso molecular, crudos con bases nafténicas con altos contenidos de betún, parafinas e hidrocarburos aromáticos, combinaciones de los anteriores y lo que sí es claro, elementos químicos disueltos de diversa índole, tipo azufre, sílice, metales, etc. 3.2 Crudos pesados Desde hace mucho tiempo se han venido usando indistintamente como material en diferentes etapas de la construcción. Este material es un líquido espeso menos denso que el agua, con una densidad API menor a 202, generalmente presentan una composición química nafténica aun cuando su destilación genera diversos productos, en la mayoría de los casos no puede ser explotados de la mejor manera dada su baja rentabilidad, teniéndose que emplear de manera directa con muy poco o ningún proceso industrial. En Colombia los más conocidos son: Crudo de Castilla; Crudo de Gaván; Crudo de Cedrales, el primero de los cuales fue ha sido el más estudiado en el país. 3.2.1 Experiencias sobre el crudo de Castilla En la siguiente tabla se muestran las principales características del material en pruebas que se realizaron el Laboratorio de INVIAS y en los Laboratorios de la Escuela Colombiana de Ingeniería en el año 1999 y 2000. 2 A.P.I. American Petroleum Institute – Densidad o grados A.P.I. definida por A.P.I. = (141.5/PE) – 131.5 donde PE es el peso específico del crudo. 39
  41. 41. Tabla 6. Características del crudo de castilla. ENSAYO NORMA UNIDAD RESULTADO Gravedad a 15,6ºC ASTM D 4052 API 11,7 Densidad ASTM D 5002 Kg/m3 988,1 ºC 61 Punto de llama Punto de ignición 91 Azufre ASTM D 4294 %m 2,6 Carbón Conradson ASTM D 4530 %m 15,0 Punto de fluidez ASTM D 97 ºC 6,0 Insolubles n – C7 UOP 614 %m 14,1 Viscosidad cinemática 37,7ºC ASTM D 445 cSt 3864,0 Viscosidad cinemática 70ºC ASTM D 445 cSt 376,0 Viscosidad dinámica 20ºC Rotovisco Cp 31540,0 Viscosidad dinámica 25ºC Rotovisco Cp 19030,0 Viscosidad dinámica 30ºC Rotovisco Cp 10990,0 Viscosidad dinámica 35ºC Rotovisco Cp 6720,0 Agua y sedimento ASTM D 96 % vol 0,6 Cenizas ASTM D 482 %m 0,1 Punto de inflamación, vaso TAG abierto ASTM D 1310 ºC 15,0 Vanadio mg/Kg 400,0 Niquel mg/Kg 96,0 Sodio mg/Kg 21,0 Hierro mg/Kg <0,7 Cobre mg/Kg <0,2 Magnesio mg/Kg <0,4 Calcio mg/Kg 1,6 Ceras % peso 3,09 Sal lb/KB * 3,6 Metales UOP 800 * Libras por cada 1000 barriles Fuente: Laboratorio de INVIAS y en los Laboratorios de la Escuela Colombiana de Ingeniería en el año 1999 y 2000. 40
  42. 42. Como indica la tabla, el contenido de metales es relativamente alto, los insolubles en n-C7 y el carbón Condradson, así como asfaltenos también lo son, su fluidez es baja, a 6ºC. Dado que la gravedad API es de 11.7 se clasifica como un crudo pesado, de acuerdo a la ponderación de ECOPETROL, crudos de densidad API inferior a 18 se definen como nafténicos por lo que el Crudo de Castilla es de naturaleza nafténico – intermedio, con algún contenido de ceras. De otra parte el porcentaje de cenizas es bajo, comparado con otros crudos. En ese momento se buscó nuevas aplicaciones del material dado que ECOPETROL presentaba grandes volúmenes de crudo y muy poca posibilidad de utilización del mismo. Al realizar una destilación al crudo llegamos a un cemento asfáltico con las características de los crudos convencionales, los resultados de las mediciones de las características reológicas del Crudo de Castilla se presentan a continuación: 41
  43. 43. Tabla 7. Caracterización del residuo de destilación del crudo de castilla. NORMA UNIDAD RESIDUO DE DESTILACIÓN Penetración a 25ºC, 5s, 100g E - 706 1/10 mm 71 Punto de reblandecimiento anillo y bola, ºC E - 712 ºC 48,4 Punto de fragilidad Gras E - 724 ºC -15 Punto de inflamación V/A E - 709 ºC 235 Ductilidad a 25ºC E - 702 cm >100 Solubilidad en triloretileno E -713 % 99,9 Contenido de agua E - 704 % 0 Contenido de asfaltenos NLT - 131 % 20 Contenido de parafinas NLT - 345 % 0,7 Viscosidad dinámica a 60ºC E - 707 Pa s 269 Viscosidad dinámica a 100ºC " Pa s 3,6 Viscosidad dinámica a 135ºC " Pa s 0,4 Saturados ASTM D 4124 % 17,2 Aromáticos " % 37,9 Resinas " % 23 Asfaltenos " % 22,1 Variación de masa E - 721 % 0,8 Penetración a 25ºC, 5s, 100g E - 706 1/10 mm 59 Variación punto de reblandecimiento A y B E - 712 ºC 8,2 Ductilidad a 25ºC E - 702 cm 60 ENSAYO COMPOSICIÓN QUÍMICA ENSAYOS RESIDUUO PELICULA FINA Fuente: Laboratorio de INVIAS y en los Laboratorios de la Escuela Colombiana de Ingeniería en el año 1999 y 2000. 42
  44. 44. Al comparar los resultados de los ensayos con los datos de un cemento asfáltico como el de Barrancabermeja encontramos muchas similitudes en sus resultados. Tabla 8. Comparación de los valores de ensayo con ensayos sobre el cemento asfáltico de Barrancabermeja NORMA RESIDUO DE UNIDAD DESTILACIÓN BARRANCA Penetración a 25ºC, 5s, 100g E - 706 1/10 mm 71 Punto de reblandecimiento anillo y bola, ºC E - 712 ºC 48,4 47,7 Índice de penetración E - 724 -0,7 -0,75 Ductilidad a 25ºC E - 702 cm >100 Punto de inflamación, vaso Cleveland abierto E - 716 ºC 235 gr/cm3 1,028 0,998 P 4928 1810 c St 428 342 ENSAYO Peso específico a 25ºC Viscosidad dinámica a 60ºC Viscosidad cinemática a 135ºC 76 >100 320 COMPOSICIÓN QUÍMICA Saturados ASTM D 4124 % 17,2 23,85 Aromáticos " % 37,9 32,77 Resinas " % 23 31,88 Asfaltenos " % 22,1 10,83 Variación de masa E - 721 % 1,44 0,25 Penetración a 25ºC, 5s, 100g E - 706 1/10 mm 59 60 Variación punto de reblandecimiento A y B E - 712 ºC 8,2 9,7 P 24192 ENSAYOS RESIDUUO PELICULA FINA Viscosidad dinámica a 60ºC Fuente: Laboratorio de INVIAS y en los Laboratorios de la Escuela Colombiana de Ingeniería en el año 1999 y 2000. 3.2.2 Algunas características medidas en otros crudo. La tabla de datos que se muestra a continuación es el resultado de la síntesis de resultados encontrados por la Universidad del Cauca sobre los asfaltos naturales de la región sur del país, de la misma forma se muestran los 43 2290
  45. 45. ensayos sobre los residuos de destilación de estos materiales y las pruebas sobre los bitúmenes envejecidos, así como su composición química. Tabla 9. Algunas características medidas en varios crudos. Características Solventes Unidades Cedrales Residual cedrales Vendeyaco Castilla 0 Residual castilla Apiay Cartagena Barranca 17 % 8,5 Densidad relativa Ton/m3 1,088 1064 1,019 988 1.028 1.028 1.008 0.998 Penetración 25ºC 1/10 mm 219 82 >400 300 71 70 85 76 Viscosidad a 60ºC Poises 1032 2687,5 56 4,3 4928 1800 1500 1810 Viscosidad a 135ºC cSt 256 428 300 220 342 Punto ablandamiento ºC 46 Punto llama ºC Punto de combustión ºC Ductilidad cm 67 62,2 19,5 36 48,4 48 44,8 47,7 150 160 61 235 238 240 320 165 190 91 49 42 45 49 59 60 53 64 1166 24192 5500 3769 2290 11 100 Envejecidos Penetración 25ºC Penetración retenida Viscosidad a 60ºC 1/10 mm 46 46 % 56 56 Poises 144 Punto de ablandamiento ºC 74,5 74,5 43,3 +8.2 57,7 55 51,8 Perdida de masa % 5,7 5,21 9,9 1.44 0,25 0,965 0,195 Saturados % 18,3 15,6 17,2 16.5 18,13 14,61 15,33 Aromáticos % 23 33,9 37,9 35.1 36,06 35,62 39,67 Resinas % 33 34,3 23 27.9 27,54 35,5 36,51 Asfaltenos % 25,7 16,2 17,2 20.5 18,27 14,27 8,5 Química Fuente: Laboratorio de INVIAS y en los Laboratorios de la Escuela Colombiana de Ingeniería en el año 1999 y 2000. 44
  46. 46. 3.3 Rocas asfálticas, asfaltitas o gilsonitas El segundo grupo de asfaltos naturales, la asfaltita, es un material en estado sólido compuesto por hidrocarburos de alto peso molecular, se han producido gracias a efectos ígneos intensos sin la inclusión en oxigeno en el proceso, se presenta en la naturaleza en forma de estratos que van de centímetros a decenas de metros de espesor, su punto de fusión es algo variable, dada la condición sólida del material su composición química, es básicamente asfaltenos es decir compuestos orgánicos de alto peso molecular (103 a 105 UMA), conformados por anillos aromáticos que a temperatura ambiente conforman una especie de estructura cristalina plana con inclusión de algunos gránulos de metales como níquel, vanadio, azufre y otros. En las prácticas realizadas con el material, es supremamente complicado emplearlo como bitumen dentro de la mezcla ya que, de una parte, los puntos de fusión son extremadamente altos y la composición química, como veremos más adelante, no es la más adecuada para que nos sirva de ligante bituminoso. Algunos datos extractados del manual de gilsonita GILSOIL de los Estados Unidos nos muestran de las características medidas sobre este material así: 45
  47. 47. Tabla 10. Características de algunos tipos de asfaltitas de la empresa Gilsoil. RAYA PESO ESPECÍFICO (g/cm3) PUNTO DE ABLANDAMIENTO (ºC) SOLUBILIDAD EN CS2 % CARBENOS % CARBON FIJO % Gilsonita Marrón 1,03 - 1,10 110 - 180 98 0 - 0,5 10 - 20 Glase Pinch Negra 1,10 - 1,15 110 - 180 95 0 - 1,0 20 - 30 Grahamita Negra 1,15 - 1,20 180 - 320 45 - 100 0 - 0,8 30 - 50 ASFALTITA Fuente: Laboratorio de INVIAS y en los Laboratorios de la Escuela Colombiana de Ingeniería en el año 1999 y 2000. En esta tabla podemos apreciar la variación de algunas características físicas del material de acuerdo a su grado de metamorfización, siendo cada vez mas dura de acuerdo a su punto de ablandamiento. Figura 4. Asfaltita en estado natural Fuente: Laboratorio de INVIAS y en los Laboratorios de la Escuela Colombiana de Ingeniería en el año 1999 y 2000. 46
  48. 48. 3.3.1 Experiencias con la asfaltita de San Alberto Se tomaron muestras de la fuente de asfaltitas de la Mina de San Alberto en el departamento del Cesar, se midieron algunas de sus propiedades físicas como: • Raya: Negra • Peso específico: 1.10 g/cm3 • Punto de ablandamiento: 251ºC • Solubilidad en sulfuro de carbono: 98% Este tipo de material se ha empleado en Colombia en construcción de tramos experimentales modificando el cemento asfáltico en las mezclas, es el caso de la rehabilitación del tramo Puerta del Hierro – Magangue, en la Concesión Buga – Tulúa, dando como resultado mejoras en la estabilidad de las mezclas adicionadas con ella. Para el caso que nos ocupa, se realizaron varias pruebas de mezclas en diferentes porcentajes de adición de asfaltita, con el uso de Crudo de Castilla y Cemento Asfáltico de Barrancabermeja estos resultados se muestran a continuación. Las asfaltitas carecen de una serie de propiedades mínimas, si se tiene en cuenta que la mayor parte de los componentes resinosos y los aceites desaparecieron en los procesos de litificación del material. Durante la fase de ensayos efectuada sobre las asfaltitas de la Mina de San Alberto en el 47
  49. 49. Departamento de Cesar, se pudo verificar su capacidad polar para mantenerse aglomerada sobre sí, es decir, la roca sometida a la molienda para luego ser adicionada al cemento asfáltico, al cabo de unos días el polvo fino (pasado por el tamiz No. 100) se granulaba formando masas de material medianamente compactas, con el objeto de buscar algún tipo de disolución entre los solventes del Crudo de Castilla y el polvo de la asfaltita de San Alberto, se realizaron mezclas de los dos materiales tanto en frío como en caliente con 2, 4, 6 y 8% de asfaltita sobre el Crudo y con temperaturas variables desde los 80º a los 150ºC. No se genero un cambio significativo en las propiedades del crudo, aparte de la evaporación normal de solventes debido a los cambios de temperatura, el único valor que presentó un cambio significativo fue el punto de inflamación que llego a 315ºC. En resumen esta experiencia nos llevo a concluir: • Aumento de consistencia del crudo con el aumento de la adición de la asfaltita. • Un notorio aumento en el punto de chispa y llama del material crudo. • Tanto en frío como en caliente y luego de pasados varios días la asfaltita formaba los gránulos depositándose en la parte inferior del recipiente. • Las mezclas con materiales granulares y la elaboración de briquetas de prueba con el material, en ningún caso, no generó la suficiente estabilidad para pensar en realizar algún tipo de diseño ni aplicación distinta a la que se realiza eventualmente con el Crudo de Castilla convencional. Posteriormente se realizaron mezclas y se cambió el Crudo de Castilla por Cemento asfáltico de Barrancabermeja con una adición de 4 y 8% de asfaltita 48
  50. 50. en forma de polvo pasa por el tamiz No. 100, Los resultados encontrados fueron los siguientes: Tabla 11. Variación de la consistencia del cemento asfáltico de barranca con la adición de asfaltita de San Alberto. Cemento Asfáltico De Barranca Asfaltita (4%) Asfaltita (8%) Penetración a 25ºC (100g 5seg) 1/10 mm 71.0 42 30 Punto de Ablandamiento, ºC 48.4 56 61 Índice de Penetración -0.75 -0.30 -0.20 Ductilidad a 25 ºC, (5 cm/min) cm +100 +100 +100 Viscosidad Dinámica a 60 ºC (poises) 1.810 5.110 10.950 Solubilidad en Sulfuro de Carbono (%) 99.8 99.8 99.8 Ensayos Fuente: El autor Vemos como el material aumenta su dureza de 71 décimas de milímetros a 42 con 4% y a 30 con 8% de asfaltita, de la misma forma el punto de ablandamiento aumenta, su índice de penetración y su viscosidad, de esta forma el comportamiento a cambios de temperatura mejora al mejorar su susceptibilidad térmica, los resultados de estabilidad posteriores nos permiten verificar el aumento de la estabilidad Marshall en la adición. La susceptibilidad térmica se determinó mediante el índice de penetración teniendo en cuenta que el cemento asfáltico es el mismo, cambiando simple mente la agregación en porcentaje de asfaltita. Se realizaron diseños Marshall con cemento asfáltico de Barrancabermeja dando como resultado: 49
  51. 51. Tabla 12. Variación de la viscosidad del cemento asfáltico de barranca modificado con asfaltita. % Asfaltita Viscosidad dinámica a 60ºC (P) 0 1810 2 2811 4 4356 6 7580 Fuente: El autor. Gráfica 1. Variación de la viscosidad del cemento asfáltico de barranca modificado con asfaltita. Fuente: El autor 50
  52. 52. Tabla 13. Variación de la estabilidad Marshall del cemento asfáltico de barranca modificado con asfaltita. % Asfaltita Estabilidad Marshall (Kg) 0 835 2 4 871 933 6 1015 Fuente: El autor Gráfica 2. Variación de la estabilidad marshall del cemento asfáltico de barranca modificado con asfaltita Fuente: El autor Se realizaron ensayos de ahuellamiento mediante el uso de la máquina de pista, (Norma INVIAS E-756) preparándose muestras de material con los mismos porcentajes de asfaltita, 0, 2, 4 y 6% respectivamente, molida y pasada por el tamiz ·No. 100, el procedimiento seguido fue el siguiente: 51
  53. 53. 1. Mediante los datos encontrados en el ensayo Marshall, peso unitario, se prepararon probetas en los moldes dedicados para tal fin, volumen de 30 x 30 x 5 cm3 Figura 5. Molde y enrase de la máquina de pista Fuente: El autor 2. La preparación de los agregados es similar al ensayo Marshall, varían las cantidades debido al tamaño del molde, temperaturas de mezcla y compactación, en función de la viscosidad. 3. La mezcla vaciada en el molde (precalentado e instalado en el sitio) es compactada mediante el respectivo dispositivo. En primera instancia 75 segundos, luego se desmonta el collar sustituyéndose por dispositivos angulares y se repite el proceso en tres periodos girándolo un total de 360º. 52
  54. 54. Figura 6. Equipo de compactación de la máquina de pista Fuente: El autor 4. las probetas se dejan enfriar de 12 a 24 horas antes de ser ensayadas. 5. Temperatura de ensayo: 60 +/- 1ºC 6. Presión de contacto de la rueda: 9 +/- 0.25 Kg/cm2 7. La probeta se introduce en la cámara 4 horas antes del ensayo a 60ºC Figura 7. Cámara con equipo completo de pista Fuente: El autor 53
  55. 55. 8. Se deja pasar la rueda tres veces para que consiga un asentamiento adecuado, se gradúa el micrómetro, se pone el cronómetro en ceros, se cierra la cámara da inicio al ensayo, tomando lecturas de acuerdo a lo establecido, 1, 3 y 5 minutos, luego de cinco en cinco hasta completar 45 minutos y finalmente cada 15 hasta los 120 minutos. 9. Con los registros se determinan valores medios de deformación y se calcula la velocidad de deformación. Figura 8. Calibración de micrómetro, muestra e inicio del ensayo Fuente: El autor Bajo este parámetro, los resultados de los ensayos de la máquina de pista fueron los siguientes: 54
  56. 56. Tabla 14. Resultados de ensayo de la máquina de pista Tiempo (min) Resultados finales de velocidad de ahuellamiento para varios % de asfaltita en ( /min) (60° C) 0 2 4 6 1 150 135 130 125 3 250 240 240 230 5 300 278 276 266 10 320 296 292 282 15 380 325 348 336 20 400 372 368 354 25 480 442 436 422 30 660 608 602 580 35 560 522 516 498 40 380 350 346 334 45 153 141 140 135 60 87 80 79 77 75 67 61 61 58 90 40 37 37 37 105 20 18 17 16 120 20 18 17 16 Fuente: El autor 55
  57. 57. Gráfica 3. Resultados de ensayo de la máquina de pista Fuente: El autor De acuerdo a las Especificaciones Generales de Construcción del Instituto Nacional de Vías, La resistencia a la deformación plástica, mediante el ensayo de pista de laboratorio (INV E-756), en el intervalo de ciento cinco (105) a ciento veinte (120) minutos no podrá ser mayor a 15 m/min, para mezclas empleadas en zonas con temperaturas medias anuales mayores de 24° y 20 C m/min, para regiones con temperaturas medias anuales hasta de 24° C. Como vemos la muestra del asfalto proveniente de la Refinería de Barrancabermeja no cumpliría para temperaturas mayores de 24° y es tá en el límite de la C especificación para temperaturas menores de 24° C. 56
  58. 58. Las velocidades medias de deformación son las siguientes: Tabla 15. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de Barrancabermeja Tiempo (min) Ahuellamiento (1/100 mm) Ahuellamiento (micras) 1 0 0 2 300 150,0 3 30 300 2 500 250,0 5 80 800 5 1500 300,0 10 230 2300 5 1600 320,0 15 390 3900 5 1900 380,0 20 580 5800 5 2000 400,0 25 780 7800 5 2400 480,0 30 1020 10200 5 3300 660,0 35 1350 13500 5 2800 560,0 40 1630 16300 5 1900 380,0 45 1820 18200 15 2300 153,3 60 2050 20500 15 1300 86,7 75 2180 21800 15 1000 66,7 90 2280 22800 15 600 40,0 105 2340 23400 15 300 20,0 Tiempo (min) Fuente: El autor 57 Deform. ( ) Vel. media de def. ( /min)
  59. 59. Tabla 16. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de barrancabermeja con 2% de asfaltita Tiempo (min) Ahuellamiento (1/100 mm) Ahuellamiento (micras) 1 0 3 Vel. media de def. ( /min) Tiempo (min) Deform. ( ) 0 2 270 135,0 27 270 2 480 240,0 5 75 750 5 1390 278,0 10 214 2140 5 1480 296,0 15 362 3620 5 1760 352,0 20 538 5380 5 1860 372,0 25 724 7240 5 2210 442,0 30 945 9450 5 3040 608,0 35 1249 12490 5 2610 522,0 40 1510 15100 5 1750 350,0 45 1685 16850 15 2120 141,3 60 1897 18970 15 1210 80,7 75 2018 20180 15 920 61,3 90 2110 21100 15 550 36,7 105 2165 21650 15 270 18,0 120 2192 21920 15 300 18,0 Fuente: El autor 58
  60. 60. Tabla 17. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de Barrancabermeja con 4% de asfaltita. Tiempo (min) Ahuellamiento (1/100 mm) Ahuellamiento (micras) 1 0 0 2 260 130,0 3 26 260 2 480 240,0 5 74 740 5 1380 276,0 10 212 2120 5 1460 292,0 15 358 3580 5 1740 348,0 20 532 5320 5 1840 368,0 25 716 7160 5 2180 436,0 30 934 9340 5 3010 602,0 35 1235 12350 5 2580 516,0 40 1493 14930 5 1730 346,0 45 1666 16660 15 2100 140,0 60 1876 18760 15 1190 79,3 75 1995 19950 15 910 60,7 90 2086 20860 15 560 37,3 105 2142 21420 15 260 17,3 120 2168 21680 15 300 17,3 Tiempo (min) Fuente: El autor 59 Deform. ( ) Vel. media de def. ( /min)
  61. 61. Tabla 18. Velocidades medias de deformación cemento asfáltico de Barrancabermeja con 6% de asfaltita Tiempo (min) Ahuellamiento (1/100 mm) Ahuellamiento (micras) 1 0 0 2 250 125,0 3 25 250 2 460 230,0 5 71 710 5 1330 266,0 10 204 2040 5 1410 282,0 15 345 3450 5 1680 336,0 20 513 5130 5 1770 354,0 25 690 6900 5 2110 422,0 30 901 9010 5 2900 580,0 35 1191 11910 5 2490 498,0 40 1440 14400 5 1670 334,0 45 1607 16070 15 2030 135,3 60 1810 18100 15 1150 76,7 75 1925 19250 15 870 58,0 90 2012 20120 15 550 36,7 105 2067 20670 15 250 16,7 120 2092 20920 15 300 16,7 Tiempo (min) Fuente: El autor 60 Deform. ( ) Vel. media de def. ( /min)
  62. 62. Gráfica 4. Velocidades medias de deformación con adición de asfaltita VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN Vs % ASFALTITA 700 Velocidad (µ /min) 600 500 400 0% de asfaltita 2% de asfaltita 4% de asfaltita 300 200 6% de asfaltita 100 0 -100 0 5 10 15 20 Fuente: El autor En conclusión la adicionar asfaltita sólida de la Mina de San Alberto (Cesar), sobre el Cemento asfáltico de Barrancabermeja nos generó los siguientes resultados finales: • Aumento en los valores de Estabilidad Marshall • Menor susceptibilidad térmica, mejorando así el desempeño en un rango amplio de condiciones climáticas • Menores ahuellamientos medidos en la máquina de pista del INVIAS, con la consiguiente consecuencia de mejorar las condiciones de trabajo para cementos asfálticos empleados en climas cálidos, es 61
  63. 63. decir tendiendo al límite de tolerancia de 15 m/min para temperaturas superiores a los 24° C. • Una pequeña disminución en la velocidad de deformación. • Mejor adherencia asfalto-agregado 3.4 Asfaltos naturales El tercer grupo está constituido por los asfaltos naturales, caracterizados por ser una mezcla de crudo, materiales inertes, materia orgánica y agua en diferentes proporciones, en este caso el crudo es un bitumen que afloró a la superficie a causa de cambios de posición de los estratos geológicos debidos al tectonismo y que se mezcló con los materiales circundantes. Es así como se encuentran fuentes de material en diferentes condiciones con porcentajes de crudo que van de muy escasa hasta lagos de asfalto con muy poca contaminación. En el laboratorio de INVIAS se realizaron ensayos sobre asfaltos naturales de diversas fuentes, como son; Norcacia (Caldas), Pavas (Caquetá) y el de Pesca (Boyacá), veamos a continuación a manera de ejemplo las experiencias sobre los asfaltos naturales. 3.4.1 Experiencias sobre el asfalto natural de Norcacia El procedimiento realizado sobre el material fue el siguiente: 62
  64. 64. • Se tomo una muestra a la cual se le realizó una extracción con la cual se determinó el porcentaje de agregado mineral y de crudo de la mezcla natural. • Se realizaron ensayos de granulometría a varias muestras, se tomaron pesos específicos y se clasificó el material granular. • Se hicieron unas briquetas de prueba para determinar que consistencia presentaba los especímenes a diferente temperatura, midiéndose Densidad Bulk, porcentaje de vacíos, estabilidad Marshall y flujo. • Se determinó la estabilidad remanente de las briquetas • Se adicionó cemento asfáltico en forma de emulsión para luego medir densidades y resistencias. Clasificación del cemento asfáltico: Se realizó recuperación del material cementante mediante destilación (Norma INV E-783). Este procedimiento busca extraer el ligante de una mezcla de concreto asfáltico para su caracterización mediante la disolución de la misma con el uso de un solvente orgánico de alta concentración. Para el caso que nos ocupa se empleo dicrorometano a 95%, cuyo punto de ebullición está entre 39 y 41ºC, a esta temperatura su toxicidad es bastante elevada por lo que es necesario extremar las medidas de seguridad, la muerte de una persona es generada al inhalar este solvente durante un minuto. 63
  65. 65. Figura 9. Recuperación del material cementante mediante rota vapor Fuente: El autor Las características del cemento asfáltico recuperado son las siguientes: Tabla 19. Resultados ensayos de caracterización del ligante del asfalto natural de norcacia Resultados Característica medida Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio % asfalto 6,43 6,51 6,56 6,50 27 31 36 31,33 P ablandamiento ºC 53,5 52,6 51,8 52,63 V.S.F.a 135ºC 124,6 121,2 126,9 124,23 Viscosidad a 60ºC 4790 4355 4159 4434,67 Penetración Fuente: El autor 64
  66. 66. Clasificación de agregados pétreos: Figura 10. Equipo para recuperación del material pétreo Fuente: El autor La recuperación de los agregados pétreos del asfalto natural se realizo mediante una extracción (ensayo INV E – 732 Método A). Es claro que la confiabilidad no puede ser del 100%, dado que los agregados están impregnados con el bitumen desde hace miles de años y el procedimiento alcanza a desnaturalizar, especialmente la fracción fina de la gradación, así como la centrifugada podrá afectar en alguna medida es estado natural de los agregados, teniendo en cuenta lo anterior, los resultados encontrados fueron: 65
  67. 67. Granulometría Tabla 20. Granulometría muestras asfalto natural de norcacia TAMIZ Normal PORCENTAJE QUE PASA Alterno Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio 37.5 mm 1 ½” 25.0 mm 1” 19.0 mm ¾” 100 100 100 100 12.5 mm ½” 98 95 94 96 9.5 mm 3/8” 84 86 88 86 4.75 mm No. 4 67 62 60 63 2.36 mm No. 8 18 22 19 20 300 m No. 50 7 9 8 8 75 m No. 200 3 4 6 4 Fuente: El autor La clasificación del material granular fue una arena tipo SW, con un peso específico de agregado grueso de 2567 g/cm3 y un peso específico de agregado fino de 2513 g/cm3. 3.4.2 Mezclas de laboratorio Con el objeto de verificar las propiedades del material como mezcla asfáltica se realizaron trabajos de compactación en frió y a diferentes temperaturas para observar el comportamiento del mismo. En cuanto a las briquetas de prueba se realizaron a diferentes temperaturas así: 66
  68. 68. Tabla 21. Resultados de ensayos sobre briquetas de asfalto natural compactadas a diferentes temperaturas Temperatura Densidad Bulk (ºC) (g/cm3) Vacíos (%) Estabilidad (Kg) Flujo Estabilidad (1/10 mm) remanente (%) 15,0 0 60,0 1.834,0 21,9 150,0 46,6 90,0 120,0 1.952,0 2.066,0 16,8 12,0 375,0 740,0 39,8 34,7 51,5 150,0 2.101,0 10,5 1.059,0 33,0 37,1 Fuente: El autor A temperatura ambiente las briquetas no tienen ninguna cohesión y se deforman con su propio peso, se empiezan a generar resultados cuando la temperatura de calentamiento del material se sube a los 60ºC. Las variables densidad y estabilidad aumentan, como se indica en la tabla, mientras que el porcentaje de vacíos disminuye al igual que el flujo, haciéndose más rígida la mezcla, la estabilidad remanente medida sobre las probetas elaboradas con mezcla a 120 y 150 ºC disminuye. Las experiencias de pavimentación con el material son bastante buenas, teniendo presente las mediciones realizadas, ECOPETROL, pavimento varios kilómetros en las zonas de influencia de la empresa en la Dorada, con resultados bastante buenos. 67
  69. 69. 4. METODOLOGÍA DE APLICACIÓN DE LOS ASFALTOS NATURALES Para generar parámetros de uso de los diversos materiales en la construcción de estructuras de pavimento seguiremos con la sub división planteada desde el inicio del documento, tres grupos; Crudos pesados, asfaltitas sólidas y asfaltos naturales. Es de vital importancia que se tenga en cuenta que el empleo de las mezclas fabricadas con estos materiales, en su mayoría, son aplicables a vías de bajos y medios niveles de tránsito y en algunas etapas de la construcción de vías de altos niveles de tránsito. 4.1 Elementos básicos Para los fines evaluados en este documento la aplicación específica del material está dirigida a las vías secundarias y terciarias, especialmente en lo que hace referencia a áreas rurales donde es necesario un costo moderado en materiales y una buena disposición de los mismos, no sin ello sacrificar las propiedades de la construcción resultante en calidad y duración. El único material no convencional que se aplica a vías primarias es la asfaltita sólida como veremos más adelante. De otra parte y en lo posible estos materiales deben ser colocados con la menor cantidad de maquinaria especializada, mezclas en obra y en frío, aún cuando algunos requieren cierto grado de procesamiento su aplicación redunda en mejores resultados y menores costos de construcción. 68
  70. 70. Al querer emplear cualquier tipo material, en especial mezclas naturales o asfaltitas sólidas debemos realizar procedimientos de ensayo sobre los materiales de las fuentes, es decir la entidad, alcaldía, municipio o junta comunitaria debe asegurar que el material de la fuente tenga las propiedades adecuadas para su empleo o buscar emplearlo de la manera más apropiada posible y eso solo se consigue con la realización de unos ensayos de laboratorio. 4.2 Crudos pesados Como se pudo ver en los apartes anteriores, los crudos pesados al ser destilados generan asfaltos similares a los convencionalmente empleados en pavimentación, debido a lo cual, los métodos de diseño y resultados son análogos a los materiales convencionales. Al emplear los crudos de manera directa se deben tener en cuenta algunas observaciones, entre las cuales tenemos: 4.2.1 Métodos de diseño Los métodos de diseño están enmarcados dentro de los márgenes de los asfaltos líquidos, con la diferencia que la naturaleza de los solventes, que es la que nos genera inconvenientes, debe ser adecuadamente manejada. La dosificación de mezclas se basa en el cálculo de la superficie específica como es el caso del método de Duriez, los métodos Marshall para asfaltos líquidos y el Hubbard Field. Las mezclas asfálticas encontradas mediante estos procedimientos dependen de la calidad de los agregados, del procedimiento de trabajo y de las condiciones de servicio para las cuales se construya. 69
  71. 71. 4.2.2 Procedimiento de uso Es recomendable emplear este tipo de materiales en climas cálidos, secos, topografía regular, tráficos moderados a bajos y equipo convencional. Este tipo de material se aplica en mezclas de rodadura; para bermas; revestimientos en cunetas y bermas; vías peatonales, ciclo rutas y canchas deportivas; para estabilización de suelos y afirmados y para riegos de imprimación, liga y protección. Por la cantidad de solventes volátiles la seguridad en el manejo esta determinada por la temperatura de llama, que como vimos va de 60ºC para el Crudo de Castilla, hasta 150ºC para el Crudo de Cedrales, de igual forma Rubiales tiene una temperatura de llama de 90ºC, La Gloria de 98ºC y Vendeyaco 160ºC .En lo que respecta a los parámetros de los materiales en cuanto a normas de ensayo, gradaciones y demás, tenemos: Tabla 22. Parámetros en materiales granulares. Ensayo Norma Tolerancia Equivalente de arena INV E 133 Mínimo 50% Durabilidad o Solidez INV E 220 Máximo 12% Desgaste en la máquina de los Ángeles INV E 218/219 Máximo 35% Adherencia Stripping INV E 737 Mínimo 95% Coeficiente de Pulimento acelerado INV E 232 Mínimo 0.45 Índices de aplanamiento y Alargamiento INV E 230 Máximo 30% Partículas fracturadas INV E 227 Mínimo 75% Materia orgánica No debe tener Fuente: Tomado de estudios y archivos sobre normalización de crudos y asfaltos naturales de CORASFALTOS – SENA – ECOPETROL ICP – MINA SAN PEDRO – TEXPAR ENERGY INC. –INVIAS – MPI. Bucaramanga 2004. 70
  72. 72. Granulometrías Tabla 23. Parámetros en granulometría según mezcla. Espesor de capa cm 4-6 <4 MDF – 1 Porcentaje que pasa >6 MDF – 2 MDF – 3 Normal Alterno 37.5 mm 1 ½” 100 - - 25.0 mm 1” 80 – 95 100 - 19.0 mm ¾” - 80 – 95 100 12.5 mm ½” 62 – 77 - 80 – 95 9.5 mm 3/8” 60 – 75 - 4.75 mm No. 4 45 – 60 47 – 62 50 – 65 2.36 mm No. 8 35 – 50 35 – 50 35 – 50 300 nm No. 50 13 – 23 13 – 23 13 – 23 75 nm No. 200 3–8 3–8 3–8 Fuente: Tomado de estudios y archivos sobre normalización de crudos y asfaltos naturales de CORASFALTOS – SENA – ECOPETROL ICP – MINA SAN PEDRO – TEXPAR ENERGY INC. –INVIAS – MPI. Bucaramanga 2004. 4.2.3 Proceso constructivo El mezclado se realiza mediante motoniveladora, el crudo se adiciona con la ayuda de un carro tanque irrigador. Se pueden emplear, igualmente, un rastrillo agrícola si no existe la motoniveladora. El aspecto de la mezcla ha de ser homogéneo, los agregados deben estar completamente cubiertos por el cemento asfáltico. De la misma forma se debe evitar el desarrollo de acumulaciones de material, grumos y que la mezcla muestre una buena manejabilidad. 71
  73. 73. Es preciso que en los lugares de almacenamiento, los materiales deben estar completamente protegidos de la humedad. El procedimiento de extendido se hace mediante equipos convencionales; motoniveladora, reglas metálicas o de madera y palas. El sitio debe estar completamente seco. En el proceso de compactación las capas se densifican de los bordes hacia adentro y en las curvas con peralte del borde inferior hacia arriba. Este procedimiento requiere el uso de equipos de compactación convencionales; compactador de ruedas, liso, vibratorio, su acción debe ser alternativa; con vibración y sin vibración. Los tramos de prueba nos dan los parámetros para realizar este trabajo. Los datos que se muestran a continuación se extractaron de experiencias de laboratorio de la Universidad del Cauca sobre aplicación de Crudos de petróleo en diseño de mezclas para pavimentación. Tabla 24. Temperaturas de mezcla y compactación de algunos crudos. TEMPERATURAS MANEJO Castilla La Gloria Cedral Rubiales MEZCLA (° C) 75-81 126-130 74-78 39-43 COMPACTACIÓN (° C) 65-69 118-121 66-70 32-35 Fuente: Universidad del Cauca. Aplicación de Crudos de petróleo en diseño de mezclas para pavimentación 2000. 72
  74. 74. 4.3 Asfaltitas Las rocas asfálticas o asfaltitas duras, modifican el concreto asfáltico incrementando los valores de estabilidad y disminuyendo el flujo de las mezclas a las que se les incorpora el material se deben emplear en pequeñas cantidades y mediante el uso de rejuvenecedores dado que se le está adicionando a la mezcla un porcentaje de asfaltenos que de una u otra forma es un material bituminoso envejecido, sin rastros de aceites o resinas en su constitución. Aun cuando es preciso aclarar que el hallazgo de una fuente de material de esta naturaleza sería de gran beneficio para cualquier zona de nuestro país ya que la aplicación industrial de las asfaltitas duras es universal. Durante los estudios realizados en el Laboratorio se logro verificar algunos comportamientos termodinámicos conseguidos con el material, como por ejemplo al adicionarle asfaltita al Crudo de Castilla su punto de Inflamación y combustión aumentaban en más de cincuenta grados centígrados, de la misma forma sucede con los cementos asfálticos convencionales, esta propiedad es utilizada para aplicaciones que se extiende a: Aditivo en explotaciones petroleras Elaboración de pinturas y barnices especiales Elaboración de tintas y tinturas Aditivo, junto al carbón, en arenas de moldeo metalúrgico En elaboración de explosivos 73
  75. 75. En electricidad, equipos de abrasión, baterías, materiales termoplásticos y en vías. 4.3.1 Métodos de diseño No existe un método especial ya que la asfaltita se considera como un aditivo que puede ser incorporado tanto al cemento asfáltico como a los agregados minerales, con lo cual no es necesario variar los métodos convencionales para el diseño de las mezclas. 4.3.2 Procedimientos de uso El rango de agregación del material va del 2% al 8%, aún cuando se requiere profundizar el estudio de este aditivo ya que en la construcción de tramo de prueba para la rehabilitación de la carretera Puerta del Hierro Magangue y en la Concesión Buga – Tulúa en el año 2000, se presentaron inconvenientes en la planta dado que el cemento asfáltico empleado en esa oportunidad requirió de una mayor temperatura para ser manejado dentro de la planta. Es claro que al poder clarificar el comportamiento termodinámico de las asfaltitas y su relación con la reología de los asfaltos podremos, a futuro, conocer hasta que punto el material nos da muchas mayores ventajas que las que conocemos hoy en día. El uso adecuado de la asfaltita genera: Estabilidades Marshall apreciablemente mayores, que generan mayor capacidad de soporte y pavimentos más durables. 74
  76. 76. Mejores características de adherencia asfalto – agregado, dando mejores respuestas al ataque ambiental, especialmente del agua. Menores susceptibilidades térmicas con lo cual amplia la confianza en la variabilidad climática. 4.3.3 Procedimiento constructivo En el laboratorio pudimos encontrar que la asfaltita sólida puede ser adicionada tanto a los agregados como al propio cemento asfáltico, pero debido a los inconvenientes generados al ser adicionada al bitumen, es mejor agregarla como parte del material granular, aun cuando no actúa de la misma forma también genera grandes beneficios. El material es un poco más exigente en cuanto al empleo, ya que nos debemos apoyar en los resultados de los diseños, de los ensayos de laboratorio y tramos de prueba para conseguir los mejores resultados. De lo anterior los procedimientos constructivos no varían si se tiene en cuenta que es preciso, para plantas convencionales o trabajos en frío, adicionar la asfaltita como uno mas de los agregados minerales. 4.4 Asfaltos naturales El siguiente es el procedimiento para el empleo de un asfalto natural tipo Norcacia, pesca, Caquetá y otros en los cuales el crudo está combinado con agregados, materia orgánica y agua. 75
  77. 77. 4.4.1 Métodos de diseño Mediante el ensayo de Inmersión Compresión podemos determinar los porcentajes óptimos de ligante, empleando el procedimiento descrito en la Norma INV E-738, con un juego mínimo de seis briquetas elaboradas con mezclas asfálticas, con porcentajes de ligante que se incrementan de uno en uno en valor porcentual. Este procedimiento debe garantizar valores de resistencia y comportamiento mecánico que debe están dentro de los procedimientos de las normas de inmersión compresión y del diseño Marshall. Tabla 25. Procedimientos de diseño en asfaltos naturales. ENSAYO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN Parámetro Unidad Valores Mínimos Resistencia Seca (Rs) Kg/cm2 15 20 Resistencia húmeda (Rh) Kg/cm2 10 15 % 66 75 Proyección TPD Años 10 10 No. De vehículos No. < 700 > 700 Resistencia conservada (Rc) DISEÑO MARSHALL Parámetro Unidad Valores Mínimos Golpes por cara No. 75 75 Estabilidad Kg 600 600 Vacíos con aire % 4 a 8 4 a 8 mm 2 a 4 2 a 4 Flujo Fuente: El autor 76
  78. 78. 4.4.2 Procedimientos de uso Para el uso de un asfalto natural en particular deben realizasen los ensayos previstos en los parámetros anteriormente enumerados, que prevean una caracterización de materiales granulares y cemento asfáltico En el proceso de transporte, explotación y almacenamiento debe estar previsto que algunos de estos materiales deben someterse a un proceso previo de curado en el cual, en especial, el agua debe dejarse evaporar en un periodo entre quince y treinta días, según sea el porcentaje de humedad del material. Se debe tener en cuenta que este material puede presentar segregación por lo que su transporte y almacenamiento debe tener en cuenta estas circunstancias. Usualmente se pueden emplear aditivos para mejorar condiciones de adherencia o cualquier otra característica física o química cuidando siempre estar dentro de los parámetros de construcción. Se ha observado que la modificación de estos materiales puede ser posible, pero en caso de agregar mayor cantidad de bitumen o agregados los resultados atenúan las bondades del material puro, los tramos de prueba para la aplicación del material son muy importantes sabiendo que la mezcla es sensible a la adición de materiales convencionales sin el uso de mejoradotes. 77
  79. 79. 4.4.3 Procedimiento constructivo El mezclado del material puede realizarse con la ayuda de un mezclador mecánico tipo motoniveladora, en caso de adicionarse otros materiales, esta adición se hará en este proceso y el bitumen, si es el caso, mediante carro tanque irrigador. Se pueden emplear, igualmente, un rastrillo agrícola si no existe la motoniveladora. El porcentaje máximo de humedad es el 3%, como vimos en los capítulos anteriores, en especial si se requiere el empleo de otro bitumen. En todo caso debemos buscar una mezcla homogénea, en especial cuando se han adicionado agregados, los cuales deben estar completamente cubiertos por el cemento asfáltico. De la misma forma se debe evitar el desarrollo de acumulaciones de material, grumos y que la mezcla muestre una buena manejabilidad. Es preciso que en los lugares de almacenamiento, los materiales deben estar completamente protegidos de la humedad. El procedimiento de extendido se hace mediante equipos convencionales; motoniveladora, reglas metálicas o de madera y palas. El sitio debe estar completamente seco. 78
  80. 80. El proceso de compactación es muy importante, sus capas se compactan de los bordes hacia adentro y en las curvas con peralte del borde inferior hacia arriba. Este procedimiento requiere el uso de equipos de compactación convencionales; compactador de ruedas, liso, vibratorio, su acción debe ser alternativa; con vibración y sin vibración. Los tramos de prueba nos dan los parámetros para realizar este trabajo. El objetivo de la compactación es alcanzar el 95% de la densidad Marshall. 79
  81. 81. 5. ASPECTOS ECONÓMICOS Y SOCIALES Es evidente que al emplear materiales regionales con bajos costos de producción, transporte e instalación estos indicadores mejoran de manera ostensible, más si se tiene en cuenta que tanto volúmenes de transporte como de construcción son absolutamente considerables en la construcción, rehabilitación o mantenimiento de una vía. Veamos a continuación algunos de los elementos respecto de la parte económica - financiera y social de los proyectos que involucren el uso de los materiales estudiados. 5.1 Evaluación financiera Teniendo en cuenta, como primera medida, que para mejorar una carretera se requiere la inversión de grandes cantidades de recursos y en segundo lugar con el nivel de tránsito tan escaso que se presenta en la gran mayoría de vías de segundo y tercer orden; los indicadores financieros de relación beneficio / costo y tasa interna de retorno son absolutamente adversos para la inversión en infraestructura de este tipo. En este orden de ideas la relación beneficio costo siempre será mayor a 1 y los valores de la TIR supremamente altos y de esta forma la distribución de las inversiones para mejoramiento de la red vial tendrá un ámbito de 80
  82. 82. aplicación mucho mayor si se compara con inversiones parciales mediante el empleo de los materiales convencionales. Un claro ejemplo de este tipo es la evaluación financiera realizada por CORASFALTOS, en las experiencias tenidas en varios municipios colombianos en los que se opto por pavimentar con asfaltos naturales, en la tabla que se muestra a continuación se comparan las razones financieras sociales TIR y relación beneficio costo en proyectos en los que se empleó material no convencional como alternativa de construcción vial. Tabla 26. Indicadores financieros generados en el uso de materiales no convencionales. Proyecto viales con materiales regionales TIR BENEFICIO/COS TO San Agustín 275 6,7 Municipio de pesca 600 7,6 Armero 70 3,5 Fuente: El autor 5.2 Evaluación económica Como primera mediada cualquiera que sea la intervención en una carretera secundaria o terciaria redunda en mejores posibilidades de desarrollo para las comunidades pertenecientes a la región, el ahorro en costos de operación vehicular, se revierte en mayores utilidades en la producción y comercialización de sus productos y el conjunto de la suma de los valores agregados de beneficios incrementa el producto interno sectorial de la región mejorando la distribución del ingreso y brindado un mayor bienestar. 81
  83. 83. Al mejorar el ingreso de los habitantes de las regiones apartadas de los centros industriales y comerciales, es decir de las ciudades capitales y los puertos, posibilitan al campesino para mejorar sus condiciones de vida habilitándolo para permitirse la compra de bienes que no puede tener en condiciones de marginalidad, o en otras palabras se extiende la posibilidad de consumo con lo cual se genera mejora en las condiciones económicas de la región, fuentes de empleo, inversión, diversificación de los bienes y desarrollo. 5.2 Evaluación social Teniendo en cuenta el impacto económico sobre los habitantes es claro que la redistribución del ingreso y el valor de las metas deseables aumenta, impactando de manera positiva el conjunto total de la comunidad. De esta forma se incrementa una rentabilidad desde el punto de vista de los objetivos de desarrollo del estado. 82
  84. 84. 6. APLICACIÓN MATERIALES MARGINALES EN VÍAS DEL DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA Y META En este capitulo se plasma la aplicación de procesos constructivos, materiales y métodos de diseño expuestos en las diferentes fases de la presente investigación. 6.1 Carretera Girardot – Cambao Realizado mediante el Contrato SOP -V-238-2007, de la Secretaría de Obras Públicas de la Gobernación de Cundinamarca, los datos del contrato son los siguientes: Inversión: $3.272.500.000.oo. Contratista: Suárez y Silva Ltda. Plazo: 8 meses Objeto: ESTUDIOS, DISEÑOS, CONSTRUCCIÓN, MEJORAMIENTO, REHABILITACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DE LA RED VIAL DE TRONCALES Y RED COLECTORA A CARGO DEL DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA (TRONCAL DEL MAGDALENA, SECTOR GIRARDOT – CAMBAO, DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA). REHABILITACIÓN APROXIMADA DE 6 KMS. 83
  85. 85. Figura 11. Mapa del localización Vía Girardot – Cambao Fuente: El autor La estructura del pavimento existente, se sometió al proceso de reciclaje y el diseño determinó una capa de 0.30 m de sub base granular, constituido por material virgen en un 60% y 40% de material reciclado, 0.25 m de asfalto natural de la Mina de San Pedro, como base granular y 0.08 m de concreto asfáltico tipo MDC-2. El registro fotográfico muestra el aspecto del material en sus diferentes fases, así: 84
  86. 86. Figura 12. Conformación del material y adecuación de las obras de drenaje Fuente: El autor Figura 13. Asfalto natural antes y después de ser conformado y compactado Fuente: El autor 85
  87. 87. Figura 14. Aspecto del asfalto natural suelto. Fuente: El autor Figura 15. Corte de la estructura del pavimento Girardot - Cambao. Fuente: El autor 86
  88. 88. Figura 16. Base granular de asfalto natural expuesta. Fuente: El autor En esta foto se puede ver la base granular descubierta y la carpeta 6.2 Carretera el crucero – Alto de Navajas Esta Vía está localizada a 12 kilómetros del Municipio de Puerto López en el Departamento del Meta, sobre la Carretera que va de Puerto López a Puerto Gaitán. 87
  89. 89. Figura 17. Mapa El Crucero – Alto Navajas, Departamento del Meta. Fuente: El Autor Contrato de la Administración Municipal de Puerto López con dineros de la Gobernación del Meta para las vías de tercer orden del Departamento. Valor contrato de interventoría: $6.136.189.800.oo Contratista. Maquiconstrucciones Ltda. Representante legal: Marcos José Mafioly Cantillo Plazo: 4.5 meses Longitud: 14.5 Km. Objeto: EL MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CRUCE RUTA 40 (EL CRUCERO) – ESCUELA ALTO NAVAJAS, CON UNA LONGITUD DE 14.7 KM, MEDIANTE LA CONSTRUCCIÓN DE UNA BASE ESTABILIZADA CON CRUDO DE CASTILLA EN EL MUNICIPIO DE PUERTO LÓPEZ - META. 88

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