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DISEÑO DE PAVIMENTOS V: CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO ASFÁLTICO

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MATERIALES UTILIZADOS
Fuente Imagen

  • Cemento Asfáltico de Colombia

El cemento asfáltico colombiano utilizado en este proyecto es de referencia 60-70, proviene de la Refinería de Barrancabermeja, y fue suministrado por la empresa IncoAsfaltos, cuya planta se encuentra localizada en el kilómetro tres vía Balsillas, en el municipio de Mosquera (Cundinamarca). Para el control de calidad ésta entidad realiza la caracterización del asfalto una vez llega a la planta y certifica las especificaciones conforme a la norma; ésta fue la ficha entregada por la entidad:
Figura 8. Reporte de resultados de los ensayos realizados al CA 60-70.
Fuente. Laboratorios IncoAsfaltos
Los datos necesarios para la investigación suministrados en esta tabla, fueron verificados a diferencia de la empresa IncoAsfaltos que utilizó la metodología ASTM, mediante la normatividad INVIAS, para corroborar así la veracidad y la precisión de los ensayos.
Para el desarrollo de la investigación, se utilizaron los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia; inicialmente se caracterizo y comparo el asfalto de Barrancabermeja 60-70 entregado en la planta, dando como resultado lo siguiente:
Tabla 1. Caracterización del Cemento AsfálticoCA 60-70
Ensayo
Método
Unidad
Rango                  (Mínimo-Máximo)
Resultado
Penetración
INV E 706-07
0,1 mm
60 -70
68,4
Punto de Ablandamiento
INV E 712-07
°C
48-58
45,3
Índice de Penetración
INV E 724-07
NA
-1 / +1
0,2
Gravedad Específica
INV E 707-07
g/cm3
-
0,994
Viscosidad a 60° C
INV E 717-07
Poises
1500 min
1546
Viscosidad a 80° C
INV E 717-07
Poises
-
170,21
Viscosidad a 100° C
INV E 717-07
Poises
-
26,92
Viscosidad a 120° C
INV E 717-07
Poises
-
7,02
Viscosidad a 140° C
INV E 717-07
Poises
-
2,38
Viscosidad a 160° C
INV E 717-07
Poises
-
1,01
Fuente: Presentación propia de los autores
Una vez realizada la caracterización del asfalto, se optó por tomar los resultados conseguidos en la Universidad Piloto de Colombia, por el grado de confiablidad en su realización, y porque de igual manera se cumplían los rangos especificados en la normatividad INVIAS
  • Cemento Asfáltico de Venezuela

El cemento asfáltico venezolano es dereferencia Boscán, obtenido de la refinación de crudo de un campo del mismo nombre. Este asfalto se produce en la Refinería Bajo Grande, situada al sur este de Maracaibo, donde se refinan asfaltos denominados A-40 y A-20 de acuerdo a la norma COVENIN.
La caracterización de éste asfalto se realizo de igual manera en los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia, usando la normatividad de INVIAS para su consecución, la ficha técnica y los resultados son los siguientes:
Tabla 2. Caracterización del Cemento Asfáltico A-20

Ensayo
Método
Unidad
Rango                  (Mínimo-Máximo)
Resultado
Penetración
INV E 706-07
0,1 mm
60 -70
65,3
Punto de Ablandamiento
INV E 712-07
°C
48-58
48,1
Índice de Penetración
INV E 724-07
NA
-1 / +1
0,4
Gravedad Específica
INV E 707-07
g/cm3
-
1,02
Viscosidad a 60° C
INV E 717-07
Poises
2000 min
3262,22
Viscosidad a 80° C
INV E 717-07
Poises
-
290,28
Viscosidad a 100° C
INV E 717-07
Poises
-
49,06
Viscosidad a 120° C
INV E 717-07
Poises
-
11,94
Viscosidad a 140° C
INV E 717-07
Poises
-
4,43
Viscosidad a 160° C
INV E 717-07
Poises
-
1,56
Fuente: Presentación propia de los autores
Una vez realizados los ensayos se contrasto los resultados con la normatividad colombiana, para verificar que estuvieran cumpliendo.
Los procedimientos, fotos y recomendaciones de los ensayos ejecutados a los cementos asfálticos 60-70 y A20 se encuentran citados en el Anexo B.
  • Agregados Pétreos

Los agregados pétreos fueron suministrados por la empresa Concrescol S.A. (Concretos Asfálticos de Colombia S.A.), provenientes del río Coello situado en el departamento del Tolima.
En la fase previa de la realización del proyecto se ensayaron dos tipos de agregados pétreos, para verificar su resistencia al desgaste mediante la máquina de los ángeles, ya que éste método da una idea de la resistencia a la abrasión y del comportamiento del material ante el desgaste; el primero fue agregado un grueso suministrado por I.C.M Ingenieros S.A, grava triturada de ½” de origen calizo, el porcentaje de desgaste dio muy superior al 25% exigido por la norma y por ende se rechazó. El segundo material fue proveniente del río Magdalena, derivados del Tolima, y registro después del ensayo un valor menor al anterior pero superior también al rango exigido, por ello se escogió el del rio Coello.
La caracterización del material granular grueso y fino, fue realizada en los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia, de acuerdo a la normatividad INVIAS, arrojando los siguientes datos:
Tabla 3. Caracterización del Agregado Pétreo
Ensayo
Norma
Resultado
Valor especificado INV Art. 453-07
Equivalente de arena
INV E-133-07
92%
50 % mín.
Resistencia al desgaste gradación B
INV E-218-07
23,70%
25 % máx.
Sanidad de los agregados
INV E-220-07
10,90%
18 % máx.
Gravedad específica Bulk del agregado fino
INV E-222-07
2.72g/cm³
NA
Gravedad específica Bulk sss del agregado fino
INV E-222-07
2.63g/cm³
NA
Gravedad específica aparente del agregado fino
INV E-222-07
2.58g/cm³
NA
Absorción del agregado fino
INV E-222-07
1.6 %
NA
Gravedad específica Bulk del agregado grueso
INV E-223-07
2.73 g/cm³
NA
Gravedad específica Bulk sss del agregado grueso
INV E-223-07
2.68g/cm³
NA
Gravedad específica aparente del agregado grueso
INV E-223-07
2.65 g/cm³
NA
Absorción del agregado grueso
INV E-223-07
1,01%
NA
Porcentaje de caras fracturadas (1 cara/ 2 caras)
INV E-227-07
85%
85 % / 70 %.
Índice de Aplanamiento
INV E-230-07
9%
30 % máx.
Índice de Alargamiento
INV E-230-07
6%
30 % máx.

Fuente: Presentación propia de los autores
Los resultados se constataron con la norma para verificar que cumplían las especificaciones en agregados finos y agregados gruesos.
El procedimiento de los ensayos, junto con las tablas de resultados de cada uno, se encuentra desarrollado en el Anexo A.

  • DISEÑO DE LA MEZCLA.


El diseño de la mezcla se realizó tomando como referencia el artículo 453-07, de las especificaciones INVIAS, que señala las consideraciones para una Mezcla Drenante, y describe una única granulometría de diseño referenciada como MD-1, con la aseveración que no se utilizó asfalto Tipo I y Tipo II modificado con polímeros como allí lo indica, por el contrario como objeto de la investigación se implementaron asfaltos convencionales de procedencia colombiana y venezolana, para evaluar su comportamiento frente al huso granulométrico escogido y a las condiciones específicas que se van estudiar a lo largo del proyecto, como alternativas de construcción y puesta en obra.
La especificación exige en cuanto a los agregados pétreos, que su naturaleza impida que al colocar una capa de material asfáltico, éste se desprende fácilmente por la acción del agua y del tránsito. Para referirse a la nomenclatura de agregados, se denominara al agregado grueso como la porción retenida en el tamiz de 4.75 mm (No.4), agregado fino el comprendido entre los tamices 4.74 mm y 75 μm (No. 4 y No. 200), y llenante mineral todo el que pase por el tamiz de 75 μm (No. 200). El material grueso procede de la trituración de roca o de grava, con fragmentos resistentes, limpios y durables y sin exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables; y el material fino está constituido por arena de trituración o una mezcla con arena natural, y es de superficie rugosa, dura, limpia y angular. Además es claro que no debe ser susceptible a ningún tipo de meteorización o alteración físico química bajo las condiciones más desfavorables de empleo.
Dentro del análisis de los resultados en el caso del ensayo de Equivalente, se busca determinar cuál es el contenido de  polvo fino nocivo, o material arcilloso, que posee el material; los resultados arrojan un valor del 90% mucho mayor  al  rango mínimo exigido en el articulo 453-07 de Invías del 50%; esto indica que es un material apto para trabajar con buen contenido de arena, y que no posee gran cantidad de finos nocivos que puedan inestabilizar la mezcla asfáltica.
Uno de los ensayos importantes para determinar si el material es apto o no es el ensayo de Resistencia al desgaste,los resultados mostraron que el agregado pétreo es un material con buena resistencia al desgaste por cargas abrasivas, presentando unas pérdidas del 23,7%. En el proceso de mezclado, compactación y puesta en servicio, el desgaste de los materiales juega un papel importante ya que aporta gran parte de la resistencia al desgaste y fracturación del agregado, y teniendo en cuenta que las mezclas drenantes trabajan con base al rozamiento interno es indispensable tener agregados de muy buena calidad y comportamiento frente a esta propiedad.
El ensayo de Sanidad, permite evaluar la resistencia a la disgregación que sufre el material fino y grueso ante la acción de las sales, para este caso dieron perdidas del 10.9%, dato que además de cumplir con la norma, da la hipótesis de ser un material resistente a la acción de agentes atmosféricos y a las condiciones climatológicas de la obra.
Los resultados de los ensayos de Gravedad específica y absorción de agregados no poseen alguna restricción frente a la normativa del artículo 453-07 de Invías; con estos datos se concluye que el material tanto fino como grueso posee una gravedad específica adecuada, con un porcentaje de absorción mayor en los finos.
El ensayo de Porcentaje de caras fracturadas se hace visualmente y se busca determinar la fracturación en las diferentes caras que posee el agregado grueso. El material extraído del rio Coello presenta un total de caras fracturadas del 85%, cumple con la especificación y se considera un material apto para trabajar, debido a que por su fracturación mejora las propiedades de resistencia, si la mezcla trabaja por fricción como es el caso de las mezcla drenantes.
Los resultados del ensayo de Índice de aplanamiento y de alargamiento se presentan dentro de los rangos de la norma; el material utilizado presento un aplanamiento del 9%, y un alargamiento del 6%, porcentajes relativamente bajos que dejan ver un agregado con poca presencia de piedras planas y largas, que de alguna manera puedan limitar las propiedades de la mezcla asfáltica debido a su poca resistencia al fricción y al desgaste; de esta manera se concluye como un material de buen comportamiento y buena resistencia en obra.
La franja granulométrica usada para la siguiente investigación, de acuerdo la dosificación de una mezcla drenante es la siguiente:
Tabla 4. Franja granulométrica para mezcla drenante.
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
NORMAL
ALTERNO
MD-1
19.0 mm
3/4”
100
12.5 mm
1/2”
70-100
9.5 mm
3/8”
50-75
4.75 mm
No.4
15-32
2.00 mm
No.10
9-20
425 μm
No.40
5-12
75 μm
No.200
3-7
Fuente: Artículo 453-07. Mezcla Drenante, Especificaciones INVÍAS.
Con base en esta franja granulométrica se inició el proceso de dosificación de agregado grueso, fino y llenante mineral, para la realización de los especímenes mediante los ensayos de cántabro y tracción indirecta, escogiendo una granulometría que cumpliera con los rangos mínimos y máximos citados en la norma.
De esta manera y conforme a la especificación se optó por el siguiente diseño, para los ensayos de cántabro y Tracción Indirecta, ejes en la realización de este proyecto:
Tabla 5.  Huso Granulométrico para el diseño de la mezcla drenante.
TAMIZ
% PASA
TOLERANCIA ART 453-07  MD-1
Pulgadas
mm
3/4”
19
100
100
100
1/2”
12,5
85
70
100
3/8”
9,5
63
50
75
4
4,74
24
15
32
10
2
15
9
20
40
0,425
9
5
12
200
0,075
5
3
7

Fuente: Presentación propia de los autores
Con los porcentajes granulométricos ya escogidos, se representa a continuación la curva granulométrica de diseño:
Grafico 1. Análisis Granulométrico de la Mezcla.

Fuente: Presentación propia de los autores
Continuaremos en el siguiente articulo con los procedimientos para la instalación de las briquetas y el cemento asfáltico.

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