Evaluación de la influencia de la temperatura de compactación en las propiedades físicas, químicas y mecánicas de una Asfaltita del Capricho del Guaviare

Abstract

La asfaltita es una mezcla natural que se da entre granos gruesos de arena provenientes de arenisca, impregnadas con bitumen destilado naturalmente y llevado a superficie por metamorfismo. Hoy en día en el departamento del Guaviare (Colombia) es utilizada por la comunidad local como material de construcción para vías de bajos volúmenes de tráfico, por lo que es estudiada como una alternativa económica y eficiente a las mezclas asfálticas tradicionales y que se adapta al contexto de la región.

Como este material tradicionalmente se ha utilizado empíricamente, esta investigación se enfoca en la evaluación de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de una Asfaltita del departamento del Guaviare. El uso de estos materiales en otros países ha demostrado su beneficio, y por lo tanto es necesario estudiarlos.

Con el fin de evaluar por separado la parte granular y bituminosa de las asfaltitas, esta fue sometida a un ensayo de extracción cuantitativa con centrifuga, con el cual se pudo determinar el contenido de asfalto aproximado (11.9%).

La fracción granular fue caracterizada a partir de una inspección petrográfica, granulometría, fluorescencia y difracción de rayos X; estas dos últimas con el fin de determinar la composición química del material granular. La inspección petrográfica permitió observar la alta presencia de minerales de cuarzo con formas desde angulosas hasta redondeadas, consistente con los tamaños predominantes de arena media y fina determinados en la granulometría. Producto de la granulometría ejecutada se determinó que el material presente en la asfaltita equivale a una arena mal gradada (SP) (Clasificación USCS) o una arena fina (A-3) (Clasificación AASHTO). Los ensayos químicos permitieron evidenciar el alto contenido de óxido de sílice (SiO2) y aluminio (Al2O3), característicos en minerales de cuarzo.

La fracción bituminosa fue caracterizada a partir de los ensayos de penetración, punto de ablandamiento y ductilidad, con resultados de 47.9/10 mm, 49.4 °C y 82 cm, respectivamente; lo cual permitió evidenciar que el bitumen presente en la asfaltita no es clasificable dentro de las especificaciones presentadas en el artículo 410-13 del INVIAS. Así mismo, se estudió la influencia de la temperatura en la reología del asfalto a partir de ensayos de penetración y viscosidad dinámica. Se construyó la curva reológica determinando la viscosidad dinámica con el viscosímetro rotacional Brookfield, a temperaturas entre 60°C y 170°C, en donde se logró concluir que la temperatura adecuada de compactación de este material es 143±2 °C.

Para evaluar el comportamiento mecánico y volumétrico de la asfaltita compactada, se fabricaron briquetas a 100°C, 143°C y 155°C en compactador giratorio, en donde se evidencio que a una temperatura de 143°C el material alcanza el menor porcentaje de vacíos de aire (14%). Los ensayos mecánicos ejecutados a la asfaltita compactada permitieron determinar un comportamiento aceptable en términos de estabilidad, flujo y susceptibilidad al agua a bajos volúmenes de tránsito. (Texto tomado de la fuente)

Asphaltite is a natural mixture that occurs between coarse grains of sand from sandstone, impregnated with bitumen distilled naturally and brought to the surface by metamorphism. Today in the department of Guaviare (Colombia) it is used by the local community as a construction material for roads with low traffic volumes, so it is studied as an economical and efficient alternative to traditional asphalt mixtures and it is adapted to the context of the region.

As this material has traditionally been used empirically, this research focuses on the evaluation of the physical, chemical and mechanical properties of an asphaltite from the department of Guaviare. The use of these materials in other countries has demonstrated their benefit, and therefore it is necessary to study them.

In order to evaluate separately the granular course and bituminous part of the asphaltites, this was subjected to a quantitative extraction test with centrifuge, with which it was possible to determine the approximate asphalt content (11.9%).

The granular fraction was characterized by petrographic inspection, granulometry, X-ray fluorescence and diffraction, the latter two to determine the chemical composition of the granular material. The petrographic inspection allowed observing the high presence of quartz minerals with shapes from angular to rounded, consistent with the predominant sizes of medium and fine sand determined in the granulometry. As a result of the granulometry, it was determined that the material present in the asphaltite is equivalent to a poorly graded sand (SP) (USCS Classification) or a fine sand (A-3) (AASHTO Classification). Chemical tests evidenced the high content of silica oxide (SiO2) and aluminum (Al2O3), characteristic of quartz minerals.

The bituminous fraction was characterized based on penetration, softening point and ductility tests, with results of 47.9/10 mm, 49.4 °C and 82 cm, respectively, which showed that the bitumen present in the asphaltite is not classifiable within the construction specifications presented in article 410-13 of INVIAS. Likewise, the influence of temperature on asphalt rheology was studied based on penetration and dynamic viscosity tests. The rheological curve was constructed by determining the dynamic viscosity with the Brookfield rotational viscometer, at temperatures between 60°C and 170°C, where it was concluded that the adequate compaction temperature for this material is 143±2 °C.

To evaluate the mechanical and volumetric behavior of the compacted asphaltite, briquettes were manufactured at 100°C, 143°C and 155°C in a rotary compactor, where it was found that at a temperature of 143°C the material reaches the lowest percentage of air voids (14%). The mechanical tests performed on the compacted asphaltite showed acceptable behavior in terms of stability, flow and susceptibility to water at low traffic volumes.