Ingenieria

Tecnología en caliente de asfaltos naturales, para pavimentación en vías de primer orden

David González Herrera

Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.

Carlos Jerónimo Segrera G.

Especialista en Ingeniería de vías terrestres

1.- RESUMEN

En la localidad de la Dorada en el departamento de Caldas, se ha venido empleando con éxito los asfaltos naturales de la mina ubicada en la vía a Norcasia, tanto para las obras de rehabilitación de la carretera Honda - Caño Ermitaño, como en la pavimentación de vías locales.

Este material que se lo conoce en la región como MAPIA (Material pétreo impregnado de asfalto) ha resultado ser una alternativa económicamente competitiva y técnicamente apta para su desempeño como material asfáltico en capas de base en la Troncal del Magdalena Medio, donde las condiciones de operación de la carretera exigen de muy buen comportamiento de los materiales.

Para fabricar las mezclas densas en caliente, el procedimiento empleado consiste en realizar en primer término un ajuste granulométrico al material, aportando la fracción gruesa necesaria, para posteriormente mediante un tratamiento térmico tanto a nivel de laboratorio, para diseño y control, como a nivel productivo, fabricar mezclas de muy buena calidad.

Los resultados del análisis convencional mediante el ensayo Marshall y la posterior comprobación de propiedades dinámicas, mediante la realización de pruebas de módulos dinámicos, pone en evidencia las buenas características de los productos asfálticos elaborados.

Dado que Colombia, es un país en el cual éste recurso natural es abundante, el presente documento muestra los resultados obtenidos, con el propósito de compartir estos avances, que de ser empleados de manera amplia ayudarán de forma efectiva a mejorar el estado de nuestra red de carreteras, tanto de primer orden como las de categoría inferior, con el consecuente beneficio para el país.

2.- ANTECEDENTES

De acuerdo con (2), “En Colombia se tienen noticias, desde hace mucho tiempo, sobre la utilización de asfaltos naturales en la construcción de pavimentos para carreteras y calles. En 1928, por encargo del gobierno nacional, el geólogo Emil Grosse realizó un estudio preliminar sobre los yacimientos de asfalto en la región central de Boyacá. En aquel entonces se explotó el asfalto con fines comerciales, aunque en forma muy rudimentaria. La explotación se hacía a tajo abierto o subterráneamente, mediante galerías o cruzadas, sistema que producía pérdidas hasta el 45%. En este estudio se encontraron porcentajes de asfaltos bajos y un comportamiento deficiente de los asfaltos en los pavimentos” en razón a la baja tecnología aplicada.

El mismo documento (2), menciona que “En el Departamento de Caldas, el hallazgo del asfalto natural se remonta a la época en la cual se construía la carretera Dorada – Sonson. Por la década de los 60’s se extrajeron areniscas asfálticas de los cortes para mejorar la vía de acceso de una finca perteneciente a un particular, obteniéndose resultados deficientes debido al desconocimiento sobre el adecuado manejo del material. En 1983 el antiguo Ministerio de Obras Públicas y Transporte visitó la zona con el fin de conocer el afloramiento ubicado en el kilómetro 28 de la vía Dorada – Norcasia. Después este asfalto natural se utilizó para mejorar los accesos viales del proyecto hidroeléctrico Miel I”

El Material Pétreo Impregnado de Asfalto, MAPIA, es un recurso natural disponible, que se ha ido formando por destilación natural de crudo de petróleo en las capas geológicas inferiores originado por las acciones volcánicas.

El texto de referencia (2), clasifica el asfalto natural por su contenido de asfalto, como un asfalto natural de bajo contenido de bitumen, en razón a que su contenido fluctúa entre (10% y 15%).

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En la actualidad, y dados los buenos resultados preliminares se ha desarrollado una tecnología en caliente para emplear de forma masiva este material, con altas propiedades mecánicas y de durabilidad el cual se ha empleado en la repavimentación de un tramo de la troncal del Magdalena medio y en vías importantes de la localidad de La Dorada. También existen experiencias positivas en su empleo por tecnología en frío.

Este recurso natural es abundante en Colombia, donde se hallan documentadas experiencias positivas con minas ubicadas en los departamentos de Tolima, Caquetá, Cesar, Boyacá y Santander, en las cuales se aprecia un incremento en la calidad tecnológica, que puede llevar a que su masiva y económica aplicación propicie un mejoramiento sostenible de la red vial urbana y rural. Es de observar, que las características propias de cada yacimiento de asfalto natural obliga a una particular forma tecnológica de aplicación, que debe realizarse con base en las exigencias técnicas específicas de los proyectos.

3.- UBICACIÓN GEOGRAFICA DE LA FUENTE DE M.A.P.I.A

“La mina de Material Pétreo Impregnado de Asfalto (M.A.P.I.A), se encuentra localizada en el Km. 28 de la carretera La Dorada – Norcasia, cerca de la población de Isaza, en el Departamento de Caldas. El material esta emplazado en el extremo sur del valle medio del río Magdalena, y esta asociado a la parte basal de la sucesión sedimentaria de edad terciaria denominada formación La Victoria, que comprende arenitas conglomeráticas y conglomerados arenosos”.(1)

La presentación del material en la mina, consiste en depósitos localizados a profundidades promedio de 7 m. del terreno natural, pudiendo encontrarse en algunos sitios muy superficialmente y dispuestos en terrazas definidas de explotación a cielo abierto. El proceso de explotación del material adecuado para la producción de mezcla asfáltica del tipo denso en caliente implica desechar las primeras capas del material explotado por contaminación con lentes de lutitas(1), que no superan el 10% del volumen total de la roca asfáltica, procedentes de hojas y maderas carbonizadas, de color verde amarillentas y gris, y de estratos superficiales, con materiales oxidados y endurecidos, no deseables, por bajos contenidos de asfalto, hasta encontrar la veta de asfalto no contaminada, y con un adecuado contenido del bitumen. El material una vez extraído se almacena en patios, que deben ser debidamente cubiertos, para proteger el material de la acción de la lluvias lo que además de su evaluación y caracterización, facilita el proceso de evaporación de materiales volátiles.

Es importante acotar aquí, que en el estudio elaborado por la Universidad de Caldas, de caracterización y evaluación de reservas del yacimiento de asfaltita en el sector de Isaza, municipio de Victoria concluyen “Las reservas probadas corresponden a 447.763 Metros cúbicos, las reservas probables a 537.498 metros cúbicos, y las Reservas posibles a 4’133.380 metros cúbicos”

4.- FORMAS DE APLICACION

El MAPIA puede ser utilizado de las siguientes maneras:

 Directamente como sale de la mina, como una arena asfalto, en parcheos de poco espesor y en general en actividades de mantenimiento en vías secundarias.

 Tecnología en frío mediante el aporte de áridos gruesos, con o sin impregnados de emulsión, siendo ésta necesaria cuando se fabrica un concreto asfáltico en frío, y sin impregnación para mantenimiento, construcciones, o reparaciones de vías de cualquier orden.

 En estabilizaciones de mezclas con RAP, o con granulares nuevos para capas de bases en pavimentos para altos volúmenes de transito.

 Fabricando concretos asfálticos en caliente, para bases asfálticas en vías de alto nivel de tránsito, o para capas de rodadura en vías de medio y bajo nivel de transito.

5.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL M.A.P.I.A

A) Composición química del asfalto contenido:

Según ensayos recientes efectuados por Corasfaltos del asfalto contenido en el M.A.P.I.A. se presenta la composición química (análisis SARA) obtenida para el asfalto extraído(9) :

Fracción Resultado (% peso)

Saturados 9.86

Aromáticos 29.71

Resinas 51.63

Asfáltenos 8.79

De acuerdo con el índice de solubilidad (Is), empleado por el Instituto Colombiano del petróleo, y que se define de la siguiente manera:

De acuerdo con los resultados de composición química obtenidos y el valor del Is = 8.88 el asfalto extraído es tipo sol-gel, siendo las categorías como siguen:

Is < 4 asfalto tipo gel

4< Is > 9 asfalto sol-gel

Is>9 asfalto sol

De acuerdo con lo anterior el asfalto contenido en el M.A.P.I.A. posee buenas características coloidales para su empleo en pavimentación.

Adicionalmente, estudios hechos en la Universidad Nacional de Manizales (2), indican que el material se clasifica además como un asfalto de buena susceptibilidad térmica correspondiendo a un asfalto de bajo contenido de parafina (tipo S).

B) Propiedades físicas del asfalto contenido :-

En muestreos realizados en el frente de explotación a diferentes profundidades, se obtuvieron valores de penetración a una temperatura de 25ºC fluctuando en el intervalo comprendido entre 40 y 190 décimas de milímetro, siendo el valor más

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