Algunas Consideraciones Generales Sobre La Susceptibilidad De La Mezcla Asfaltica Por Efecto De Los...

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ALGUNAS CONSIDERACIONES SOBRE EL INDICE DE PENETRACIÓN DE LOS ASFALTOS DE ECOPETROL Fecha: Mayo 2008

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INTRODUCCIÓN En el País como en gran parte de los países del mundo, se utilizamos los pavimentos con concretos asfáltico. Estos concretos o mezclas asfálticas son elaborados con asfaltos obtenidos por la Estatal ECOPETROL (en Colombia), quien tiene, en rigor, el monopolio de la distribución de los llamados asfaltos de refinería. Esto quiere decir que un amplio grupo de la red nacional de carreteras, así como de la red terciaria y carreteras particulares están construidas con un elemento principal, el asfalto, el cual es controlado técnicamente, en su fabricación, por ECOPETROL, situación desventajosa y que se evidencia en el funcionamiento y operatividad de las vías, esencialmente de las capas de rodadura. Estas capas, casi a nivel nacional, presentan problemas recurrentes y críticos como ahullamientos, exudación, daños estructurales y funcionales que dificultan la operación vehicular e incrementan los costos de operación, además de disminuir la vida útil del pavimento, generando con ellos costos adicionales a mediado plazo por efecto de los mantenimientos y reparaciones prematuras. Por lo tanto, vale la pena puntualizar sobre el tema de los asfaltos como un factor de garantía de la vida útil de una obra de pavimentación asfáltica. Aquí se hace un análisis somero de las características de los cementos asfálticos producidos por ECOPETROL, en base a unos registros estadísticos de despacho a la empresa G&M Construcciones S.A., y en donde se trata del comportamiento reológico de los asfalto y la incidencia de las altas temperaturas sobre un parámetro básico de resistencia como es el modulo dinámico.

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ESPECIFICACION INVIAS La especificación INVIAS versión 1996 y sus versiones posteriores, establece como requerimiento de los asfaltos las condiciones de la tabla 400.3, la cual se transcribe a continuación.

Tabla 1 Tabla 400.3 - Especificaciones del cemento asfáltico

CARACTERÍSTICA

NORMA DE ENSAYO INV

60-70

80-100

mín máx mín máx

Penetración (25oC, 100 g, 5 s) 0.1 mm E-706 60 70 80 100

Índice de penetración - E-724 -1 +1 -1 +1

Viscosidad absoluta (60° C) P E-716 1500 1000

Ductilidad (25 oC, 5 cm/min) cm E-702 100 - 100 -

Solubilidad en tricloroetileno % E-713 99 - 99 -

Contenido de agua % E-704 - 0.2 - 0.2

Punto de ignición mediante copa abierta de Cleveland

°C

E-709

230

-

230

-

Pérdida por calentamiento en película delgada (163oc, 5 h)

%

E-721

-

1.0

-

1.0

Penetración del residuo luego de la perdida por calentamiento, en % de la penetración original

%

E-706

52

-

48

-

Fuente: Especificaciones generales de construcción INVIAS -02

En esta tabla se muestra que el Índice de Penetración (IP) de los asfaltos debe tener un valor entre -1 y +1. Esto con la finalidad de establecer un rango en el cual los asfaltos se comporte en forma adecuada a las temperaturas de servicios.

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REGISTRO DESPACHO DE ASFALTO DE ECOPETROL. En la tabla No. 2 se muestra un registro histórico de asfaltos despachados de las refinería de ECOPETROL en Barrancabermeja y Apiay, así como el comercializado por Shell S.A.

Tabla 2 Registros de Despacho de ECOPETROL

Fecha No. Pedido Índice de Penetración

Penetración (mm/10)

Punto de Ablandamiento (°C)

29/01/2008 202,186,083 -1.1 64 47.8 19/02/2008 202,196,725 -1.1 65 47.8 25/02/2008 202,199,128 -0.7 63 49.9 26/02/2008 202,199,647 -1.4 65 47 08/03/2008 202,205,189 -1.4 62 47.2 10/03/2008 202,206,090 -1.3 66 47.2 22/03/2008 202,211,647 -1.3 60 47.8 27/03/2008 202,213,982 -0.9 89 45.6 30/03/2008 202,215,606 -0.6 67 49.4 06/04/2008 202,219,200 -1 66 48.3 03/02/2008 202,188,766 -1.3 66 47.2 12/12/2007 202,162,499 -1.2 64 47.8 19/11/2007 202,150,551 -1.1 65 47.8 27/10/2007 202,139,397 -1.1 67 47.8 22/10/2007 202,137,067 -1.3 61 47.8 15/10/2007 202,133,240 -1.1 66 47.6 14/10/2007 202,132,822 -1.1 65 47.8 06/10/2007 202,129,207 -0.8 69 48.3 02/10/2007 202,127,324 -0.9 61 49.4 10/02/2007 9000131965 0.522 62 52.22 10/03/2008 202,206,090 -1.3 66 47.2 30/09/2007 202,125,988 -1 66 48.3 25/09/2007 202,123,588 -1 68 47.8 10/09/2007 202,116,856 -1 60 48.9 01/09/2007 202,112,514 -1.3 88 44.4 24/08/2007 202,108,582 -1.2 82 45.6 18/08/2007 202,105,883 -1.3 83 45 17/08/2007 202,105,428 -1 91 45.3 13/08/2007 202,103,396 -1.2 60 48.3 12/08/2007 202,102,680 -1.4 87 44.4 05/08/2007 202,099,603 -1 65 48.1 03/08/2007 202,098,560 -1 93 45 01/08/2007 202,097,674 -1.1 70 47.2

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Fecha No. Pedido Índice de Penetración

Penetración (mm/10)

Punto de Ablandamiento (°C)

31/07/2007 202,097,172 -1 65 48.3 24/07/2007 202,094,004 -1.2 64 47.8 23/07/2007 202,093,478 -1.1 63 48.3 23/07/2007 202,093,478 -1.1 63 48.3 18/07/2007 202,091,068 -1.1 67 47.8 15/07/2007 202,089,500 -1.1 97 44.4 17/07/2007 202,090,558 -1.1 64 48.1 12/07/2007 202,088,054 -1.3 66 47.2

03/07/207 202,083,555 -1 68 47.8 25/06/2007 202,079,780 -1.2 68 47.2 18/06/2007 202,076,027 -1.2 64 47.8 13/06/2007 202,073,583 -1 64 48.3 28/05/2007 202,065,699 -1.2 64 47.08 27/05/2007 202,064,966 -1.3 70 46.7 21/04/2007 202,047,264 -1.2 67 47.2 17/04/2007 202,045,166 -0.7 68 48.9 15/04/2007 202,044,272 -1.3 65 47.2 15/04/2007 202,044,438 -1.3 65 47.2 15/04/2007 202,044,438 -1.3 65 47.2 08/04/2007 202,040,704 -1.2 63 47.8 07/04/2007 202,040,143 -1.2 68 47

Promedio -1.09 68.52 47.50

Moda -1.10 65.00 47.80

Máximo 0.52 97.00 52.22

Mínimo -1.40 60.00 44.40

El Índice de Penetración debe ser determinado de acuerdo con las normas INVIAS con el ensayo codificado como E-726-07 y en el aparte 3.3 dice: Valores Limites e Interpretación de Resultados “3.3 Valores límites – Para interpretar el valor del Ip se tienen los siguientes límites: En función del IP, se pueden clasificar los cementos asfálticos, de forma general, en tres grupos: 1) IP >+1: Son cementos asfálticos con poca susceptibilidad a la temperatura, presentando cierta elasticidad y tixotropía. Se les denomina tipo gel o soplado, ya que la mayoría de los asfaltos oxidados pertenecen a este grupo. 2) IP <-1: Cementos asfálticos con mayor susceptibilidad a la temperatura; ricos en resinas y con comportamiento algo viscoso.

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3) IP entre +1 y -1: Características intermedias entre los dos anteriores; pertenecen a este grupo a mayoría de los cementos asfálticos que se utilizan en la construcción de carreteras.” El Índice de penetración (IP) mide, de alguna forma, la susceptibilidad del asfalto ante las variaciones de temperatura. Considerando que la susceptibilidad logarítmica de la penetración (A) y que la susceptibilidad térmica Ip se calcula con las ecuaciones E1 y E2, se muestra en la tabla No. 3 y en la figura 1 que a mayor susceptibilidad térmica (IP), para un mismo asfalto de penetración, se disminuye la t800 o punto de ablandamiento (reblandecimiento) del asfalto que es la temperatura a la que alcanza un determinado grado de fluidez (blando).

25

25log800log

tt

pA

pr −

−= E1

150

50020

+

−=

A

AI p E2

Tabla 3 Índice de penetración - Temperatura de reblandamiento

t800 p800 t25 p25 A Ip 47.2 800 25 64 0.0494 -1.36 48.2 800 25 64 0.0473 -1.08 49.2 800 25 64 0.0453 -0.82 50.2 800 25 64 0.0435 -0.56

Fuente: propia

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Figura 1 Índice de Penetración vs temperatura de ablandamiento.

Indice de penetracion vs temperatura ablandamiento

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

40 45 50 55 60 65 70 75

Temperatura ablandamiento

Ind

ice

de

pen

etra

cio

n

Fuente: propia

Otra consecuencia importante a considerar, con respecto a la susceptibilidad térmica de los asfaltos es la influencia que tiene esta para una misma mezcla, cuando la temperatura de la mezcla (Tmix) esta próximo a la temperatura de ablandamiento del asfalto (T800). En la tabla No. 4 se observa la variación del valor del modulo dinámico de una mezcla típica y un asfalto típico de los utilizados en los trabajos de la rehabilitación Bosconia – Fundación. Cuando la temperatura de operación de la vía se acerca a la temperatura de ablandamiento del asfalto (T800) el modulo dinámico de la mezcla asfáltica baja drásticamente, afectando con ello el comportamiento de la estructura y sometiéndola a esfuerzos por encima de los previstos en cualquier calculo estructural.

Tabla 4 Incidencia del aumento de temperatura en el modulo dinámico.

Modulo dinámico (kg/cm2) Tmix °C T800 °C ∆T °C Shell – Uge Shell - Heukelon

38 47.2 9.2 9000 7452 40 47.2 7.2 5500 3491 42 47.2 5.2 2800 1258 46 47.2 1.2 3100 1483 48 47.2 -0.8 2600 1124

Fuente: Propia

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En la tabla No. 5 se muestra temperaturas de la mezcla asfáltica medida por el personal de obra a diferentes horas del día.

Tabla 5 Registro de temperaturas

FECHA ABCISA LADO HORA TEMPERATURA

°C OBSERVACIONES Lunes, Abril 21, 2008 PR92+200 DER 1:29 p.m 54° Bajo Sombra

PR92+200 DER 04:40 p.m. 41° Bajo Sombra Martes, Abril 22, 2008 PR92+200 DER 07:25 a.m. 27.5° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR92+500 DER 1:36 p.m 52° Bajo Sombra

PR92+500 DER 4:45 p.m 40° Bajo Sombra Martes, Abril 22, 2008 PR92+500 DER 7:31 a.m 27.5° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR92+900 DER 1:44 p.m 52° Bajo Sombra

PR92+900 DER 4:50 p:m 38° Bajo Sombra Martes, Abril 22, 2008 PR92+900 DER 7:34 a:m 27.5° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR92+500 DER 1:50 p:m 50° Bajo Sombra

PR92+500 DER 4:55 p:m 37° Bajo Sombra Martes, Abril 22, 2008 PR92+500 DER 7.37a.m 27.5° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR2+000 DER 2.00 p.m 56° Interperie

PR92+000 DER 4.59 p.m 45° Interperie Martes, Abril 22, 2008 PR92+000 DER 7.40 a.m 30° Interperie Lunes, Abril 21, 2008 PR92+200 DER 2.08 p.m 60° Interperie




PR92+000 DER 5.17 p.m 44° Interperie Martes, Abril 22, 2008 PR92+000 DER 7.53 a.m 31° Interperie Lunes, Abril 21, 2008 PR92+180 DER 3.01 p.m 46° Bajo Sombra

PR92+180 DER 5.21 p.m 39° Bajo Sombra Martes, Abril 22, 2008 PR92+180 DER 7.56 a.m 29° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR92+510 DER 3.12 p.m 48° Interperie



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FECHA ABCISA LADO HORA TEMPERATURA

°C OBSERVACIONES PR91+400 DER 5.35 p.m 40° Bajo Sombra

Martes, Abril 22, 2008 PR91+400 DER 8.12 a.m 31° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR92+550 DER 3.30 p.m 52° Interperie


PR92+000 DER 5.49 pm 40° Bajo Sombra Martes, Abril 22, 2008 PR92+000 DER 8.21 a.m 31° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR91+500 DER 3.43 p.m 49° Bajo Sombra

PR91+500 DER 5.54 p.m 38° Bajo Sombra Martes, Abril 22, 2008 PR91+500 DER 8.23 a.m 30° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR92+000 DER 3.49 p.m 48° Bajo Sombra

PR92+000 DER 5.59 p.m 38° Bajo Sombra Martes, Abril 22, 2008 PR92+000 DER 8.27 a.m 30° Bajo Sombra Lunes, Abril 21, 2008 PR92+450 DER 3.54 p.m 48° Interperie

PR92+450 DER 6.00 p.m 38° Interperie Martes, Abril 22, 2008 PR92+450 DER 8.31 a.m 33° Interperie Fuente: personal Consorcio KGO

De la tabla No. 5 se obtiene una máxima de 60°C, una mínima de 27.5°C y una temperatura promedio de la mezcla compacta en vía de 41°C REGISTRO FOTOGRAFICO. En el presente registro fotográfico se muestra algunas deformaciones de la vía, que se interpretan como ocurridas por deficiencia en el comportamiento de la mezcla asfáltica, por efecto de asfaltos blandos o de mal desempeño bajo los efectos de cargas pesadas y/o altas temperaturas de servicios.

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Fotografía 1 Ahullamiento de 2” en el PR80+000

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Fotografía 2 Ahuellamientos longitudinal y transversal en PR80+100

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Fotografía 3 Ahuellamiento con doble onda en el carril de ascenso

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Fotografía 4Ahuellamiento de mas de 2” PR80+900

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Fotografía 5 Ahuellamiento longitudinal pronunciado

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Fotografía 6 Se observa onda de ahuellamiento de mas de 2”

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Fotografía 7 Deformación poco usual, tanto longitudinal como transversal mas abultamiento

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Fotografía 8 Deformacion del bache, se observa corrimiento de la mezcla.

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CONCLUSIONES La especificación INVIAS delimita el índice de penetración a un rango de –1.0 a +1.0, esto con la finalidad de mantener asfalto de baja susceptibilidad térmica y buen comportamiento con los cambios de temperatura. Como se muestra en el registro del presente documento, la Estatal ECOPETROL, es quien viola la especificación y con ello el contratista no podrá garantizar un mezcla de optimas condiciones y durabilidad, tal como se establece a lo largo de los pliegos de condiciones. El hecho de tener asfaltos con alta susceptibilidad térmica y valores de IP, inferiores a –1.0, hace que el punto de ablandamiento disminuya y que la respuesta estructural de los asfaltos a temperaturas de servicio, en el proyecto de Bucaramanga – San Alberto, se vea sustancialmente disminuida. El registro de temperaturas de servicio del pavimento medido por el personal del Consorcio KGO, muestras temperaturas por encima del punto de ablandamiento de los asfaltos despachados por ECOPETROL, situación que se evidencia con el registro fotográfico. En conclusión estimamos conveniente, para efecto de garantizar el buen comportamiento de la mezcla, utilizar asfaltos de mejor consistencia, susceptibilidad térmica y respuesta estructural, de los suministrados por ECOPETROL y en lo posible, en este caso particular, utilizar un esqueleto mineral que garantice mejores módulos y menor deformabilidad de la mezcla.

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