Técnicas de microscopía y petrografía para caracterizar materiales de carreteras

Gloria I. Beltrán C.

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Laboratory Testing

ABSTRACT: In order to evaluate the internal structure of asphalt concrete for road use, identifying structural features associated with its performance, petrographic techniques are addressed in this work, using optical and electron microscopes mainly. Asphalt concrete samples were made under controlled laboratory conditions with different bitumen contents and compaction levels, from which thin sections were prepared and polished blocks for observation and examination under the microscope; aggregates were analyzed previously with optical microscopy and X-ray fluorescence. As a result, important elements of materials and asphalt concrete were established : significant structural features, physical characterization, quality assessment,and chemical-mineralogical characterization of aggregates. From these analyses, it can be concluded about the wide potential of these techniques for evaluation and quality control during production of asphalt mixtures, construction processes and during service life on pavements.

RESUMEN: Con el propósito de abordar métodos que permitan complementar la evaluación de materiales y mezclas asfálticas, en esta investigación se recurre a la aplicación de técnicas petrográficas y mineralógicas para analizar concretos asfálticos compactados de preparados bajo condiciones controladas en laboratorio, con contenidos de asfalto diferentes; se elaboraron muestras en bloques pulidos y secciones delgadas, los cuales se analizaron por métodos de microscopia óptica y electrónica incluyendo toma y análisis de imágenes; los agregados pétreos se analizaron previamente con microscopía óptica y fluorescencia de rayos X. Como resultado, se obtuvo la caracterización química-mineralógica de agregados y la caracterización de mezclas asfálticas, desde el punto de vista de su estructura interna, rasgos estructurales identificables, propiedades físicas y de calidad. Los análisis realizados, permiten concluir acerca del gran potencial de aplicación de las técnicas mencionadas para la evaluación y control de calidad de mezclas asfálticas, en los procesos de producción, construcción y durante su vida útil en pavimentos. 1 INTRODUCCIÓN El comportamiento y desempeño de una mezcla asfáltica compactada, o concreto asfáltico, dependen en gran parte del arreglo estructural que logran los componentes, es decir agregados pétreos, asfalto y vacíos, dentro de la mezcla. Este arreglo se reporta comúnmente como la estructura interna y depende, entre otros factores, del método y nivel de compactación, la calidad y cantidad de asfalto, la temperatura, propiedades de los agregados como gradación, tipo, composición, forma y distribución, las cuales gobiernan las características de resistencia y la respuesta anisotrópica de la mezclas. En virtud de la gran cantidad de variables que intervienen, la evaluación del arreglo estructural del concreto asfáltico se torna compleja; las pruebas que se realizan de manera tradicional y rutinaria para el diseño o control de calidad, ignoran este aspecto y la mayoría de los modelos mecánicos utilizados, asumen que la mezcla asfáltica es un compuesto homogéneo e isotrópico. Surge entonces la necesidad de considerar metodologías para evaluar rasgos estructurales que tengan algún grado de incidencia en el desempeño de mezclas asfálticas, aplicables al medio colombiano. En este trabajo se explora la factibilidad de realizar análisis petrográficos sobre muestras de concretos asfálticos. Para esos fines, el Grupo de Investigación en Geotecnia de la Universidad Nacional -GIGUN, desarrolló el proyecto Análisis de la aplicación de técnicas de microscopia y de rayos X para el estudio de la estructura interna de mezclas asfálticasfinanciado por la División de Investigación de la Sede Bogotá. En el marco de este proyecto se evaluaron muestras producidas en laboratorio bajo condiciones controladas, con diferentes contenidos de asfalto y niveles de compactación; en los análisis se utilizaron equipos de microscopía óptica y electrónica, complementadas con Fluorescencia de rayos X para caracterizar agregados pétreos y mezclas asfálticas utilizados para proyectos viales en la ciudad de Bogotá. En este trabajo se presentan algunos de los resultados obtenidos en la investigación mencionada, en cuanto a caracterización física, mineralogía, de calidad y rasgos estructurales identificables en los concretos asfálticos. Para efectos de contextualización, inicialmente se presentan los investigaciones previas que han abordado la evaluación del arreglo estructural de concretos asfálticos. 2 INVESTIGACIONES PREVIAS Existen varios antecedentes de investigaciones a nivel mundial, donde se han efectuado intentos para evaluar la estructura interna de mezclas asfálticas, ya sea para efectos de caracterización o para establecer relaciones entre rasgos estructurales y comportamientos. La mayoría de estos trabajos utilizan herramientas desarrolladas para análisis de imágenes.

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