Caracterización de materiales, Universidad de los Andes:

Recientemente se ha llevado a cabo el estudio de una arena-asfalto natural de una mina ubicada en el Departamento de Caldas, para emplearla en carreteras. Para entrar en contexto, “Los asfaltos naturales reciben comúnmente los nombres

de Material Pétreo Impregnado con Asfalto (MAPI). En general este material es una combinación de agregados pétreos de diferentes tamaños (arenas o gravas) que se encuentran impregnados de ligante asfaltico que han sido destilado de forma natural” (CARO & CAICEDO, 2017).

En el país se calcula que hay alrededor de 26 minas de estos materiales, concentrados en su mayoría en los departamentos de Boyacá, Caldas, Cesar, Cundinamarca, Santander y Tolima, de las cuales 5 se encuentran en explotación. Sin embargo, tanto la cantidad y calidad de asfalto como los tamaños y propiedades de las partículas de los agregados pétreos cambian no sólo entre las diferentes minas existentes, sino también dentro de una misma en función de su ubicación (CARO & CAICEDO, 2017).

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Ilustración No. 2

Mapa de Colombia con los yacimientos de asfalto naturales en Colombia. Fuente: MAPIA una alternativa competitiva y ecológica en Carpetas Asfálticas, sept. 2011

Sin embargo, estos tipos de asfalto natural no representan una innovación en el país, puesto que estudios de este material se remontan desde el año 1928 donde el geólogo Emil Grosses realizó estudios preliminares sobre los yacimientos de asfaltos en la región de Boyacá. Y de manera intermitente, se realizaron los mismos estudios en otras regiones, por ejemplo, después de 40 años, en 1968, se logró la buena caracterización de un material MAPI en el departamento de Caquetá, empleándolo en la construcción de carreteras de esta región (CARO & CAICEDO. 2017).

Aunque los asfaltos naturales no representen innovación para la implementación de materiales constructivos en vías terciarias, la caracterización completa de este material en cada mina representaría un avance, y daría soluciones en los proyectos viales.

A nivel nacional, la caracterización de estos tipos de material no convencionales y la determinación de sus potencialidades, ha sido de gran interés a lo largo de las últimas dos décadas por varias universidades del país además de la Universidad de los Andes, como la Universidad del Cauca, la Universidad Militar Nueva Granada, la Universidad Industrial de Santander, La Escuela Colombiana de

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Ingeniería, la Universidad de Antioquia, la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia de Tunja (CARO & CAICEDO. 2017).

En el caso de la investigación reciente, en el que participó la Universidad de los Andes, en el Departamento de Caldas, se determinó que el asfalto natural se presenta en una mina que a día de hoy se conoce como la mina Izasa. La extracción del material en dicha mina, ha sido usada por más de 20 años en la conformación de estructuras de pavimento en vías secundarias o terciarias de la zona. Los parámetros requeridos para este material tipo MAPIA en el mejoramiento de las vías terciarias se obtuvieron en la década de 1990 (CARO & CAICEDO. 2017).

Ilustración No. 3

Material de MAPIA de la Mina Isaza en Norcasia, Caldas.

Fuente: Tecnologías para las vías terciarias: Perspectivas y experiencias desde la academia – Por: Silvia Caro y Bernardo Caicedo.

A partir del año 2011, se inició un estudio por parte de la Universidad de los Andes, a través del grupo GeoSI, con el fin de realizar una caracterización completa del material de MAPIA de la mina Izasa, cosa que no se había hecho antes. El estudio del material, contempló la cuantificación de las propiedades físicas, químicas, reológicas y mecánicas, por medio de ensayos básicos sobre los componentes del material y un plan experimental para ejecutar tanto ensayos estandarizados como no-estandarizados, dando origen a una nueva metodología para la determinación de propiedades reológicas y mecánicas (CARO & CAICEDO. 2017).

Los resultados más relevantes fueron (CARO & CAICEDO. 2017):

o Al haber tanta variabilidad en las 5 muestras que se tomaron y analizaron de la mina, se recomendó realizar procesos de mezclado del material antes de su empleo con el fin de homogenizar, ya que si no se hace esto, se pueden generar incertidumbres en cuanto a su desempeño a lo largo del tramo de la vía.

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o El material se altera con facilidad antes los cambios químicos, de modo que es conveniente cuantificar sus propiedades luego de ser sometidos a procesos que simulan su envejecimiento.

o Al someter el material a 90°C, el módulo de este (capacidad del material para soportar carga), aumenta un 150%. Permitiendo que soporte grandes esfuerzos en dicha zona donde se presentan elevadas temperaturas.

o El material se puede emplear para la conformación de capas superficiales en vías con bajos volúmenes de tráfico y en la fabricación de concreto asfaltico para vías con mayores exigencias de carga.

El asfalto natural ha sido empleado para la intervención de diferentes vías en Colombia como la vía Dorada – Norcasia y la vía La Esperanza – El Arbolito – Tabacal; donde se realiza el mantenimiento y mejoramiento de estructuras de contención de drenaje y de la estructura del pavimento con este material.

Ilustración No. 4.

Antes y Después de la vía La Dorada – Norcasia con material MAPIA.

Fuente: MAPIA una alternativa competitiva y ecológica en carpetas asfálticas, sept. 2011.

Ilustración No. 5.

Antes y Después de la vía La Esperanza – El Arbolito – Tabacal con material MAPIA. Fuente: Una alternativa competitiva y ecológica en carpetas asfálticas, sept. 2011.

En la siguiente imagen se ilustra la diferencia entre la intervención con material MAPIA y la intervención con el asfalto convencional en las diferentes vías del departamento de Caldas. En esta imagen se evidencia una disminución del valor

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del km que se tiene estandarizado en Colombia, pues alrededor de un kilómetro está costando entre los 1.000 y 1.200 millones de pesos; para la vía La Esperanza – El Arbolito – Tabacal el kilómetro fue pavimentado a 363 millones de pesos y para el tramo La Dorada – Norcasia el kilómetro fue pavimentado a 290 millones de pesos (ARISTA Ingniería, 2011). Se puede decir que una de las razones por las cuales el costo de estos tramos fue más económico es por el valor que representó el transporte de los materiales; en la mayoría de los casos, en un proyecto vial el costo de transporte de materiales representa el mayor porcentaje con respecto al total del presupuesto de dicho proyecto, y aún más cuando las intervenciones son en aquellas regiones alejadas de las cabeceras municipales y de las principales ciudades del país.

Al estar la mina con material MAPIA cercana a las vías a intervenir, el costo de los transportes de materiales tuvieron una disminución notable con respecto a aquellas vías donde se emplea el asfalto convencional, pues los materiales de estas se encuentran normalmente en las ciudades y estas a su vez están lejos de aquellas vías terciarias que se pretenden intervenir o mantener, de modo que la distancia para llevar el material de un punto a otro es lejana y requiere de más maquinaria lo que conlleva a mayores costos en el proyecto vial.

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Ilustración No. 6.

Intervención de vías en el Departamento de Caldas con materiales convencionales y con material tipo MAPIA.

Fuente: Una alternativa competitiva y ecológica en carpetas asfálticas, sept. 2011.

8.3.2. Estabilización de materiales para su uso en la construcción de vías –