El concreto asfáltico visto bajo el microscopio

Por Gloria Inés Beltrán Calvo y Nydia romero Buitrago

 La durabilidad y el desempeño de capas de rodadura de pavimentos en concreto asfáltico dependen de múltiples factores. Aunque el control de calidad convencional evalúa la respuesta mecánica (capacidad portante y deformabilidad), hay características que no son debidamente estudiadas (composición química y mineralógica de los agregados pétreos; estructura interna del concreto asfáltico). 
 Para complementar la evaluación de concretos asfálticos utilizados para pavimentación vial, se implementan técnicas poco convencionales en la ingeniería civil como los análisis petrográficos, mineralógicos y químicos. En este libro se exponen los aspectos más relevantes relacionados con elaboración de muestras, análisis de microscopía óptica y electrónica, espectroscopía y análisis de imágenes digitales.  
 Esta guía metodológica para caracterizar mineralógicamente los agregados pétreos y la estructura interna de concretos asfálticos, mediante la identificación de rasgos micro y macroestructurales que pueden incidir en su desempeño, aborda el potencial de aplicación de las técnicas de microscopía y espectroscopía para evaluar y controlar la calidad de concretos asfálticos, complementando las prácticas rutinarias de producción y construcción, e incluso la vida útil del pavimento . 

• Idioma: Español
• Editorial: Universidad Nacional de Colombia
• Fecha de lanzamiento: 27 dic 2022
• ISBN: 9789587949377

Vista previa del libro

©Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola

©Vicerrectoría de Investigación

Editorial Universidad Nacional de Colombia

©Gloria Inés Beltrán Calvo

Nydia Romero Buitrago

Primera edición, 2022

ISBN 978-958-794-936-0 (papel)

ISBN 978-958-794-937-7 (digital)

Colección Ingenio Propio - 160 años

Serie Investigación

Facultad de Ingeniería

Edición

Editorial Universidad Nacional de Colombia

[e-mail]

www.editorial.unal.edu.co

Coordinadora editorial: Dayán Viviana Cuesta Pinzón

Correctora de estilo: Marcela Garzón Gualteros

Diseño de la colección: Ángela Pilone Herrera

Diagramación: Olga Lucía Cardozo Herreño

Salvo cuando se especifica lo contrario, las figuras y tablas del presente volumen son propiedad del autor.

Bogotá, D. C., Colombia, 2022

Prohibida la reproducción total o parcial por cualquier medio sin la autorización escrita del titular de los derechos patrimoniales.

Catalogación en la publicación Universidad Nacional de Colombia

Beltrán Calvo, Gloria Inés, 1965-

El concreto asfáltico visto bajo el microscopio / Gloria Inés Beltrán Calvo, Nydia Romero Buitrago. -- Primera edición. -- Bogotá : Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola; Vicerrectoría de Investigación. Editorial Universidad Nacional de Colombia, 2022.

1 CD-ROM (154, páginas) : ilustraciones (principalmente a color)

diagramas, figuras fotografías. -- (Colección Ingenio Propio. Serie Notas de Clase)

Incluye referencias bibliográficas e índice temático

ISBN 978-958-794-937-7 (epub)

1. Hormigón asfáltico -- Análisis 2. Petrología 3. Pavimentos de asfalto 4. Microscopía 5. Espectroscopia de fluorescencia 6. Espectroscopia de rayos X 7. Imágenes fotográficas -- Análisis I. Romero Buitrago, Nydia, 1981- II. Título III. Serie

CDD-23     625.85 / 2022

Diseño epub:

Hipertexto – Netizen Digital Solutions

A Juan Carlos Daniela y Juan Esteban, cómplices amorosos en esta aventura

GLORIA INÉS BELTRÁN CALVO

Dedico este libro a Dios, a ti Padre que estás en el cielo y a mi esposo

NYDIA ROMERO BUITRAGO

CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS

INTRODUCCIÓN

1. F UNDAMENTOS SOBRE CONCRETOS ASFÁLTICOS

1.1 Materiales constitutivos

1.1.1 Ligante asfáltico

1.1.2 Agregados pétreos

1.2 Mezcla asfáltica

1.3 Concreto asfáltico

1.4 Estructura interna de los concretos asfálticos

2. F UNDAMENTOS SOBRE PETROGRAFÍA

2.1 Propósito general de la petrografía

2.2 Niveles de análisis

2.3 Marco normativo

2.4 Técnicas de análisis

2.4.1 Microscopía óptica

2.4.2 Microscopía electrónica de barrido ( MEB ) y microanálisis por espectroscopía de dispersión de energía de rayos X ( EDX )

2.4.3 Espectroscopía de fluorescencia de rayos X ( FRX )

3. G UÍA METODOLÓGICA PARA ANÁLISIS MICRO Y MACROSCÓPICOS

3.1 Preparación de muestras petrográficas de concreto asfáltico

3.1.1 Fragmentación de briquetas

3.1.2 Aplicación y fijación del acrílico

3.1.3 Proceso de pulido

3.1.4 Colocación de portaobjetos y cubreobjetos

3.1.5 Recubrimiento o metalización de muestras para análisis con el microscopio electrónico de barrido ( MEB )

3.1.6 Rotulación y almacenamiento

3.2 Análisis petrográfico a nivel macroscópico

3.3 Análisis petrográfico a nivel microscópico

3.3.1 Toma de imágenes digitales

3.4 Rasgos identificables en análisis petrográficos

3.4.1 Aspectos observables en los agregados pétreos

3.4.2 Aspectos observables sobre el mastic

3.4.3 Aspectos observables sobre los vacíos

3.4.4 Aspectos globales observables del concreto asfáltico

3.5 Muestreo y análisis por espectroscopía de fluorescencia de rayos X ( FRX )

4. R ASGOS MACRO Y MICROESTRUCTURALES IDENTIFICADOS

4.1 Aspectos preliminares sobre el muestreo

4.2 Características identificadas en los agregados

4.2.1 Forma de las partículas

4.2.2 Tamaño de las partículas

4.2.3 Textura

4.2.4 Composición

4.2.5 Fisuras, grietas y fracturas

4.2.6 Alteración

4.3 Características identificadas en el mastic

4.4 Características identificadas en los vacíos

4.4.1 Distribución dentro del concreto asfáltico

4.4.2 Tamaño y forma

4.5 Características globales identificadas en el concreto asfáltico

4.5.1 Distribución de componentes

4.5.2 Interacción asfalto-agregados

5. S ÍNTESIS ANALÍTICA Y PERSPECTIVAS DE INVESTIGACIÓN

5.1 Síntesis del análisis petrográfico

5.1.1 Sobre el muestreo petrográfico de concretos asfálticos

5.1.2 Con respecto a los análisis de imágenes

5.1.3 Acerca de la composición de los agregados pétreos

5.1.4 Con respecto a la forma de los agregados pétreos

5.1.5 Sobre la distribución granulométrica de los agregados en el concreto

5.1.6 En cuanto al efecto de la compactación por impacto en laboratorio

5.1.7 Con respecto a la interacción asfalto-agregado

5.1.8 Sobre la homogeneidad del concreto asfáltico

5.1.9 Con respecto a los vacíos en el concreto asfáltico

5.1.10 Comentario sobre la metodología desarrollada

5.2 Oportunidades de investigaciones futuras

BIBLIOGRAFÍA

NOTA AL PIE

AUTORAS

ÍNDICE TEMÁTICO

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1.1. Composición del concreto asfáltico

FIGURA 1.2. Agregados pétreos y ligante bituminoso

FIGURA 1.3. Aspecto general de una mezcla asfáltica

FIGURA 1.4. Muestras de concreto asfáltico

FIGURA 1.5. Distribución homogénea de componentes en el concreto asfáltico

FIGURA 2.1. Estereomicroscopio para examen visual y macroscópico

FIGURA 2.2. Muestras petrográficas en secciones delgadas

FIGURA 2.3. Microscopio óptico

FIGURA 2.4. Paso de la luz a través de una sección delgada

FIGURA 2.5. Secciones delgadas vistas con nicoles paralelos y con nicoles cruzados

FIGURA 2.6. Microscopio electrónico de barrido

FIGURA 2.7. Espectrómetro de fluorescencia de rayos X

FIGURA 3.1. Muestras de concreto asfáltico en bloque y en núcleo

FIGURA 3.2. Esquema de fragmentación de muestras

FIGURA 3.3. Proceso de corte de briquetas

FIGURA 3.4. Defectos por corte de briquetas

FIGURA 3.5. Impregnación de muestras con acrílico

FIGURA 3.6. Proceso de secado al aire

FIGURA 3.7. Fotomicrografías de defectos por esfuerzos de tensión en la resina

FIGURA 3.8. Defectos de aplicación del acrílico

FIGURA 3.9. Pulido de la superficie

FIGURA 3.10. Rayones en la resina

FIGURA 3.11. Fotomicrografías de los defectos de pulido

FIGURA 3.12. Fotomicrografías de una sección con burbujas de aire

FIGURA 3.13. Almacenamiento de las secciones delgadas

FIGURA 3.14. Bloque pulido con una grilla superpuesta para análisis cuantitativos

FIGURA 3.15. Metodología del conteo de puntos en secciones delgadas

FIGURA 3.16. Esquema de toma de imágenes sobre los bloques pulidos

FIGURA 3.17. Tipos de contacto mastic-agregado

FIGURA 3.18. Resumen de rasgos observables bajo el microscopio

FIGURA 3.19. Preparación de muestras para espectroscopía de fluorescencia de rayos X

FIGURA 3.20. Colocación de muestra en el espectroscoscopio de fluorescencia de rayos X

FIGURA 4.1. Algunas formas de partículas según esfericidad y redondez

FIGURA 4.2. Rotura de partículas alargadas durante compactación

FIGURA 4.3. Fotomicrografías de texturas cristalinas en agregados de origen ígneo

FIGURA 4.4. Fotomicrografías de texturas clásticas en agregados de origen sedimentario

FIGURA 4.5. Rugosidad superficial apreciable en los bloques pulidos

FIGURA 4.6. Fotomicrografías detallando la porosidad visible en partículas de arenisca

FIGURA 4.7. Fotomicrografías de composición mineralógica de agregados sedimentarios

FIGURA 4.8. Fotomicrografías detallando la composición mineralógica de agregados de origen ígneo

FIGURA 4.9. Fotomicrografías con la composición mineralógica de agregados de origen metamórfico

FIGURA 4.10. Fotomicrografias detallando la composición de los agregados en el concreto

FIGURA 4.11. Gráficas del porcentaje de concentración de óxidos obtenidos de los agregados con el análisis de espectroscopía de fluorescencia de rayos X ( FRX )

FIGURA 4.12. Fotomicrografías detallando microgrietas en agregados

FIGURA 4.13. Fisuras y grietas de media a alta severidad

FIGURA 4.14. Fisuras y grietas de baja severidad

FIGURA 4.15. Medición de grietas y fisuras en los agregados

FIGURA 4.16. Fotomicrografías mostrando microfisuras finas en agregado de origen ígneo

FIGURA 4.17. Fotomicrografías de microfisuras finas en agregado de origen metamórfico

FIGURA 4.18. Fotomicrografías detallando las microfisuras anchas e irregulares

FIGURA 4.19. Fotomicrografías detallando las microfisuras intergranulares en agregados

FIGURA 4.20. Fotomicrografías de la caracterización de las microfisuras según su orientación

FIGURA 4.21. Fotomicrografías mostrando algunas orientaciones especiales de las fisuras

FIGURA 4.22. Fotomicrografías detallando las microfisuras según densidad e interconexión

FIGURA 4.23. Fotomicrografías detallando la fisuración en algunos cristales de plagioclasa

FIGURA 4.24. Fotomicrografías detallando la alteración en andesitas basálticas

FIGURA 4.25. Análisis con MEB y EDX en zonas de alteración de andesita basáltica

FIGURA 4.26. Fotomicrografías detallando la textura indiferenciada y cristalítica del mastic

FIGURA 4.27. Fotomicrografías detallando las texturas moteada e impregnativa en el mastic

FIGURA 4.28. Distribución a nivel macro de vacíos en el concreto

FIGURA 4.29. Fotomicrografías detallando la distribución a nivel microscópico de los vacíos en el concreto

FIGURA 4.30. Fotomicrografías detallando la relación vacío-mastic-agregado

FIGURA 4.31. Fotomicrografías detallando vacíos pequeños y medianos identificados en el concreto

FIGURA 4.32. Fotomicrografías de vacíos grandes y gigantes identificados en el concreto

FIGURA 4.33. Distribución homogénea de los componentes

FIGURA 4.34. Distribución homogénea de los componentes en campo visual

FIGURA 4.35. Segregación de componentes del concreto asfáltico

FIGURA 4.36. Capa de asfalto absorbido por agregados sedimentarios

FIGURA 4.37. Capa de asfalto absorbido por agregados de origen ígneo

FIGURA 4.38. Tipos de contacto agregado-bitumen

FIGURA 4.39. Fotomicrografías de los contactos en agregados sedimentarios

FIGURA 4.40. Fotomicrografías detallando el asfalto intergranular en cristales de cuarzo

FIGURA 4.41. Análisis con MEB y EDX de comprobación de asfalto intergranular

FIGURA 4.42. Fotomicrografías de contactos en agregados de origen ígneo

FIGURA 4.43. Fotomicrografías de problemas de adherencia en agregados ígneos y metamórficos

LISTA DE TABLAS

TABLA 1.1. Escala granulométrica SUCS

TABLA 1.2. Deterioros