Tomografía computarizada con rayos-x y sistema de imágenes de agregados (AIMS) para el estudio de mezclas asfálticas y agregados

X-ray computed tomography and aggregate image system (AIMS) for studying hot mix asphalt and aggregates

La caracterización de las propiedades de los materiales empleados en ingeniería de pavimentos es fundamental para garantizar diseños confiables, estructuras durables y planes de mantenimiento y rehabilitación efectivos. Este artículo describe dos técnicas no destructivas basadas en la toma y procesamiento de imágenes que han sido exitosamente empleadas para caracterizar materiales de pavimentos: 1) tomografía computarizada con rayos-X, y 2) Sistema de Imágenes de Agregados. La primera técnica permite caracterizar la estructura interna de mezclas asfálticas con el fin de analizar y modelar su desempeño. En particular, esta técnica ha permitido estudiar el contenido, tamaño, distribución y conectividad de los vacíos y la relación de estas variables con la susceptibilidad al deterioro por la presencia de humedad, la capilaridad y la permeabilidad de las mezclas. El Sistema de Imágenes de Agregados fue desarrollado para caracterizar las propiedades morfológicas de los agregados (i.e., forma, angularidad y textura), técnica que proporciona importantes ventajas con respecto a los ensayos estándar ya que las mediciones son objetivas, de rápida ejecución, repetibles y reproducibles. El objetivo de este documento es describir los aspectos teóricos básicos y algunas aplicaciones recientes de estas técnicas que representan nuevas herramientas para mejorar los procesos de caracterización de los materiales empleados en ingeniería de pavimentos.

Introducción

Un pavimento es una estructura de múltiples capas, diseñado para soportar los esfuerzos y deformaciones que se generan por el paso repetido de vehículos y por las condiciones climáticas del lugar donde se encuentra construido (Papagiannakis y Masad, 2008). La principal dificultad en el diseño y análisis de estas estructuras es que se encuentran sometidas a cargas dinámicas de difícil caracterización y a condiciones climáticas cambiantes que alteran las propiedades mecánicas, químicas y termodinámicas de los materiales que las componen.

Los materiales que se emplean en estructuras de pavimento incluyen, principalmente:

- Materiales granulares (i.e., agregados) no estabilizados o estabilizados mediante adición de cenizas volantes, cemento, cal, etcétera,

- Mezclas asfálticas compuestas por la combinación de agregados y asfalto, y

- Concreto hidráulico, conformado básicamente por agregados y cemento Portland.

La caracterización de estos materiales es fundamental para el diseño y construcción de estructuras confiables y durables. El proceso de caracterización de materiales abarca la determinación de sus propiedades físicas, químicas, mecánicas e hidráulicas, así como también la evaluación de su durabilidad y funcionalidad. Algunos de los resultados esperados de este proceso incluyen la cuantificación de: 1) permeabilidad, 2) módulo de rigidez, 3) resistencia a la fractura por la aplicación de carga repetida (i.e., fatiga en materiales ligados), 4) resistencia a la deformación permanente (i.e., flujo o ahuellamiento en materiales viscoelásticos, viscoelastoplásticos o elastoplásticos), 5) resistencia a la fractura por cambios extremos de temperatura (i.e., agrietamiento a bajas temperaturas en materiales viscoelásticos), 6) resistencia al daño por humedad, y 7) características físicas y morfológicas de las partículas granulares, entre otros.