000156461

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LAS PROPIEDADES DE MEZCLAS
ASFÁLTICAS EN CALIENTE MEDIANTE TERMOGRAFÍA
Por:
Laura Coromoto Di Cristofaro Esposito
INFORME DE PASANTÍAS
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales
Sartenejas, Octubre de 2012

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
Por:
Realizado con la asesoría de:
Tutor Académico: Prof. Thierry Poirier.
Tutor Industrial: Ing. Natacha Vera.
INFORME DE PASANTÍAS
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales
Sartenejas, Octubre de 2012

viii
Realizado por
RESUMEN
La problemática que genera la disminución de la densidad y estabilidad en las mezclas
asfálticas en caliente después de colocadas y compactadas, a raíz de la pérdida de temperatura, ha
sido fundamento suficiente para la incorporación de la termografía infrarroja como una
herramienta muy útil en la detección de las segregaciones térmicas en dichas mezclas.
De esta manera se planteó la posibilidad de implementar una metodología de inspección por
termografía infrarroja en mezclas asfálticas en caliente, así como también un análisis riguroso de
los valores de emisividad correspondientes a “pavimento de asfalto” para identificar con
exactitud la temperatura en la superficie y asegurar la temperatura en el centro de la mezcla; en
función de la relación comparativa termómetro de contacto – cámara termográfica según lo que
indica la norma ISO 18434. Se realizó la correlación de los termogramas obtenidos con las
propiedades finales de la mezcla provenientes de los valores de densidad tomados con densímetro
nuclear y la extracción de núcleos (core-drill), mediante la medición sobre las zonas de
segregadas y las zonas homogéneas identificadas con la cámara termográfica.
Los resultados obtenidos indican que la emisividad para un “pavimento de asfalto” es de 0,89.
De igual manera, se confirmó que existe una relación lineal entre la disminución de la densidad
del pavimento en función de la disminución de la temperatura a la cual es colocada y compactada
la mezcla asfáltica estudiada, y que las áreas en las que los diferenciales de temperatura eran
mayores presentaban un aumento en el porcentaje de vacíos excediendo al diseño original en un
rango de 3,4% - 5,8%. Finalmente se obtuvo una correlación entre los termogramas y las
propiedades de la mezcla evaluada, permitiendo la elaboración de mapas de propiedades y de
factor de pago. Se asoma, de esta manera, la opción de un diagnóstico de factor de pago en el
mismo momento de la colocación de la mezcla asfáltica.

ix
DEDICATORIA
A Dios.
A mi madre Patricia Esposito, por estar siempre a mi lado, por guiarme y aconsejarme en cada
momento en que lo necesité. Por todo su apoyo y amor incondicional, por ser mi amiga. Te
Amo!.
A mi padre Pascual Di Cristofaro, por su apoyo y sus conocimientos brindados, por todo su
amor, cariño y especialmente por toda su paciencia en el transcurso de mi carrera y de la
elaboración de este trabajo, Te Amo!.
A mis hermanos Marco y Emanuel Di Cristofaro, por ser fuente de mi alegría, por quererme y
cuidarme. Los Amo.
A toda mi familia, por su atención, por quererme y por todos sus buenos deseos, los quiero
muchísimo.
A Suha Saad, mi gran amiga. Por su sólida amistad, por quererme y estar pendiente de mí
incluso a pesar de la distancia. Te quiero muchísimo!.
A Leandro Brito, por su constante apoyo y ayuda en la superación de cualquier adversidad.
Por sus consejos y motivación para seguir siempre adelante, por todos los conocimientos
brindados y por estar siempre a mi lado. Eres el novio más maravilloso del universo, Te Amo!!!.

x
AGRADECIMIENTOS
A Dios.
A mi querida Universidad Simón Bolívar, mi segundo hogar, por formarme como profesional y
darme las herramientas necesarias para ser mejor cada día.
Al Profesor Thierry Poirier por todas sus enseñanzas a lo largo de la carrera, por ser mi
inspiración y motivación en la búsqueda de la excelencia como profesional. Por toda su
paciencia, apoyo y consejos en la elaboración de este trabajo.
A la Ing. Natacha Vera por permitirme ser parte del equipo de trabajo, por su apoyo
incondicional, su paciencia, atención y ayuda en la elaboración de este proyecto. Gracias además
por la confianza depositada en mí en cuanto al manejo y cuidado de un equipo totalmente nuevo,
considerando la responsabilidad que esto requería. Gracias por hacerme sentir bien recibida y por
la amistad consolidada.
Al Ing. Simón Falcón por ser de gran ayuda en la coordinación y control de las obras de
colocación de mezclas asfálticas. Por ayudarme en la búsqueda de soluciones ante las
adversidades y limitaciones de este proyecto, por su paciencia, su tiempo y su amistad.
A todo el equipo de Fundalanavial, más que un ambiente de trabajo se convirtió en una gran
familia para mí. Gracias a la gerencia de operaciones y al grupo de metales, especialmente a
Nilka y Vianney, al personal de laboratorio y al personal obrero por su ayuda y receptividad, me
fue muy fácil adaptarme por su excelente trato y carisma, muchísimas gracias.
Al profesor José Pimentel por su tiempo y gran ayuda en la elaboración de este proyecto. Al
ingeniero Gustavo Corredor por su disposición para proporcionarme información importante para
el desarrollo del trabajo.
A todos mis compañeros de la USB que compartieron conmigo a lo largo de toda la carrera, a
los profesores con los que tuve el privilegio de ver clases y que me recuerdan con cariño, y
particularmente a Marla Rudas, por ser una excelente persona, consejera y amiga, muchas gracias
por tu apoyo y sinceridad. Te quiero muchísimo Marlita!.
A mi amiga y compañera de trabajo Andrea Contreras, la mejor pareja de laboratorio y de
proyectos que pude haber deseado, gracias por tu paciencia y obviamente por todo lo que me
enseñaste, eres una profesional ejemplar. Te quiero my best lab partner ever!!!.
A mis compañeros, amigos y hermanos de corazón, Alejandro Méndez y Omar Guillarte,
gracias por estar siempre conmigo, por hacer de la Universidad un lugar inolvidable entre risas,
bromas y alegrías, gracias por su confianza y por su cariño sincero. Los quiero muchísimo.

xi
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN......................................................................................................................... 1
OBJETIVOS .................................................................................................................................. 3
CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA................................................................. 4
1.1 Aspectos Generales...............................................................................................................4
1.2 Estructura Organizativa ........................................................................................................5
CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 6
2.1 Propiedades de las mezclas asfálticas en caliente.................................................................6
2.2 Actividades de producción, colocación y compactación de las MAC..................................9
2.2.1 Plantas productoras de asfalto ................................................................................ 9
2.2.2 Extendido y compactación de las mezclas asfálticas en caliente. ........................ 11
2.3 Factores que afectan la homogeneidad de una mezcla asfáltica en caliente.......................12
2.4 Fundamentos de la termografía infrarroja ..........................................................................14
2.4.1 Radiación Térmica................................................................................................ 15
2.4.2 La termografía infrarroja como técnica para el mantenimiento predictivo.......... 17
CAPÍTULO 3: DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE
TEMPERATURA........................................................................................................................ 27
3.1 Termómetro bimetálico de dial marca TEL-TRU, modelo GT100R. ................................27
3.2 Pirómetro Scotchtrak Heat Tracer serie 750C, marca 3M..................................................29
3.3 Cámara Termográfica FLUKE Ti27...................................................................................32

xii
CAPÍTULO 4: PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL........................................................ 37
4.1 Control y ajuste de la emisividad........................................................................................37
4.2 Influencia de la temperatura de compactación en las propiedades de las mezclas asfálticas
en caliente..................................................................................................................................39
4.3 Procedimiento para la inspección de las MAC con cámara termográfica ..........................48
CAPÍTULO 5: RESULTADOS Y DISCUSIONES.................................................................. 53
5.1 Ajuste de la emisividad.......................................................................................................53
5.2 Análisis de la influencia de la temperatura de compactación en las propiedades de las
mezclas asfálticas en caliente. ...................................................................................................59
5.3 Análisis termográfico en mezclas asfálticas en caliente.....................................................62
CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 77
RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 78
REFERENCIAS .......................................................................................................................... 79
ANEXOS ...................................................................................................................................... 84

xiii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3.1 Características de medición del pirómetro infrarrojo Scotchtrak Heat Tracer, marca
3M.[21]
............................................................................................................................................ 31
Tabla 3.2 Características de medición de temperatura de la cámara termográfica FLUKE Ti27.[26]
....................................................................................................................................................... 36
Tabla 3.3 Características del detector de la cámara termográfica FLUKE Ti27.[26]
................... 36
Tabla 5.1 Emisividades promedio estimadas experimentalmente, en función de la variación del
porcentaje de cemento asfáltico..................................................................................................... 54
Tabla 5.2 Valores referenciales de emisividad para el asfalto...................................................... 55
Tabla 5.3 Gradientes de temperatura obtenidos en función de la variación de la emisividad...... 56
Tabla 5.4 Valores experimentales obtenidos para la evaluación de la influencia de la temperatura
de compactación en las propiedades de las mezclas asfálticas en caliente. .................................. 59
Tabla 5.5 Parámetros ajustados en el aparato termográfico para la recopilación de imágenes de
las áreas afectadas en la obra de rehabilitación del I.A.I.M. ......................................................... 63
Tabla 5.6 Gradientes de densidad en función de la temperatura obtenidos de la medición con
densímetro nuclear en campo. ....................................................................................................... 68
Tabla 5.7 Valores experimentales de densidad y porcentaje de vacíos obtenidos a través de la
extracción de núcleos en puntos segregados de la mezcla. ........................................................... 69
Tabla 5.8 Valores experimentales de densidad y porcentaje de vacíos obtenidos a través de la
extracción de núcleos en puntos de temperatura ideal de compactación. ..................................... 70
Tabla 5.9 Parámetros empleados en la inspección por termografía infrarroja. ............................ 74

xiv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Estructura organizativa de La Fundación Laboratorio Nacional de Vialidad
(Fundalanavial)................................................................................................................................ 5
Figura 2.1 Esquema representativo de la disposición de los equipos en plantas mezcladoras de
asfalto tipo batch y continua.[6]
...................................................................................................... 10
Figura 2.2 Máquina extendedora de asfalto (finisher).[6]
............................................................. 12
Figura 2.3 (a) Carga incorrecta del camión, se observa la concentración de los áridos en la parte
delantera y trasera del camión. (b) Carga correcta del camión, se descarga la mezcla en diferentes
baches evitando la concentración de agregado gruesos en un punto.[8]
......................................... 13
Figura 2.4 Representación del espectro infrarrojo, sus regiones adyacentes y el rango infrarrojo
térmico utilizado para la captura de imágenes infrarrojas con cámaras de onda corta (SW), media
(MW) o larga (LW).[10]
.................................................................................................................. 15
Figura 2.5 Emisión de radiación por un cuerpo negro (uniforme) y por un cuerpo real o gris (no
uniforme).[11]
.................................................................................................................................. 16
Figura 2.6 Rangos de emisividad para diversos materiales.[11]
.................................................... 17
Figura 2.7 Inspección de puentes de concreto mediante termografía infrarroja. (a) Termograma,
la flecha en amarillo señala cabillas expuestas (b) Imagen visible. .............................................. 19
Figura 2.8 (a) Ajuste incorrecto del rango de temperaturas, (b) Ajuste correcto del rango de
temperaturas................................................................................................................................... 20
Figura 2.9 (a) Ajuste incorrecto de la emisividad, (b) Ajuste correcto de la emisividad............. 22
Figura 2.10 Modelo propuesto de sistema de transferencia de calor en un medio compuesto para
una mezcla asfáltica en caliente..................................................................................................... 24

xv
Figura 3.1 Termómetro bimetálico; se representan las láminas bimetálicas rectas y en forma de
espiral.[17]
....................................................................................................................................... 27
Figura 3.2 Especificaciones del equipo TEL- TRU modelo GT100R ......................................... 28
Figura 3.3 (a) Comparación de la temperatura entre termómetro patrón y experimental, (b)
Comprobación de la temperatura entre los cuatro termómetros.................................................... 29
Figura 3.4 Alcance de medición del Pirómetro Scotchtrak Heat Tracer serie 750C, marca 3M.[21]
....................................................................................................................................................... 30
Figura 3.5 Componentes del pirómetro infrarrojo Scotchtrak Heat Tracer, marca 3M. (a) Gatillo
para toma de temperatura, (b) Pantalla, (c) Controles para cambio de unidad de temperatura y
ajuste de luz. .................................................................................................................................. 31
Figura 3.6 Representación gráfica del FOV e IFOV.[24]
.............................................................. 34
Figura 3.7 Componentes de la cámara termográfica Fluke Ti27. (a) Tapa protectora para el
lente, (b) Lente, (c) Ranura de inserción de memoria SD, (d) Gatillo para captura de imágenes,
(e) Pantalla LCD, (f) Controles. .................................................................................................... 35
Figura 4.1 Mezclas asfálticas con variación en el %CA. ............................................................. 38
Figura 4.2 (a) Calentamiento de la mezcla en la mufla, (b) Medición con cámara termográfica en
caja para evitar problemas de reflexión......................................................................................... 38
Figura 4.3 (a) Calentamiento de la mezcla asfáltica sobre espátula, (b) Medición con cámara
termográfica en caja para evitar problemas de reflexión............................................................... 39
Figura 4.4 Determinación de la temperatura deseada antes de dar inicio a la compactación. ..... 41
Figura 4.5 Identificación de las briquetas después de la compactación....................................... 42

xvi
Figura 4.6 (a) Balanza hidrostática Adventurer-Pro, OHAUS 8100 (g), (b) cesta metálica
incorporada a la balanza para determinación del peso en agua de las briquetas........................... 42
Figura 4.7 (a) Prensa Humboldt MFG, Master Loader, (b) Mordaza......................................... 44
Figura 4.8 Extracción de vacíos con recipiente Rice. .................................................................. 45
Figura 4.9 Flujograma de procesos para la inspección por termografía infrarroja aplicada a las
mezclas asfálticas en caliente. ....................................................................................................... 50
Figura 4.10 Determinación de densidades con densímetro nuclear en tres puntos con rotación de
90º.................................................................................................................................................. 51
Figura 4.11 Las flechas señalan el procedimiento: (a) Corte con codrilera, (b) extracción del
núcleo con pinza............................................................................................................................ 52
Figura 5.1 Influencia en los agregados de la variación del %CA en la mezcla experimental. El
círculo señala el agregado completamente cubierto...................................................................... 53
Figura 5.2 Emisividad promedio estimada en función del porcentaje de cemento asfáltico. ...... 54
Figura 5.3 Diferencial de temperatura (ºC) en función de la emisividad..................................... 57
Figura 5.4 Temperatura de la cámara termográfica (ºC) con ε=0,89, en función de la temperatura
del pirómetro (ºC) (configuración del constructor ε=0,95). .......................................................... 58
Figura 5.5 Estabilidad (lbs) en función de la temperatura (ºC).................................................... 60
Figura 5.6 Flujo (lbs) en función de la temperatura de compactación (ºC).................................. 61
Figura 5.7 (a) Imagen visual, el círculo señala la zona segregada, no se muestran indicios de una
concentración importante de agregados gruesos en la misma (b) Imagen térmica. ...................... 64

xvii
Figura 5.8 (a) Imagen visual, el círculo señala la zona segregada, no se muestran indicios de una
concentración importante de agregados gruesos en la misma (b) Imagen térmica. ...................... 65
Figura 5.9 (a) Imagen visual, el círculo señala la zona segregada, (b) Imagen térmica............... 66
Figura 5.10 (a) Imagen visual, el círculo señala la zona segregada, (b) Imagen térmica............. 66
Figura 5.13 Diferencia de densidades (Kg/m3
) en función de la diferencia de temperaturas (ºC).
....................................................................................................................................................... 69
Figura 5.14 Porcentaje de densidad en función de la temperatura (ºC) cuando se aplique el
criterio de densidad Rice. .............................................................................................................. 71
Figura 5.15 Porcentaje de densidad en función de la temperatura (ºC) para core-drill cuando se
aplique el criterio de densidad Rice............................................................................................... 72
Figura 5.16 (a) Termograma de partida para elaboración de la distribución del porcentaje de
densidad y factor de pago, (b) Diagrama de contorno porcentaje de densidad............................. 72
Figura 5.17 Diagrama de contorno, factor de pago...................................................................... 73
Figura 5.18 Distribuidor Metropolitano. (a) Imagen visual, (b) Imagen térmica......................... 74
Figura 5.19 Playa Pintada. (a) Imagen visual, (b) Imagen térmica. ............................................. 75
Figura 5.20 Distribución de temperaturas obtenidas para cada termograma con el software de
análisis de imágenes. (a) Distribuidor Metropolitano, (b) Playa Pintada...................................... 75
Figura 5.21 Diagrama causa-efecto para identificación de posibles motivos precursores de
segregación térmica. ...................................................................................................................... 76

xviii
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
Abreviaturas
CA Cemento asfáltico
desv Desviación estándar
FOV Campo de visión, (Field Of View)
FPC Factor de pago por compactación
IFOV Campo de visión instantáneo, (Instantaneous Field Of View)
IR Infrarrojo
LW Onda larga
MAC Mezclas asfálticas en caliente
MW Onda media
NETD Resolución térmica
SW Onda corta
Símbolos castellanos
Área transversal (m2
)
Área superficial (m2
)
Velocidad de propagación de una onda (m/s)
ºC Grados centígrados
cm Centímetros
Energía emitida por radiación de un cuerpo negro (W/m2
)
Energía emitida por un cuerpo no ideal (W/m2
)
ºF Grados Farenheit
g Gramos
h Coeficiente de convección (W/m2
K)
K Kelvin
Kg Kilogramos
lbs Libras
m Metros
mm Milímetros

xix
Peso en agua de la briqueta (g)
Peso saturado superficie seca de la briqueta (g)
Peso en aire de la briqueta (g)
Peso muestra (g)
Peso frasco + muestra (g)
Peso del frasco (g)
Peso frasco + agua (g)
Peso Frasco + muestra + agua, después del vacío parcial (g)
Peso de un volumen de agua igual a la muestra (g)
Flujo de calor por conducción (W)
Flujo de calor por convección (W)
Peso específico máximo teórico de la mezcla (Kg/m3
)
s Segundos
Temperatura de la superficie del cuerpo (ºC)
Tdial Temperatura del termómetro de dial (ºC)
Tc Temperatura de la cámara termográfica (ºC)
Tp Temperatura del pirómetro (ºC)
Porcentaje de vacíos de la mezcla asfáltica
W Watts
Símbolos Griegos
α Difusividad térmica (m/s)
ΔT Diferencia de temperatura (ºC)
Δρ Diferencia de densidad (Kg/m3
)
Emisividad
κ Conductividad térmica (W/mK)
Longitud de onda (m)
Densidad de la mezcla compactada de la briqueta o peso unitario (Kg/m3
)
Constante de Stefan-Boltzman 5,6704 10-8
(W/m2
K4
)
Frecuencia (Hertz)

1
INTRODUCCIÓN
Una mezcla asfáltica en caliente es un producto de la combinación de cemento asfáltico y
agregados, que en las proporciones adecuadas dan origen a pavimentos de carretera duraderos
capaces de mantener una vida útil por un largo período de tiempo. El control inadecuado durante
los procesos de producción, colocación y compactación de dichas mezclas puede ocasionar
problemas que resultan perjudiciales para el desempeño de las mismas.
La segregación, en general, ha sido y sigue siendo uno de los mayores problemas en este
ámbito. Ya muchas investigaciones se han realizado con el objeto de detectar fácilmente la
segregación, sin embargo el problema persiste y es muy difícil de controlar. Una de las
definiciones más importantes que ha aparecido en los años recientes es la de segregación térmica
como un factor influyente en la homogeneidad de la temperatura de la mezcla, y por lo que fue
necesaria la incorporación de la termografía infrarroja como una herramienta que permitiera la
evaluación de las mezclas asfálticas durante la colocación a fin de mitigar los defectos
posteriores.
Se propuso entonces por parte de la empresa Fundación Laboratorio Nacional de Vialidad
(Fundalanavial), la incorporación de este mecanismo de evaluación de pavimentos dado su
notable auge, como una manera de avance tecnológico en el área de inspección y control de
calidad de las mezclas asfálticas en caliente. La primera fase de este estudio corresponde a la
búsqueda de literatura que permita identificar las características de una cámara termográfica en el
mantenimiento predictivo y en la inspección y control de calidad en áreas de ingeniería civil,
específicamente en pavimentación.
La termografía infrarroja ha demostrado múltiples ventajas en el análisis de fallas en el sector
de ingeniería eléctrica, ingeniería mecánica y el área de la construcción, por lo que la mayoría de
las investigaciones encontradas corresponden a temas de esta índole. Sin embargo en países como
España, Estados Unidos, Chile y Colombia, se encontraron referencias del uso de esta técnica
para la evaluación de segregaciones térmicas en mezclas asfálticas.

2
Steve Read en 1996 detectó el problema de segregación en mezclas asfálticas en caliente en
varias carreteras de los Estados Unidos utilizando una cámara termográfica.[1];[2]
Posteriormente,
en el año 1998, en una localidad de Washington se realizó una inspección con termografía
infrarroja a una mezcla que había sido transportada por 89 kilómetros desde planta hasta el lugar
de la obra. Se identificaron regiones de segregación en la mezcla una vez colocada, y extrayendo
núcleos tanto en las zonas de temperatura ideal para la compactación como en zonas con baja
temperatura, se obtuvo que en efecto existe una variación en las propiedades del material para
cada condición.[2]
Se recurrió a la búsqueda de información en el Instituto Venezolano del Asfalto (INVEAS), y a
pesar de estar enterados de la implementación de esta técnica en otros países no existía
documentación de ésta a nivel nacional. De la misma manera en la Universidad Simón Bolívar no
se hizo presente ningún registro en el que se encontrase material al respecto.
Finalmente, la segunda fase del proyecto consistió en la implementación de la técnica de
evaluación de pavimentos empleando termografía infrarroja, incluyendo el ajuste de la
emisividad, la correlación de las propiedades finales de la mezcla asfáltica en caliente mediante la
medición de densidades in situ con el densímetro nuclear, y la extracción de núcleos para
verificación de densidades y porcentajes de vacíos totales en la mezcla en función de los
gradientes de temperatura en los termogramas obtenidos.

3
OBJETIVOS
Objetivo General
Estudiar el efecto de la temperatura en las propiedades de las mezclas asfálticas en caliente
empleando el método de termografía infrarroja.
Objetivos Específicos
- Estudiar la aplicabilidad de la termografía infrarroja como una nueva herramienta
en el control de calidad de las mezclas asfálticas en caliente.
- Evaluar la importancia del ajuste de la emisividad en las mediciones con cámara
termográfica, así como también la influencia de la variación en la medición de
temperatura en la superficie y el centro de una mezcla asfáltica en caliente.
- Identificar mediante termografía infrarroja, puntos de segregación térmica o
discontinuidades durante el proceso de colocación de una mezcla asfáltica en
caliente.
- Correlacionar los termogramas obtenidos con las propiedades finales de la mezcla.
- Definir las posibles causas de la aparición de discontinuidades o puntos de
segregación térmica en la mezcla asfáltica colocada.

CAPÍTULO 1
DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
1.1 Aspectos Generales
La Fundación Laboratorio Nacional de Vialidad (Fundalanavial) se encuentra ubicada en Catia
La Mar, Estado Vargas, y cuenta con trece (13) laboratorios a nivel nacional, estando éstos
ubicados en el estado Anzoátegui, Bolívar, Carabobo, Cojedes, Falcón, Guárico, Lara, Mérida,
Monagas, Nueva Esparta, Portuguesa, Táchira y Zulia.
La Fundación tiene por objeto crear, financiar y operar el Laboratorio Nacional de Vialidad
(LANAVIAL), y cuya finalidad es el control de calidad de las obras viales, la investigación y el
desarrollo en el campo de la ingeniería vial, así como también la divulgación de nuevos
conocimientos en esas áreas con el objeto de formar personal especializado.
Es además una organización altamente especializada, cuya misión se encuentra dirigida a
satisfacer las necesidades de los diversos sectores, público o privado, a través de consultorías,
normalización, certificación, inspección, investigación, desarrollo tecnológico, capacitación de
recursos humanos.
Su visión es llegar a ser una institución competitiva y altamente eficiente en la prestación de
servicios de calidad en obras de infraestructura y de producción y suministros asfálticos,
reconocida y acreditada internacionalmente por su capacidad técnica, tecnológica y científica,
contribuyendo al óptimo desarrollo de la ingeniería vial, portuaria, aeroportuaria, ferroviaria y de
edificaciones del país.

5
1.2 Estructura Organizativa
Los órganos que conforman La Fundación son La Junta Directiva, la cual se encarga
principalmente de la dirección y administración de La Fundación, el Presidente quien ejerce la
representación jurídica de La Fundación, el Gerente General y el Comité de Miembros.
La estructura organizativa de La Fundación se resume en un organigrama como se muestra en
la Figura 1.1.
Figura 1.1 Estructura organizativa de La Fundación Laboratorio Nacional de Vialidad
(Fundalanavial).
Es de considerar que el tema fue desarrollado en conjunto con la Gerencia de Operaciones de
La Fundación, el cual es el órgano encargado del manejo del departamento técnico en el que se
incluye básicamente el control y manejo de proyectos, así como también el desarrollo e
implementación de nuevas metodologías para el control de calidad en obra.

6
CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
Las mezclas asfálticas en caliente (MAC) son productos que debidamente diseñados y
extendidos, dan origen a pavimentos firmes y de alta resistencia que requieren de poco
mantenimiento. Dichas mezclas consisten en una combinación proporcionada y controlada de
cemento asfáltico (CA) y agregados a una temperatura óptima, y que al ser colocados sobre la
superficie deben compactarse adecuadamente para lograr una masa uniforme y con las
propiedades deseadas.[3]
Dichas propiedades son inicialmente determinadas en la etapa de diseño de una mezcla
asfáltica, y de ellas dependerá el adecuado funcionamiento del material una vez en servicio.
2.1 Propiedades de las mezclas asfálticas en caliente
2.1.1 Estabilidad
Se refiere a la capacidad del pavimento asfáltico para resistir las diversas deformaciones que
puedan ser ocasionadas como consecuencia del paso de los vehículos sobre su superficie,
evitando la aparición de defectos tales como ahuellamientos, corrimientos y ondulaciones.[3];[4]
La estabilidad de una MAC dependerá de la contribución de las propiedades del agregado y el
cemento asfáltico que se haya dispuesto en el diseño original. La fricción interna, la cohesión y la
viscosidad de masa (inercia), son las propiedades de mayor importancia e incidencia dentro de la
estabilidad de una mezcla asfáltica.[4]
La fricción interna concierne a la contribución del agregado y se fundamenta en la forma y
textura de los mismos, de manera que al presentar una mayor rugosidad existirá un aumento en la
superficie de contacto entre partículas con lo cual se disminuye el efecto de deformación. Por otra

7
parte, la cohesión es una propiedad del CA que sugiere un aporte de fuerza aglutinante al
material, y señala su habilidad para mantener firmes y unidas las partículas entre sí luego del
proceso de compactación; es un factor que varía inversamente con la temperatura y que aumenta
hasta cierto punto con el contenido de asfalto. Finalmente la inercia como tercera propiedad, no
es más que la oposición que presenta el material a ser deformado y que estará relacionada con el
espesor y volumen de la mezcla a trabajar.[4];[5]
2.1.2 Durabilidad
La durabilidad es la capacidad de una mezcla asfáltica para resistir la desintegración debido al
tránsito frecuente, al clima o a una combinación de ambos elementos.[4]
Esta propiedad se puede
incrementar haciendo uso del porcentaje máximo de ligante asfáltico en la mezcla, así como
también diseñando y compactando la mezcla de manera óptima a fin de que se eliminen los
inconvenientes ocasionados por el envejecimiento del asfalto, el desgaste de los agregados o la
fatiga de los mismos durante el proceso de compactación.[5]
2.1.3 Resistencia a la fatiga
Corresponde a la habilidad para soportar las flexiones continuas causadas por el paso de los
vehículos. La resistencia a la fatiga aumentará con altos contenidos de ligante asfáltico, bajos
contenidos de vacíos y mezclas con una distribución amplia de tamaños de agregado.[5]
Se debe lograr que el porcentaje de vacíos totales de la mezcla se encuentre entre 3-5%, esto en
conjunto con la garantía de un adecuado patrón de compactación, lo cual reduciría drásticamente
los problemas relacionados con la pérdida de esta propiedad.[4]
2.1.4 Flexibilidad
Es la capacidad de la mezcla para adaptarse a movimientos de la base del terreno sin agrietarse
o romperse.
Esta característica proviene de la combinación adecuada del porcentaje de ligante asfáltico y
aquellas mezclas que contienen una granulometría abierta o cuyo diseño involucra menos finos.[5]

8
2.1.5 Impermeabilidad
Se refiere a la capacidad que presenta la mezcla asfáltica para resistirse al paso del agua y del
aire a través de su superficie y hacia su interior, los cuales pueden acelerar el proceso de
oxidación del asfalto. Esta es una propiedad que se encuentra relacionada directamente con el
porcentaje de vacíos en la mezcla, sin embargo no sólo la cantidad de vacíos será influyente, sino
también el tamaño de los mismos y su distribución (interconectados, acceso de los vacíos a la
superficie).[4]
2.1.6 Resistencia al deslizamiento
La resistencia al deslizamiento es una propiedad que favorece la fricción en la interfaz
neumático-pavimento, con el objeto de optimizar las condiciones de frenado aún en superficies
húmedas que pueden ser resbaladizas. Se desea para este caso una superficie con la suficiente
rugosidad y granulometría abierta como para permitir el rápido escape de agua, en conjunto con
un bajo contenido de asfalto.[5]
2.1.7 Trabajabilidad
Es la facilidad con la que el asfalto y los agregados pueden llegar a ser mezclados, extendidos y
compactados. Normalmente la trabajabilidad de una mezcla es mayor si ésta contiene un alto
porcentaje de agregados redondeados, un contenido de asfalto relativamente alto y de baja
viscosidad.[4]
2.1.8 Economía
Es una condición importante en el ámbito de ingeniería ya que la mezcla a pesar de cumplir con
los parámetros de diseños iniciales, los estatutos de calidad de materiales, ejecución y puesta en
obra debería ser la más económica, principalmente en función del uso de un menor contenido de
asfalto.

9
2.2 Actividades de producción, colocación y compactación de las MAC.
Toda actividad concerniente a la pavimentación de las carreteras y sistemas de vialidad
involucra tres tipos de actividades que definen el adecuado desempeño del producto final. El
proceso que da inicio a una mezcla asfáltica en caliente, luego de su diseño, compete a la
producción de dichas mezclas en planta, seguida por el extendido del material y finalizando con
las actividades de compactación del mismo con el objeto de lograr el acabado y las propiedades
deseadas.
2.2.1 Plantas productoras de asfalto
Son instalaciones industriales que cuentan con un conjunto de equipos mecánicos y electrónicos
en los cuales los agregados serán calentados, secados y finalmente mezclados con el cemento
asfáltico para dar origen a las mezclas asfálticas en caliente.[5]
Las plantas productoras de asfalto en general se caracterizan por presentar las siguientes etapas
de producción:[5]
1. Almacenaje.
2. Alimentación en frío.
3. Secado y calentamiento.
4. Recolección de finos.
5. Clasificación y dosificación.
6. Mezclado.
7. Descarga y transporte.
Se encuentran en la industria diversos tipos o configuraciones de plantas productoras de asfalto
que se diferencian en la etapa de dosificación y mezclado. Pueden ser fijas o portátiles, sin
embargo, a nivel nacional la clasificación general utilizada se resume en plantas continuas y
plantas tipo batch.[5]
Las plantas tipo batch o discontinuas producen mezcla asfáltica en caliente en diversas cargas.
Luego de ser calentados y secados, los agregados pasan por una unidad de cribado que se encarga

10
de separar el material en porciones de diferente tamaño para luego almacenarlo en caliente.
Finalmente dichos agregados son pesados en cantidades controladas y mezclados con el cemento
asfáltico para formar una carga.[6]
Las plantas continuas a diferencia, incorporan el material proveniente de las tolvas calientes y
el cemento asfáltico de manera constante sin pasar por un sistema de pesaje previo como puede
observarse en la Figura 2.1.
Figura 2.1 Esquema representativo de la disposición de los equipos en plantas mezcladoras de
asfalto tipo batch y continua.[6]
Si bien es importante el control de la granulometría y de los tipos de agregados con los cuales
se está trabajando, es un factor vital en este punto del proceso el control de la temperatura. Este
factor debe ser monitoreado desde los tanques de almacenamiento del cemento asfáltico, hasta en
los agregados una vez que salen del secador a fin de evitar inconvenientes en el mezclado de
ambos materiales.
Durante el proceso de elaboración de la mezcla, el cemento asfáltico es sometido a
temperaturas elevadas, en función de su viscosidad, a fin de garantizar la fluidez requerida para
cubrir todas las partículas de manera eficiente, mientras que los agregados son calentados a su

11
vez para ponerlos en contacto con el CA.[7]
Es perjudicial exceder los límites de temperatura de
mezclado, puesto que una vez que entran contacto ambos materiales, se producirían condiciones
muy favorables para la oxidación del ligante y por ende el endurecimiento del mismo. En este
sentido, la temperatura debe estar comprendida entre los 160 ºC y 163 ºC.[5]
2.2.2 Extendido y compactación de las mezclas asfálticas en caliente.
La actividad que incluye el extendido y la compactación de las MAC se denomina
pavimentación. Dicha actividad se inicia luego de la preparación del terreno y la adición del riego
de adherencia el cual facilitará la unión entre el suelo y la carpeta a colocar.
Las operaciones de pavimentación incluyen el transporte de la mezcla asfáltica en los camiones
desde la planta hasta el lugar de la obra. Dichos camiones deben estar en buenas condiciones, y se
debe asegurar que antes de realizar la descarga en planta se haya limpiado la caja del vehículo a
fin de evitar residuos indeseados de material anterior. De la misma manera, se debe disponer de
una lona protectora sobre la mezcla en los camiones para disminuir la pérdida de temperatura
durante el viaje.
Una vez que el camión ha llegado a la obra, éste deposita la mezcla sobre la tolva de la máquina
extendedora o finisher, la cual está diseñada para colocar la mezcla asfáltica sobre la superficie
(ver Figura 2.2) con un espesor determinado y con un porcentaje de compactación inicial de 75%
de la compactación que se obtendrá al final de todo el proceso. El uso de una máquina
extendedora no permite corregir los defectos del material como consecuencia de la falta de
homogeneidad resultante de un mal mezclado, o bien el sobrecalentamiento en planta producto de
la falta de control de la temperatura.[7]
Luego de colocada la mezcla asfáltica y al alcanzar la temperatura adecuada (entre 110 ºC y
130 ºC o hasta que el material extendido soporte el paso del equipo sin desplazarse), se da inicio
al proceso de compactación o compresión inicial de un volumen de mezcla para llevarlo a un
volumen más pequeño.[5]

12
Figura 2.2 Máquina extendedora de asfalto (finisher).[6]
Este efecto es posible gracias a la compresión que se aplica sobre las partículas de agregado,
eliminando de esta manera la mayoría de los vacíos en la mezcla[6]
y es realizado con un
compactador vibratorio que permite establecer patrones de compactación estáticos o dinámicos
según las exigencias de la mezcla colocada.
Para continuar con el proceso se lleva a cabo una segunda compactación (entre 90ºC y 110ºC)
empleando un compactador neumático. Este equipo facilitará que se sellen las grietas más finas,
reducirá el porcentaje de vacíos y aportará un buen acabado superficial.[5]
2.3 Factores que afectan la homogeneidad de una mezcla asfáltica en caliente
En los inicios, la pérdida de homogeneidad en las mezclas asfálticas en caliente estuvo
relacionada con el efecto de la segregación granulométrica. Dicho efecto produce una
concentración de material más grueso o más fino en áreas localizadas del pavimento, que van a
afectar el diseño inicial de la mezcla en cuanto a la gradación y el porcentaje de cemento
asfáltico.[1]

13
La segregación granulométrica puede ser con predominio de áridos gruesos o con predominios
de áridos finos. La primera se caracteriza por la baja densidad de la mezcla una vez compactada,
alto porcentaje de vacíos, bajo contenido de ligante y una textura rugosa. La segregación de
áridos finos por otra parte involucra baja densidad, baja resistencia a las deformaciones y a la
resistencia por fatiga y alto contenido de ligante, lo cual ocasionaría problemas de ahuellamientos
o falta de textura.[1]
Muchos problemas se asociaron con la segregación granulométrica, hasta que pruebas de
gradación y porcentaje de ligante que resultaron inalterados fueron los indicios de otro factor
influyente. Se propuso así el efecto de la segregación térmica por Read en el año 1996, quien
concluyó que la segregación final de camión de la mezcla asfáltica estaba relacionada con un
problema de variación de temperatura una vez que el árido entraba en contacto con las paredes
del vehículo.[1]
La segregación térmica y la granulométrica van de la mano cuando se trata de la segregación
final de camión y la carga de camión en planta. Si la mezcla es propensa a la segregación, los
áridos más gruesos se ubicarán en la parte delantera, trasera y en los laterales del camión como se
observa en la Figura 2.3, haciendo que estos áridos sean los primeros y también los últimos en
descargarse durante la colocación, por lo que se manifiesta su concentración en la carpeta
extendida sólo en ciertas regiones y que además como se habrían desplazado hacia los costados
del camión, estarían en contacto con las paredes del mismo y serían propensos a la pérdida
acelerada de temperatura en comparación con la mezcla en el centro de la tolva.[1]
Figura 2.3 (a) Carga incorrecta del camión, se observa la concentración de los áridos en la parte
delantera y trasera del camión. (b) Carga correcta del camión, se descarga la mezcla en diferentes baches
evitando la concentración de agregado gruesos en un punto.[8]

14
El control básico de la temperatura en la colocación de mezclas asfálticas en caliente es
realizado empleando instrumentos de medición tales como; termómetros bimetálicos,
termocuplas, termómetros digitales y pirómetros.
Dada la influencia de la segregación térmica en las propiedades finales de la mezcla asfáltica
colocada, se ha incorporado la termografía infrarroja como un nuevo elemento para la inspección
y el control en las actividades de colocación y compactación de las MAC, la cual facilita la
detección de discontinuidades, segregación o falta de homogeneidad.
2.4 Fundamentos de la termografía infrarroja
A mediados del año 1800 el astrónomo inglés Sir William Herschel al probar diferentes
muestras de cristales de colores descubrió que algunas de ellas dejaban pasar muy poco calor
solar, mientras que otras a diferencia, dejaban pasar mucho.[9]
De esta manera, y repitiendo el experimento del prisma de Newton, Herschel se enfocó en
buscar el efecto del calor en lugar de la distribución visual de la intensidad en el espectro,
llegando a la conclusión de que había un punto en el que el efecto calorífico llega al máximo y
que las medidas en las partes visibles del espectro no mostraban este punto. Dicho punto máximo
se encontraba entonces mucho más allá del extremo rojo, con lo que el astrónomo confirmó que
el calor seguía aumentando en la región del espectro electromagnético que hoy es conocido como
“longitud de onda infrarroja”.[9]
El espectro electromagnético no es más que el rango de todos los tipos de radiación
electromagnética clasificados según su frecuencia y longitud de onda. La luz visible, la radiación
ultravioleta y la infrarroja forman parte de este espectro y en física representan lo que se conoce
como ondas electromagnéticas. Una onda es una perturbación que mantiene su forma en el
espacio en función del tiempo, y que se encuentra descrita por la periodicidad espacial o longitud
de onda (λ) en metros, y la frecuencia (υ) en hertz. Estos parámetros se encuentran conectados a
través de la Ecuación 2.1, que describe la velocidad de propagación de una onda.[9];[10]

15
2.1
Donde:
: Velocidad de propagación de una onda (m/s).
: Frecuencia (Hertz).
: Longitud de onda (m).
La región infrarroja en el espectro electromagnético se ubica entre la región visible y de
microondas, abarcando un rango de 1 a 1000 μm. Sin embargo para la imagen de infrarrojos se
utiliza un rango limitado del espectro IR (infrarrojo térmico), como se observa en la Figura 2.4,
en la cual la región de onda larga (LW) abarca desde 7 a 14 μm, la región de onda media (MW)
de 3 a 5 μm y finalmente la región de onda corta (SW) 0,9 y 1,7 μm.[10]
Figura 2.4 Representación del espectro infrarrojo, sus regiones adyacentes y el rango infrarrojo
térmico utilizado para la captura de imágenes infrarrojas con cámaras de onda corta (SW), media (MW) o
larga (LW).[10]
2.4.1 Radiación Térmica
Es el tipo de radiación electromagnética que compete a la transferencia de calor y que es
emitida como consecuencia de las transiciones de energía de moléculas, átomos y electrones. La
intensidad de la radiación emitida por un cuerpo dependerá de la temperatura a la cual se

16
encuentra su superficie, de esta manera, se considera que todo cuerpo cuya temperatura se
encuentre por encima del cero absoluto emite radiación infrarroja.[11]
La energía térmica irradiada por un objeto se expresará en función de la energía emitida por un
radiador perfecto llamado cuerpo negro o ideal. Este elemento es capaz de absorber toda la
radiación incidente independientemente de la longitud de onda, y a su vez emite energía de
radiación de manera uniforme y en todas las direcciones como se observa en la Figura 2.5, a
diferencia de un cuerpo real el cual emite una cantidad de energía menor a la de un cuerpo negro
a la misma temperatura.[11]
Figura 2.5 Emisión de radiación por un cuerpo negro (uniforme) y por un cuerpo real o gris (no
uniforme).[11]
Esta cantidad de radiación emitida por un cuerpo negro fue determinada por el investigador
Joseph Stefan en 1879 y se expresa según la Ecuación 2.2.
2.2
Donde:
: Energía emitida por radiación de un cuerpo negro (W/m2
).
: Constante de Stefan-Boltzman 5,6704 10-8
(W/m2
K4
).
: Temperatura de la superficie del cuerpo (K).
Sin embargo, esta relación sólo funciona si se supone un cuerpo como ideal, de lo contrario la
relación varía de manera tal que se considere un nuevo factor tal como se observa en la Ecuación
2.3. Este factor se conoce como emisividad (ε) y representa la proporción de la radiación que es

17
emitida por una superficie a una temperatura dada entre la radiación del cuerpo negro a la misma
temperatura.[11]
2.3
Donde:
: Energía emitida por un cuerpo no ideal (W/m2
).
: Emisividad.
En un cuerpo negro ε = 1, mientras que para un cuerpo real o gris la emisividad var a en el
rango de 0 < ε < 1, según sea la superficie del material que emite radiación, como se observa en
la Figura 2.6. Materiales opacos son más emisivos que materiales brillantes, ya que éstos últimos
reflejan la mayor parte de la energía.
Figura 2.6 Rangos de emisividad para diversos materiales.[11]
2.4.2 La termografía infrarroja como técnica para el mantenimiento predictivo
La termografía infrarroja como ensayo no destructivo y sin contacto, es una técnica reconocida
y muy utilizada a nivel industrial. Un tipo de termografía comúnmente utilizada es la
comparativa, la cual permite obtener la mejor data durante un estudio de mantenimiento
predictivo. La termografía comparativa puede ser cuantitativa o cualitativa.[12]

18
La primera es un método muy aceptado que permite evaluar el estado de un componente o la
condición de una máquina utilizando temperaturas aproximadas que son obtenidas luego de la
medición, empleando un valor constante de la emisividad del material de la superficie en
estudio.[12]
Por otra parte, la termografía cualitativa se basa simplemente en la comparación de los patrones
caloríficos que son arrojados por las imágenes térmicas o termogramas, con lo que se puede
distinguir si existe alguna deficiencia en algún componente de manera rápida y sencilla.[12]
2.4.2.1 Aplicaciones de la termografía infrarroja en el mantenimiento predictivo.
El uso de las cámaras termográficas en el mantenimiento predictivo ha estado en auge desde
que se identificaron sus diversas aplicaciones y sus ventajas en la medición de temperatura a
distancia. Algunas de las aplicaciones más comunes de la termografía infrarroja son las que se
mencionan a continuación:
Inspección de componentes y sistemas eléctricos
- Ubicación de fallas en los sistemas de alta tensión, oxidación de los interruptores de alta
tensión, conexiones recalentadas, conexiones mal aseguradas y defectos de
aislamiento.[13]
- Detección de conexiones de alta resistencia en instalaciones de baja tensión, conexiones
corroídas, daños internos de los fusibles, fallas internas en los disyuntores, malas
conexiones y daños internos.[13]
Instalaciones mecánicas
- Problemas de lubricación, errores de alineación, motores recalentados, rodillos
defectuosos, bombas sobrecargadas, ejes de motor recalentados y rodamientos
calientes.[13]

19
Estado del aislamiento de tuberías y conductos
- Fugas en bombas, tuberías y válvulas. Averías del aislamiento y obstrucción en
tuberías.[13]
Diagnóstico de edificaciones y construcciones civiles
- Visualización de pérdidas de energía, detección en fallas de aislamiento, localización de
fugas de aire, identificación de zonas de humedad elevada en aislamientos, tejados y
muros, detección de moho y goteras en tejados planos.[14]
Se verificó la aplicación de la cámara termográfica en el sector de la construcción
inspeccionando un conjunto de puentes de ferrocarril en el estado Yaracuy. Se observa en la
Figura 2.7 que los patrones térmicos varían en la viga, por lo que se infiere que hay humedad
presente en las áreas del termograma señaladas en color rojo.
La temperatura es mayor en estas zonas dado que la capacidad calorífica del agua es mayor y
por esta razón almacena calor por más tiempo favoreciendo la detección de esta discontinuidad
en la estructura.
Figura 2.7 Inspección de puentes de concreto mediante termografía infrarroja. (a) Termograma, la
flecha en amarillo señala cabillas expuestas (b) Imagen visible.

20
2.4.2.2 Aspectos a considerar en la inspección de las MAC por termografía infrarroja:
Mediciones falsas.
Resolución y óptica
Este factor afectará la claridad con la que se puede observar el elemento en estudio. Se debe
tener en cuenta la distancia mínima de enfoque del equipo en relación al lente que se esté usando,
y los píxeles con los que cuenta el aparato termográfico asegurando una medición más precisa.[15]
Rango de temperaturas
Se debe ajustar el rango de temperaturas de la cámara de manera que la imagen contenga la
información deseada.[15]
En la inspección de MAC recién colocadas es un factor importante ya
que las temperaturas más altas no deberían sobrepasar los 160 ºC y las más bajas deberían estar
por encima de los 80 ºC.
Un ajuste de rango inadecuado traería como consecuencia mediciones de temperatura erradas o
bien la sensación de observar una discontinuidad donde en realidad no existe ningún problema,
tal y como puede observarse en la Figura 2.8 (a) donde la máxima temperatura de la mezcla es
144 ºC y el rango está ajustado en un máximo de 180 ºC.
Figura 2.8 (a) Ajuste incorrecto del rango de temperaturas, (b) Ajuste correcto del rango de
temperaturas.

21
Reflexión
Se refiere a la capacidad que poseen algunos materiales de reflejar la radiación térmica de la
misma manera que un espejo refleja la luz visible. Este aspecto podría ocasionar mediciones
falsas en el control por termografía; por ejemplo, la misma reflexión causada por el operador
podría tener como consecuencia la aparición de puntos calientes falsos en la inspección de
instalaciones eléctricas: la reflexión aparecerá como un punto móvil durante la inspección que
depende de la ubicación del operador o del ángulo de trabajo, mientras que los puntos que en
realidad se identifican como calientes son inmóviles, cambiando la perspectiva de la medición.[16]
Es recomendable evitar este tipo de interferencias apantallando la zona a medir o el equipo en
estudio[14]
sin embargo en una medición en exteriores (por ejemplo en el control de las MAC), es
muy complicado apantallar el medio en el cual se está realizando la observación.
Condiciones ambientales
La luz solar directa y las sombras tienen un efecto negativo en el termograma, puesto que
pueden ser confundidos con los patrones producidos por la transferencia de calor.[16]
En la
inspección de MAC se debe considerar el efecto de las sombras de los obreros que trabajan
alrededor del área evaluada, de los equipos, camiones, entre otros y así evitar errores en la
medición.
Corrientes de aire
El aire que se encuentra cercano a la superficie a medir tiene la misma temperatura que ésta,
por lo tanto cualquier intercambio de calor por convección ocasionaría que la capa de aire con la
misma temperatura de la superficie desaparezca, y se manifieste una nueva capa que todavía no
se ha adaptado a la temperatura de lo que está bajo observación. El efecto de intercambio de calor
se verá incrementado entonces por el aumento de la diferencia de temperatura entre la superficie
a medir y la temperatura ambiente.[14]

22
Emisividad
El control de la emisividad es un factor clave en el análisis por termografía infrarroja. No sólo
permitirá la obtención de temperaturas más exactas dentro de la evaluación de una superficie,
sino que además facilitará el análisis de los termogramas y de todos los elementos que aparecen
en él. En la Figura 2.9 se observa que un mal ajuste de la emisividad puede distorsionar por
completo la imagen, y para un operador inexperto se traduciría en valores erróneos de
temperatura.
Figura 2.9 (a) Ajuste incorrecto de la emisividad, (b) Ajuste correcto de la emisividad.
Dada la importancia que tiene un adecuado ajuste de la emisividad para la medición de
temperaturas en una inspección termográfica cuantitativa, se describen dos maneras de obtener
una emisividad más acertada conforme sea el material que se está evaluando. La primera es
realizada mediante un termómetro de contacto, se mide la temperatura de la superficie y
ajustando la emisividad a un valor ε=1, la diferencia entre las dos temperaturas es el resultado de
una configuración de emisividad equivocada por lo que se ajusta en la cámara el valor de ε hasta
llevar la diferencia térmica a cero.[12];[14]
El segundo método consiste en colocar un trozo de cinta adhesiva negra de electricidad con
emisividad conocida (ε=0,95), y luego de un per odo de tiempo cuando la cinta haya adquirido la
temperatura de la superficie a medir, se podrá ajustar la emisividad de la cámara a la de la cinta y
midiendo directamente sobre ésta se obtiene un valor de la temperatura deseada.[12];[14]

23
2.4.2.3 Consideraciones sobre la transferencia de calor[17]
La temperatura en la superficie y el interior de la mezcla no será igual sino que dependerá de
las condiciones de borde del sistema. Por esta razón emplear la cámara como un instrumento de
medición de temperatura tiene sus limitaciones si no se realiza un adecuado ajuste de la
emisividad del medio que se está evaluando.
Todo medio en el cual exista una diferencia de temperatura promoverá la transferencia de calor,
no obstante no puede haber flujo de calor entre dos medios que se encuentran a la misma
temperatura. Dos conceptos que conciernen al estudio de la transferencia de calor, a diferencia de
la radiación térmica definida anteriormente, son la conducción y la convección.
La conducción de calor es la transferencia de energía entre dos medios adyacentes desde las
partículas con mayor energía hasta las que poseen una energía menor, es decir el flujo de calor se
traslada de las zonas calientes a las más frías. La conducción es un mecanismo que ocurre
siempre y cuando los medios (sólido o líquido) estén en reposo, y se define a través de la
ecuación 2.4. Por otra parte la convección, como segundo mecanismo de transferencia de calor,
ocurre a través de un fluido (líquido o gas) el cual transporta el calor entre las zonas de diferente
temperatura y se define por la ecuación 2.5.[11]
2.4
2.5
Donde:
: Área transversal (m2
).
: Área superficial (m2
).
: Flujo de calor por conducción (W).
: Flujo de calor por convección (W).
κ: Conductividad térmica (W/mK).

24
Coeficiente de convección (W/m2
K).
Temperatura superficial (ºC).
: Temperatura ambiente (ºC).
Existe en efecto un gradiente térmico entre la superficie y el interior de la mezcla, que
dependerá de las condiciones de transferencia de calor hacia el ambiente y hacia la superficie
donde se coloque el pavimento. No debe reemplazarse el termómetro de contacto, ni darse por
definitiva la información arrojada por la cámara con respecto a la temperatura estimada, ya que
este instrumento detecta la temperatura por radiación la cual, es exclusivamente superficial sin
considerar las variaciones que puedan existir en el centro de la mezcla.
La colocación de una mezcla asfáltica en caliente puede considerarse como un modelo de
transferencia de calor en un medio compuesto en donde el flujo de calor es unidireccional como
se observa en la Figura 2.10. La formulación del modelo matemático que describe este fenómeno
será un sistema acoplado de dos ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.
Figura 2.10 Modelo propuesto de sistema de transferencia de calor en un medio compuesto para una
mezcla asfáltica en caliente.
Como el flujo de calor es en una sola dirección y el sistema es permanente, sin generación de
calor, el problema se simplifica resultando un balance de energía de la forma:
- Balance de energía en la carpeta asfáltica:
2.6

25
Donde:
: Difusividad térmica del asfalto (m/s).
: Temperatura del asfalto a una distancia del suelo y en un momento .
: Espesor del asfalto.
- Balance de energía en el suelo:
2.7
Donde:
: Difusividad térmica del suelo (m/s).
: Temperatura del suelo a una distancia y en un momento .
- Condiciones iniciales:
2.8
2.9
Donde:
: Temperatura inicial del asfalto (ºC).
: Temperatura inicial del suelo (ºC).
- Condiciones de borde:
En la superficie del asfalto:

26
2.10
Donde:
: Conductividad térmica del asfalto (W/mK).
Interfaz asfalto-suelo:
La temperatura y el flujo de calor en la superficie de separación del suelo y el asfalto son
iguales.
2.11
2.12
Donde:
: Conductividad térmica del suelo (W/mK).
La superficie en donde es colocada la mezcla asfáltica se considerará como un sólido infinito,
una vez que se modifica la temperatura de su superficie colocando la mezcla que está a una
temperatura mayor, comienza el fenómeno de conducción de calor en función de la profundidad.
Como consecuencia de que el espesor del suelo sea supuesto como infinito, la temperatura a esta
profundidad permanecerá constante y será igual a la .
2.13
La finalidad de este sistema es obtener las funciones y con las cuales se podrán
conocer las temperaturas del asfalto y del piso a una profundidad dada y en un tiempo
determinado.

27
CAPÍTULO 3
DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA
Para la medición y el control de la temperatura de las mezclas asfálticas en caliente se empleó
un termómetro bimetálico utilizado constantemente por el equipo de la empresa, un pirómetro
infrarrojo y una cámara termográfica, la cual fue recientemente adquirida por La Fundación con
el objeto de incorporarla a la inspección en colocación de las mezclas asfálticas en caliente, como
un equipo para la realización de ensayos no destructivos, que permita ubicar de manera general
discontinuidades en la mezcla a fin de reportarla al ente encargado de la obra.
3.1 Termómetro bimetálico de dial marca TEL-TRU, modelo GT100R.
Un termómetro bimetálico es un instrumento de medición de temperatura de contacto directo
que se fundamenta en la diferencia en el coeficiente de dilatación de los metales. Entre algunos
de estos metales se destacan: el latón, cobre, níquel, aluminio-bronce, aleaciones férreas, níquel-
cromo, entre otras. Dichas combinaciones se encuentran unidas conjuntamente en láminas
bimetálicas que pueden ser rectas o curvas (en forma de espirales o hélices), y en cuyo extremo
libre se encuentra una aguja indicadora que gira en función de la dilatación experimentada por
cada material con el aumento de temperatura.[17]
Figura 3.1 Termómetro bimetálico; se representan las láminas bimetálicas rectas y en forma de
espiral.[17]

28
3.1.1 Especificaciones generales del equipo
Dial Indicador 1 3/4 "
Rango 0 ºC - 250 ºC
Resolución 2 ºC
Material Acero Inoxidable
Lámina
Helicoidal con recubrimiento de
silicona
Figura 3.2 Especificaciones del equipo TEL- TRU modelo GT100R
La inmersión del instrumento debe ser total hasta cubrir la marca que se encuentra sobre la
superficie del vástago, esto a fin de evitar errores en la medición y garantizar lecturas más
exactas.[19]
3.1.2 Calibración del instrumento
Materiales:
 3 termómetros bimetálicos marca TEL-TRU World Class Thermometer (NY- USA):
- Termómetro patrón o de referencia.
- Termómetro de uso diario, calibrado periódicamente por el responsable del laboratorio.
- Termómetro personal (a calibrar).
 Termómetro digital.
 Baño de temperatura constante marca Humboldt Proctor Silex con rango de temperatura
desde 90 ºC hasta 240 ºC.

29
Procedimiento
Para la calibración del termómetro bimetálico empleado en las mediciones de temperatura de
las mezclas asfálticas, se dispuso agua en el baño de temperatura constante hasta alcanzar una
temperatura de 100 ºC, y se introdujo el termómetro en el baño comprobando que indicara la
misma temperatura que el termómetro patrón, tal y como se observa en la Figura 3.3 (a).
Figura 3.3 (a) Comparación de la temperatura entre termómetro patrón y experimental, (b)
Comprobación de la temperatura entre los cuatro termómetros.
De la misma manera se realizó la comparación entre el termómetro a ser calibrado, el de
prueba, el perteneciente al laboratorio y el termómetro digital (Figura 3.3 (b)), observando que
todos los termómetros indicaran la temperatura a la que se encontraba el baño de agua, con el
objeto de asegurar que la temperatura arrojada por el termómetro es la más acertada posible a la
realidad y disminuyendo entonces la incertidumbre de la medición.
3.2 Pirómetro Scotchtrak Heat Tracer serie 750C, marca 3M.
Un pirómetro de radiación es un instrumento de medición de temperatura a distancia que
funciona siguiendo los principios de radiación térmica según la Ley de Stefan-Boltzman como se
describe en la Ecuación 2.3. Dispone de un sistema óptico o electrónico que facilita la
transformación de señales infrarrojas en una señal de salida electrónica para mostrar en pantalla
el valor de la temperatura de la superficie que se está midiendo.[20]

30
El termómetro infrarrojo dispone de un sistema capaz de captar la energía que se refleja desde
una superficie en forma de una mancha circular que es enfocada posteriormente al detector, como
se observa en la Figura 3.4.
La resolución de un pirómetro se determina por la relación entre la distancia del equipo al
objetivo y el diámetro de la mancha de medición, cuanto más grande sea el valor de esta relación
mejor será la resolución.[20]
Figura 3.4 Alcance de medición del Pirómetro Scotchtrak Heat Tracer serie 750C, marca 3M.[21]
El Pirómetro Scotchtrak Heat Tracer es un equipo de uso sencillo y portátil que facilita la
medición de temperatura sin necesidad de retirar el equipo de servicio. Su aplicación está
destinada mayormente al sector eléctrico para la identificación de fallas por calentamiento de los
equipos.[21]
Este equipo cubre las necesidades básicas de la medición de temperatura, se caracteriza por ser
ligero y construido de un plástico resistente a las exigencias ambientales. Posee una pantalla para
muestra de la temperatura como se observa en la Figura 3.5, e incorpora un sistema de muestra de
temperatura actual y máxima en pantalla una vez que se presiona el gatillo para realizar la
medición.[21]

31
Figura 3.5 Componentes del pirómetro infrarrojo Scotchtrak Heat Tracer, marca 3M. (a) Gatillo
para toma de temperatura, (b) Pantalla, (c) Controles para cambio de unidad de temperatura y ajuste de
luz.
Tabla 3.1 Características de medición del pirómetro infrarrojo Scotchtrak Heat Tracer, marca 3M.[21]
Rango de medición de temperatura -32 ºC a 400 ºC
Precisión ±1 °C ó 1 %
Tiempo de respuesta 500 mseg
Respuesta espectral De 7 µm a 18 µm
Sistema óptico 8:1
Emisividad Definida a 0,95
Muestra de temperatura en pantalla Ajustable a ºC ó ºF

32
3.3 Cámara Termográfica FLUKE Ti27
Una cámara termográfica es un dispositivo que permite detectar los diversos patrones de calor
en la longitud de onda infrarroja de un objeto o superficie, sin hacer contacto directo, a través de
la emisión de una imagen de luz visible o termograma con colores que representan el patrón
térmico del objeto en estudio.[22]
Es de considerar que la cámara infrarroja no ve directamente las temperaturas de la superficie a
evaluar, sino que registra la intensidad de radiación en el área de infrarrojos según sea el calor
emitido. El equipo convierte la radiación que no es visible a simple vista en una imagen
representada en un patrón o paleta de colores que identifican cada zona según el comportamiento
calorífico. [23]
Algunos objetos o superficies emiten una cantidad de energía la cual será proporcional a la
temperatura que mantienen, sin embargo dicha energía será dependiente de la emisividad de la
superficie en estudio. De esta manera la base del funcionamiento del dispositivo de inspección
será la que se describe en la Ecuación 2.3.[23];[24]
3.3.1 Componentes básicos de una cámara termográfica
3.3.1.1 Lentes
Son parte esencial del equipo termográfico ya que tomarán la energía IR emitida por el objeto y
la enfocarán en el detector. La mayoría de los lentes en cámaras de LW están fabricados en
germanio (Ge) con recubrimientos antireflectantes que mejoran la transmisión de los mismos.[22]
3.3.1.2 Pantalla
La imagen térmica se muestra sobre una pantalla de cristal líquido (LCD). Esta debe ser amplia
y luminosa de manera que pueda ser observada fácilmente en cualquier medio en el que se esté
trabajando.[20]
En esta se proporcionará información tal como la carga de la batería, fecha, hora,
temperatura objetivo, entre otras.

33
3.3.1.3 Detector
Este sistema es típicamente un semiconductor electrónico que absorbe la energía IR emitida por
el objeto o superficie en estudio, convirtiéndola en un voltaje o corriente eléctrica que será
representada en pantalla como una imagen de luz visible al ojo humano.[22]
3.3.1.4 Controles
Permiten realizar ajustes electrónicos con el objeto de refinar la imagen térmica en pantalla,
cambiar el rango de temperatura, paleta de colores, fusión infrarroja e imagen real, emisividad,
temperatura de fondo, y otras opciones más básicas como; configuración de fecha y hora, idioma
o selección de galería de imágenes recopiladas.[22]
3.3.1.5 Dispositivo de almacenamiento de datos
Es un elemento importante ya que permite salvaguardar las imágenes térmicas y los datos
tomados en campo durante el proceso de inspección. No es más que una tarjeta de memoria
extraíble y de transferencia de información hacia una computadora para su posterior análisis en el
software correspondiente a cada equipo según la marca y especificaciones.[22]
3.3.2 Variables de un sistema termográfico
3.3.2.1 Respuesta espectral
Se define como el rango de longitudes de onda en el cual la cámara tendrá una mejor respuesta.
La mayoría de las cámaras termográficas miden en el rango de LW debido a que la atmósfera en
este rango es permeable a la radiación IR, a diferencia del cristal el cual no es trasmisor de
radiación infrarroja de onda larga.[23]

34
3.3.2.2 Resolución Térmica (NETD)
Se refiere a la diferencia de temperatura mínima que puede ser detectada en la superficie de un
objetivo por un sistema termográfico. Mientras menor sea el valor de esta variable, mejor será la
resolución en la cámara termográfica.[9];[25]
3.3.2.3 Resolución Espacial
-FOV o campo de visión, es una especificación que define el ángulo horizontal visible a
través de la cámara de IR, o bien, representará el tamaño de lo que se observa en el
termograma.[22]
-IFOV o campo de visión instantáneo, es la medida de la resolución geométrica de una
cámara termográfica que describe la capacidad con la que el equipo representa los detalles en el
espacio que se está observando.[22]
Figura 3.6 Representación gráfica del FOV e IFOV.[24]
3.3.3 Características del equipo
Para el estudio de la temperatura, se utilizó la cámara termográfica FLUKE Ti27 diseñada
especialmente para la evaluación de entornos de carácter industrial y comercial. Dentro de sus
características destacan principalmente las siguientes:[26]
 Proporciona imágenes nítidas con resolución de infrarrojos correspondiente a 240 x 180
píxeles.

35
 Es capaz de identificar diferencias de temperatura mínimas gracias a su sensibilidad
térmica o NETD.
 Capacidad de fusionar la imagen real con la imagen infrarrojo, de manera de facilitar el
análisis de los resultados y la ubicación del punto en estudio.
 Permite la incorporación de diversos lentes teleobjetivos de gran versatilidad.
 Interfaz sencilla
 Resistente a entornos de carácter exigente.
Figura 3.7 Componentes de la cámara termográfica Fluke Ti27. (a) Tapa protectora para el lente,
(b) Lente, (c) Ranura de inserción de memoria SD, (d) Gatillo para captura de imágenes, (e) Pantalla
LCD, (f) Controles.

36
Tabla 3.2 Características de medición de temperatura de la cámara termográfica FLUKE Ti27.[26]
Rango de medición de temperatura
-20 °C a +600 °C
Precisión de la medida de temperaturas
±2 °C ó 2 %
Corrección de emisividad en pantalla

Compensación de la temperatura reflejada de fondo en pantalla

Corrección de transmitancia en pantalla

Tabla 3.3 Características del detector de la cámara termográfica FLUKE Ti27.[26]
Frecuencia de captura de imágenes Velocidad de actualización de 9 Hz o 60 Hz
Tipo de detector Matriz de plano focal, microbolómetro no
refrigerado
Píxeles 240 x 180 píxeles (43.200 total)
Sensibilidad térmica (NETD) ≤ 0,05 °C a 30 °C
Banda espectral infrarroja De 7,5 µm a 14 µm (onda larga)
Cámara de luz visible 2 megapíxeles
Distancia focal mínima 46 cm
Lente estándar para infrarrojo
-Campo de visión: 23° x 17°
-Resolución espacial (IFOV) : 1,67 mRad
-Distancia mínima de enfoque: 15 cm
Mecanismo de enfoque Manual, con capacidad de enfoque
inteligente “Smart Focus”

37
CAPÍTULO 4
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
4.1 Control y ajuste de la emisividad
4.1.1 Variación de temperatura entre la cámara termográfica y el termómetro de dial.
Materiales
 Cámara termográfica FLUKE Ti27.
 Termómetro bimetálico marca TEL-TRU World Class Thermometer (NY- USA).
 Mufla.
 Envases de acero inoxidable.
 Caja de cartón.
Procedimiento
Se elaboró para el estudio una mezcla siguiendo el diseño Marshall típico según lo que
específica el procedimiento FLNV-POP-aa-010[27]
(ver ANEXO A), con fundamento en la norma
NLT- 159/86, para la determinación de la resistencia a la deformación plástica de mezclas
bituminosas empleado el aparato Marshall, con diferentes contenidos de asfalto variando en
intervalos de 0,5% y en un rango de 4% a 6 %.
Cada una de estas mezclas fue dispuesta en envases de acero inoxidable como se observa en la
Figura 4.1 y se calentaron en una mufla para asegurar la homogeneidad de la temperatura a
obtener. Seguidamente se evaluó la variación de la temperatura arrojada por el termómetro dial
en relación a la evidenciada en la cámara, teniendo en cuenta que para dicha medición es

38
necesario establecer la emisividad en un valor fijo, para este caso igual a 1, tal y como se indica
en la norma ISO 18434.[12]
Figura 4.1 Mezclas asfálticas con variación en el %CA.
Las mediciones se realizaron en el interior de una caja de cartón (ε= 0,93) como se muestra en
la Figura 4.2 (b), con el objeto de evitar errores en la medición como consecuencia de la
temperatura reflejada por cualquier otro elemento en el laboratorio, así como también para
proteger a la mezcla del viento y evitar en lo posible mediciones falsas. La toma de datos se
realizó durante períodos de dos (2) minutos entre medición y medición.
Figura 4.2 (a) Calentamiento de la mezcla en la mufla, (b) Medición con cámara termográfica en
caja para evitar problemas de reflexión.
4.1.2 Variación de temperatura entre la cámara termográfica y el pirómetro infrarrojo.
Materiales
 Cámara termográfica FLUKE Ti27.
 Pirómetro infrarrojo Scotchtrak Heat Tracer, marca 3M.
 Cocina.
 Espátula.
 Caja de cartón.

39
Procedimiento
Para el ajuste de emisividad con el pirómetro se dispuso de una plancha metálica (espátula) la
cual se enrazó con mezcla asfáltica y se calentó en una cocina eléctrica durante un período de 5
minutos, para asegurar la homogeneidad de la temperatura en toda la superficie como se muestra
en la Figura 4.3 (a) .
Seguidamente se colocó la plancha en la caja de cartón, como se observa en la Figura 4.3 (b), y
se procedió a tomar las mediciones pertinentes en intervalos de 1 minuto.
Figura 4.3 (a) Calentamiento de la mezcla asfáltica sobre espátula, (b) Medición con cámara
termográfica en caja para evitar problemas de reflexión.
4.2 Influencia de la temperatura de compactación en las propiedades de las mezclas
asfálticas en caliente.
Para evaluar el comportamiento que manifiesta una mezcla asfáltica luego de ser compactada
bajo diferentes temperaturas se procedió a la preparación de briquetas, con el material extraído
directamente de la tolva de la extendedora, variando el rango de temperatura en 20 ºC desde 80
ºC hasta 140 ºC. Se evaluó posteriormente la estabilidad y flujo de cada probeta así como
también, su densidad real y el porcentaje de vacíos de cada una en función de la temperatura.
Dicho estudio se llevó a cabo a través de los siguientes ensayos:

40
4.2.1 Resistencia a la deformación plástica de mezclas bituminosas empleando el aparato
Marshall.
Este ensayo fue realizado según lo que se especifica en el procedimiento FLNV-POP-aa-027[28]
y con el que se pretende establecer los diversos parámetros para la determinación de la resistencia
a la deformación plástica de las mezclas bituminosas empleando el aparato Marshall, con
fundamento en lo establecido en la norma NLT- 159 y ASTM D 1559.
Materiales
 Equipo de compactación.
 Horno eléctrico Humboldt MFG.
 Prensa Humboldt MFG, Master Loader.
 Balanza Hidrostática Adventurer-Pro, OHAUS 8100 (g).
 Extractor de briquetas, TRUPER 6T.
 Termómetro de dial.
 Baño de temperatura constante marca Humboldt Proctor Silex con rango de
temperatura desde 90 ºC hasta 240 ºC.
 Utensilios para ensayo Marshall (papel parafinado, plancha de calentamiento,
moldes, espátula).
Procedimiento
- Antes de la compactación de la mezcla colocada previamente en el horno se procedió a
calentar en una plancha los moldes, la placa base, la cara del martillo de compactación y
la espátula a una temperatura comprendida entre los 95 ºC y 150 º C durante un período
de una (1) hora.
- Luego de que la mezcla haya alcanzado la temperatura deseada se disgregó
cuidadosamente y se mezcló el agregado para asegurar que la mezcla fuese homogénea.

41
- Se separó la mezcla en porciones de 1200 (g) para cada briqueta. Posteriormente se
colocó el conjunto de compactación ya caliente en la prensa y se procedió a agregar el
material en el molde sobre el papel parafinado para evitar su adherencia.
- Se determinó la temperatura de la mezcla en el molde para asegurar que fuese la
deseada y con una espátula previamente calentada, se procedió a distribuir la mezcla en
el molde por medio de quince (15) golpes en la periferia y diez (10) golpes en su
interior.
- Se determinó la temperatura nuevamente como se muestra en la Figura 4.4 y se colocó
un segundo papel parafinado encima de la mezcla para evitar la adhesión con el
martillo.
Figura 4.4 Determinación de la temperatura deseada antes de dar inicio a la compactación.
- Se dio inicio a la compactación aplicando la cantidad de golpes necesarios según lo
especificado para cada tipo de mezcla a ensayar en relación con el tráfico al que estará
sometido. En este caso se estableció una cantidad de setenta y cinco (75) golpes por
cada cara.
- Una vez culminado el proceso de compactación se procedió a dejar en reposo las
briquetas en los moldes sobre una superficie plana y a temperatura ambiente por un
período aproximado de dos (2) horas.
- Transcurrido el tiempo de reposo se extraen las briquetas utilizando el extractor de
muestras universal y se procede a retirar el filtro de dichas briquetas. Finalmente cada

42
muestra fue debidamente identificada y almacenada para su estudio tal y como se observa
en la Figura 4.5 .
Figura 4.5 Identificación de las briquetas después de la compactación.
4.2.2 Determinación de la densidad real de la mezcla compactada
- Se procedió a determinar el peso en aire de la mezcla compactada usando una balanza
digital. Se registró el valor obtenido.
- Seguidamente para la determinación del peso de la muestra en agua se colocó la briqueta
en la cesta metálica que se encuentra incorporada a la balanza hidrostática (ver Figura
4.6), durante un período de tiempo de un (1) minuto aproximadamente. Se registró el
valor obtenido.
Figura 4.6 (a) Balanza hidrostática Adventurer-Pro, OHAUS 8100 (g), (b) cesta metálica
incorporada a la balanza para determinación del peso en agua de las briquetas.
- Finalmente de determinó el peso saturado con superficie seca de la briqueta, para lo cual
se extrajo del agua y se dispuso a secarla de manera inmediata con un paño seco y limpio
y se colocó nuevamente sobre la balanza para registrar el peso.
- Luego de obtener los tres pesos se llevaron a cabo los siguientes cálculos, usando la
Ecuación 4.1 y 4.2, para la obtención de la densidad o peso unitario:

43
4.1
Donde:
: Volumen de la briqueta.
: Peso en agua de la briqueta (g).
: Peso saturado superficie seca de la briqueta (g).
4.2
Donde:
: Densidad de la mezcla compactada de la briqueta o peso unitario.
: Peso en aire de la briqueta (g).
4.2.3 Determinación de la estabilidad y flujo Marshall
- Se colocaron las briquetas a ensayar en el baño de agua a una temperatura de 60 ºC
durante treinta (30) minutos.
- Transcurridos los treinta (30) minutos se extrajeron las briquetas del agua y se procedió
a secar su superficie con un paño limpio. Seguidamente se colocó la briqueta en la
mordaza de la prensa y sobre la barra guía de dicha mordaza se colocó el medidor de
flujo.
- Con el equipo listo, se aplicó una carga de deformación constante a la briqueta de 2
pulgadas por minuto en la prensa que se muestra en la Figura 4.7 (a) hasta que ocurra la
falla. Se registró el valor de estabilidad Marshall y el valor del flujo.

44
Figura 4.7 (a) Prensa Humboldt MFG, Master Loader, (b) Mordaza.
4.2.4 Determinación de la gravedad específica teórica máxima y la densidad de las mezclas
bituminosas para pavimentación.
Este ensayo fue realizado según lo que especifica el procedimiento FLNV-POP-aa-001[29]
, para
la determinación de la de la gravedad específica teórica máxima y la densidad de las mezclas
bituminosas para pavimentación en las mezclas asfálticas no compactadas, con fundamento en la
norma ASTM 2041.
Materiales
 Balanzas.
 Bomba de vacío.
 Termómetro.
 Recipiente Rice.
 Lámina de vidrio.
 Tamiz 3/8.
Procedimiento
Para la ejecución de este ensayo se llevaron a cabo los siguientes pasos:
- Se pesó el recipiente Rice vacío cubierto con la lámina de vidrio y a continuación se
registró el valor obtenido.

45
- Se agregó agua destilada al recipiente asegurándose que ésta presente una temperatura
igual a 25 ºC. Seguidamente se cubrió con la lámina de vidrio y se pesó el conjunto. Se
registró el valor obtenido.
- Luego de establecer estos dos valores, se procedió a preparar la muestra realizando el
cuarteo de la misma hasta reducirla en dos partes las cuales fueron dispuestas en un
mismo recipiente y pesadas.
- Una vez pesada la muestra, se dispuso en el tamiz 3/8 para separar la fracción fina de la
fracción gruesa. Seguidamente se tomó el recipiente Rice y se agregó primero la fracción
fina y luego la gruesa, como lo especifica la norma, con el fin de facilitar la extracción de
los vacíos de aire.
- Se pesó el recipiente junto con la muestra y cubierto con la lámina de vidrio.
Posteriormente se agregó el agua destilada hasta que la muestra quede cubierta y se
conectó el Rice a la bomba de vacío durante un tiempo aproximado de 30 minutos como
se observa en la Figura 4.8, incorporando períodos de agitación.
- Se tomó el recipiente y se determinó la temperatura del agua del mismo para asegurarse
de que esté a 25ºC, seguidamente se cubrió el recipiente con la lámina de vidrio y se pesó
el conjunto. Se registró el valor obtenido.
Figura 4.8 Extracción de vacíos con recipiente Rice.

46
Posterior a la obtención de los pesos registrados se realizaron los cálculos pertinentes para la
obtención de la gravedad específica teórica máxima y la densidad de las mezclas bituminosas
para pavimentación a través de las relaciones siguientes:
4.3
Donde:
: Peso muestra (g).
: Peso frasco + muestra (g).
: Peso del frasco (g).
4.4
Donde:
: Peso frasco + agua (g).
: Peso Frasco + muestra + agua, después del vacío parcial (g).
: Peso de un volumen de agua igual a la muestra (g).
4.5
Donde:
: Peso específico máximo teórico de la mezcla.

47
4.2.5 Determinación del porcentaje de vacíos en la mezcla
Una vez obtenido el valor de la densidad real de la briqueta y el peso específico máximo teórico
de la muestra, se realizaron los cálculos pertinentes a la obtención del porcentaje de vacíos en el
núcleo extraído directamente de la carpeta colocada, o bien de las briquetas realizadas en el
laboratorio con variación en la temperatura de compactación.
Se estableció entonces la relación entre el y como se muestra a continuación:
4.6
Donde:
: Porcentaje de vacíos de la mezcla asfáltica.

48
4.3 Procedimiento para la inspección de las MAC con cámara termográfica
Para la incorporación de la termografía infrarroja en el control de calidad de las mezclas
asfálticas en caliente, se evaluó el desempeño de la misma en una mezcla tipo P-401
caracterizada por ser un diseño de granulometría gruesa, la cual fue empleada para la
rehabilitación de las rampas del Instituto Aeropuerto Internacional de Maiquetía (I.A.I.M) por la
empresa Invercampa y con procedencia de la planta Mixer Construcciones. Las especificaciones
para esta mezcla según la norma europea para la elaboración de concreto asfáltico bituminoso
FAA-P-401[30]
se detallan en el ANEXO B.
El estudio comenzó con la adaptación de la cámara y del operador al sitio de trabajo. Se realizó
una observación general de las condiciones ambientales y se identificaron las variables que
podrían afectar las mediciones; la velocidad del viento, la temperatura ambiente y la intensidad
de la luz solar.
El procedimiento de inspección comienza con el registro de la temperatura de salida del camión
a obra, siendo ésta en promedio unos 160ºC. Seguidamente se procede a determinar la
temperatura de llegada del camión a obra introduciendo el termómetro de dial directamente en la
tolva de la extendedora una vez que la mezcla estaba siendo descargada, siendo ésta en promedio
unos 155ºC. Se empleó el formulario FLNV-FOP-END-005, considerado las variables que
deberían tenerse en cuenta así como también la ubicación de los puntos fríos detectados, el
nombre de la obra, el tipo de mezcla, entre otros como se observa en el ANEXO C.
Para dar inicio al control de la emisividad se colocó el termómetro de dial en la carpeta
colocada una vez que arrancó la extendedora, se hizo el ajuste correspondiente entre termómetro
y cámara para llevar el gradiente térmico a cero y se anotó el valor de la emisividad para esa
condición. Se realizó un mapeo general de la mezcla colocada detrás del paso de la extendedora
verificando la aparición de discontinuidades.
Este proceso se ejecutó por cada camión descargado llegando a evaluar un total de 1595
toneladas. Una vez que se realizaba el mapeo de la colocación se procedió a ejecutar la toma de
imágenes térmicas, si la mezcla resultaba homogénea detrás de la extendedora para ese camión se

49
regresaba al paso de control de temperatura con comparación con termómetro de dial como se
puede apreciar en la Figura 4.9. De lo contrario, se procedió a evaluar la zona estableciendo un
perímetro de observación alrededor del área afectada con la finalidad de descartar problemas
relacionados con reflexión o bien sombras que pudiesen alterar la imagen en el termograma.
Luego de esta verificación se comprobó que existiese en efecto un diferencial de temperatura
haciendo uso del termómetro de contacto midiendo directamente sobre la zona que se identificó
en la cámara como segregada, a fin de evitar confusiones relacionadas con segregación del tipo
granulométrico la cual es detectada por la cámara de la misma manera que un gradiente de
temperatura .[31]
Se identificó el punto frío con un odómetro, el cual es un equipo que consta de una rueda y un
indicador de la distancia recorrida para tener una medida de referencia, y luego de la
compactación del tramo correspondiente se inició con la toma de densidades con densímetro
nuclear. Finalmente se ubicó con pintura blanca la ubicación del núcleo que sería extraído para la
comprobación de densidades y el porcentaje de vacíos.
El trabajo de mayor envergadura fue realizado en las instalaciones del I.A.I.M dada las
exigencias del contexto, sin embargo con fines comparativos se realizó la evaluación de la
colocación de una mezcla asfáltica tipo M12 (ver ANEXO D) en el sector de Playa Pintada vía
Higuerote y en el Distribuidor Metropolitano Petare-Guarenas. Las especificaciones de estas
mezclas están sujetas a las condiciones que se exponen en la Norma COVENIN 2000-1987.[32]
De la misma manera, se realizó el procedimiento de ubicación de segregación térmica en ambas
mezclas, llegándose a controlar un total de 400 toneladas provenientes de la planta Constructora
Arpigra en el Distribuidor Metropolitano, y 250 toneladas provenientes de la planta Pavimir en el
sector de Playa Pintada.

50
Procedimiento de inspección en
colocación de las MAC con
termografía IR
Toma de
temperatura con
dial en la tolva de
la finisher
Toma de
temperatura con
dial en la carpeta
extendida
Comparación de
temperatura dial-
cámara
Ajuste de
emisividad
Monitoreo de la
colocación detrás
de la extendedora
Homogéneo?
SI
Captura de
imagen
NO
Toma de
densidades con
densímetro
Ubicación de los
puntos para
extracción de
núcleos
Comprobación
de la
temperatura con
dial
Perímetro de
observación y
ubicación de
punto frío
Figura 4.9 Flujograma de procesos para la inspección por termografía infrarroja aplicada a las
mezclas asfálticas en caliente.

51
4.3.1 Toma de densidades en tres puntos con densímetro nuclear
Luego de la identificación de puntos fríos con la cámara termográfica se procedió a realizar las
mediciones para determinación de densidad con un densímetro nuclear marca Troxler 3430.
El equipo se utiliza en la modalidad de retrodispersión sobre asfalto compactado. Para esto se
introduce en el equipo el valor del Rice de la mezcla de ese día obtenido en el laboratorio, y
comparando los resultados el densímetro arroja el porcentaje de compactación y la densidad de la
mezcla en ese instante.
La obtención de densidades se realizó según lo indicado en la norma AASHTO T 310[33]
, a
través de la medición de valores en tres puntos con una rotación de 90º para cada medición dentro
de la zona a analizar, tal y como se muestra en la Figura 4.10, con el objeto de obtener una
densidad final promedio del área que se desea estudiar.
Se realizaron un total de 42 mediciones contando las realizadas en los puntos fríos observados y
los puntos calientes próximos, para posteriormente realizar las respectivas comparaciones.
Figura 4.10 Determinación de densidades con densímetro nuclear en tres puntos con rotación de 90º.

52
4.3.2 Extracción de núcleos
Se extrajeron, como se observa en la Figura 4.11, un total de ocho (8) núcleos entre los cuales
se encuentran los identificados como puntos fríos y puntos calientes para su respectiva
comparación según lo especificado en el procedimiento FLNV-POP-aa-030[34]
, para la selección
aleatoria de extracción e identificación en campo de muestras en carpeta asfáltica existente, con
fundamento en la norma AASHTO T-168-03.
Materiales y procedimiento para la extracción de núcleos (core-drill)
 Codrilera (equipo mecánico de corte).
 Cinta métrica.
 Broca.
 Pinza para extracción de núcleos.
 Envase con agua.
Figura 4.11 Las flechas señalan el procedimiento: (a) Corte con codrilera, (b) extracción del núcleo
con pinza.
Cada uno de estos núcleos fue ensayado determinando su espesor con un vernier y verificando
que fuese del espesor de la carpeta asfáltica colocada (10 cm aproximadamente), y la densidad
real como se describe en el punto 4.2.2 de este capítulo. Una vez obtenida la densidad real del
núcleo, y con el valor del Rice del día para la mezcla colocada, se procedió a la obtención de los
porcentajes de vacíos según lo que indica la Ecuación 4.6.

53
CAPÍTULO 5
RESULTADOS Y DISCUSIONES
5.1 Ajuste de la emisividad
La emisividad es un factor determinante en el análisis cuantitativo de un termograma,
sobreestimar la emisividad durante la medición, conlleva a subestimar con la cámara
termográfica la temperatura real de la superficie. En este sentido, si se desea obtener una mejor
aproximación de la temperatura que se mide en una superficie es necesario verificar cual es el
rango de emisividad que funciona para cada material según sus características.
Existen pocas referencias del ajuste de estos valores para el caso de una inspección de mezclas
asfálticas en caliente por termografía infrarroja, sin embargo estudios desarrollados en la
Universidad Politécnica de Cataluña[35]
sugieren la variación experimental de la superficie de
diversos materiales para evaluar cuáles son los valores más apropiados de emisividad, de manera
que se mejoren los resultados obtenidos durante una inspección en edificaciones.
En dicha investigación se realizó un análisis de la emisividad en pinturas de exteriores y
materiales de proveniencia calcárea o silícea, observando que cada uno arroja valores de
emisividades distintas. Este mismo principio fue aplicado al análisis de emisividad de una mezcla
asfáltica en caliente variando el porcentaje de cemento asfáltico, con lo que se obtuvo una
variación en la superficie de los agregados cubierta con CA, como puede observarse en la Figura
5.1.
Figura 5.1 Influencia en los agregados de la variación del %CA en la mezcla experimental. El
círculo señala el agregado completamente cubierto.

54
A continuación se muestran los resultados de la variación de la emisividad de la mezcla
asfáltica experimental (ver ANEXO A) en función del porcentaje de cemento asfáltico. Como se
observa en la Tabla 5.1 se obtuvo que la emisividad aumenta en función del %CA, esto bajo la
hipótesis de que el cemento asfáltico se supone como un cuerpo negro y al aumentar su
concentración aumentará la emisividad ya que se acerca más a la definición de emisor perfecto.
En este caso, se observa que el valor de la emisividad para la mezcla con un porcentaje óptimo
de cemento asfáltico (6%) corresponde a 0,89 ± 0,07.
Tabla 5.1 Emisividades promedio estimadas experimentalmente, en función de la variación del
porcentaje de cemento asfáltico.
(ε ± desv) %CA
0,78 ± 0,06 4
0,80 ± 0,05 4,5
0,82 ± 0,06 5
0,85 ± 0,06 5,5
0,89 ± 0,07 6
Es de considerar que las mediciones obtenidas se encuentran sujetas a múltiples variables que
pueden afectar las condiciones experimentales. En este caso la desviación estándar para las
mediciones estuvo comprendida entre un rango de 0,05 a 0,07. La progresión lineal que se
observa en la Figura 5.2 muestra los valores obtenidos de emisividad en función del porcentaje
de cemento asfáltico.
Figura 5.2 Emisividad promedio estimada en función del porcentaje de cemento asfáltico.
ε = 0,05(%CA) + 0,56
R² = 0,97
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
1
3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
EmisividadPromedio
Estimada(ε)
%CA

55
El control de la emisividad se extendió además, al estudio en campo directamente durante la
colocación de la mezcla tipo P-401 en el I.A.I.M con el objeto de comparar los valores de esta
medición con los resultados experimentales. Para este caso se siguió el procedimiento descrito en
la Figura 4.9, en donde la comparación entre el termómetro de dial y la cámara termográfica fue
realizada siguiendo un rango de emisividades que según la bibliografía corresponden al asfalto,
sin embargo en algunos casos no se especifica si se trata de cemento asfáltico o pavimento.
En la Tabla 5.2 se muestra una tabla de referencias que ilustra los diversos valores de
emisividad para el concreto asfáltico que aparecen en la bibliografía consultada.
Tabla 5.2 Valores referenciales de emisividad para el asfalto.
Referencia Emisividad Observación
[36]
0,90-0,98 Asfalto
[37]
0,88 Asfalto
[38]
0,90-0,98 Asfalto
[39]
0,85-0,93 Pavimento de asfalto
[40]
0,85-0,93 Pavimento de asfalto
[41]
0,90 Pavimento de asfalto
En la Tabla 5.3 se muestran los resultados obtenidos para el ajuste anteriormente mencionado.
Se identificó la emisividad en un rango comprendido entre 0,90 y 0,98 y se ajustó el valor de
temperatura en la cámara con el objeto de obtener los gradientes de temperatura (dial-cámara)
específicos para cada valor de ε. Se observa que para una emisividad igual a 0,90 se obtienen los
menores deltas de temperatura con un valor de (1,5 ± 0,5) ºC.
Dentro de este ajuste se encontró que la variación de los rangos de emisividad no se prolongó
hasta 0,85-0,88 como indica la literatura consultada según la Tabla 5.2 puesto que para estos
valores los gradientes de temperatura entre el termómetro de dial y la cámara se hacen negativos.
Esta condición no coincide con la realidad dado que la cámara termográfica, según la teoría de
radiación, mide sólo la temperatura de la superficie la cual tendrá un menor valor que la
temperatura en el centro de la mezcla tal como se describe en el punto 2.4.2.3 con el modelo de
transferencia de calor para un medio compuesto.

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