Asfalto

Asfalto Concepto: Mezcla sólida y compacta de hidrocarburos y de minerales mayormente empleada en la pavimentación de calzadas.

Asfalto. Mezcla sólida y compacta de hidrocarburos y de minerales que mayormente es empleada para construir el pavimento de las calzadas.

Ventajas sobre otros elementos

• Proporciona una buena unión y cohesión entre agregados, incrementando por ello la resistencia con la adición de espesores relativamente pequeños.
• Capaz de resistir la acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los Vehículos.
• Impermeabiliza la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de las precipitaciones.
• Proporciona una estructura de pavimento con características flexibles. En la mayoría de los casos, al asfalto utilizado para pavimentar las calles, es el residuo de las refinerías después de haber destilado del petróleo crudo una gran cantidad de otros productos.

Obtención

El asfalto que se utilizó en épocas pasadas fue el asfalto natural; el cual se encuentra en la Naturaleza en forma de yacimientos que pueden explotarse sin dificultad y cuyo empleo no requiere de operaciones industriales de ningún tipo para su preparación.

Estos yacimientos se han producido a partir del Petróleo por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles dejando las asfálticas. A este asfalto se le llama frecuentemente asfalto de lago. Los yacimientos más importantes de asfaltos naturales se encuentran en los lagos de Trinidad, en la isla de Trinidad en la costa norte de Venezuela.

Casi siempre se encuentran en las rocas asfálticas, que son rocas porosas saturadas de asfalto. Sin embargo, se puede obtener artificialmente como producto de la refinación, donde las cantidades de asfalto residual varían según las características del crudo; pudiendo oscilar entre el 10 y el 70%.

Este asfalto se produce en una variedad de tipos y grados que van desde sólidos duros y quebradizos a líquidos casi tan fluidos como el agua. La forma semisólida conocida como betún asfáltico es el material básico. Los productos asfálticos líquidos se preparan, generalmente, diluyendo o mezclando los betunes asfálticos con destilados del petróleo o emulsificándolos con agua.

Actualmente más del 90% de los asfaltos utilizados como ligantes en las mezclas asfálticas son producidos por la destilación fraccionada del crudo. Este proceso de destilación fraccionada o refinación del crudo comienza con su llegada en tanques cilíndricos, desde donde es bombeado a las unidades de destilación primaria, después de la deshidratación y desalación.

El petróleo se hace circular por el interior de un horno alcanzando elevadas temperaturas, donde se vaporiza parcialmente para luego pasar a la torre atmosférica, en la cual, por diferencia de temperaturas de condensación (punto inicial y punto final), se obtiene las fracciones más livianas, como los gases de cima, la nafta, el Combustible para avión), el queroseno y el gasóleo atmosférico.

Los elementos más volátiles alcanzan los niveles más altos del las torres y los más pesados no logran ascender. El crudo residual constituido por los componentes más pesados del petróleo y que no se lograron vaporizar a estas condiciones de presión y temperatura, pasan a una destilación al vacío donde se recuperan los gasóleos de vacío.

En el fondo de la torre de vacío, se obtienen los residuos finales de esta destilación; que se conoce con el nombre de fondos de vacío. Si las características del crudo de alimentación son adecuadas, estos fondos de vacío son empleados directamente como asfalto para pavimentación; en caso contrario, el fondo es sometido a otros procesos. Se somete a tratamiento con disolventes de desasfaltado donde se extraen un poco más de gasóleos.

Causas y correcciones

Las averías en los antiguos pavimentos bituminosos se deben usualmente a un proyecto del pavimento inadecuado para el tráfico existente, a una compactación insuficiente durante la construcción o ambas causas. El proyecto incorrecto de las mezclas asfálticas pueden dar lugar también a varios tipos de averías.

Un exceso de asfalto, especialmente en mezclas con elevado porcentaje de agregados puede dar lugar a ondulaciones de la superficie. Un contenido de asfalto insuficiente puede dar lugar a agrietamiento o desintegración de la superficie.

El agrietamiento por fatiga puede deberse a una deflexión excesiva del pavimento o a que la mezcla sea quebradiza. El pavimento puede ser quebradizo porque el asfalto se haya endurecido excesivamente por cualquier causa o porque el contenido del asfalto sea insuficiente.

Los pavimentos asfálticos pueden averiarse por defecto de la resistencia de la cimentación, debido frecuentemente al mal drenaje. El agua es la principal causa de averías en las estructuras de los pavimentos.

Técnicas para la corrección de pavimentos (con asfalto)

Se dispone de gran variedad de materiales y técnicas aplicables a la corrección de los diversos tipos de averías. Algunos tipos de ellos, que pueden emplearse aisladamente o combinados con otros son:

• Tratamientos superficiales: a los que se refiere al principio de este capítulo. Riego en negro, sólo o con Arena, Gravilla; sellado con lechada asfáltica o el tratamiento superficial múltiple.

• Mezclas para bacheo: mezclas en caliente, que son áridos mezclados con betún asfáltico de gran penetración para uso inmediato. Las mezclas en frío son los áridos en una instalación central con asfalto líquido para uso inmediato o almacenaje. Las mezclas en frío almacenables es una mezcla de los áridos locales con asfaltos líquidos de curado medio o lento que se almacena para uso futuro.

Sea cual sea el tratamiento que se escoja, según la avería, siempre es necesario limpiar o barrer el área que se va a reparar; eliminar el agua; si es necesario acondicionar el orificio o grieta, los costados deben ser aproximadamente verticales y se deben hacer en la dirección del tráfico. Si es necesario se debe apisonar el relleno.

Pruebas o ensayos

Básicamente el asfalto es utilizado para la producción de emulsiones asfálticas. El asfalto se presenta en una amplia variedad de tipos y grados normalizados. Con el fin de conocer o controlar la cantidad de asfaltos, se someten a ensayos específicos. Los siguientes son algunos de esos ensayos de laboratorio para asegurar que se cumplan las normas.

Penetración

El ensayo de penetración determina la dureza o consistencia relativa, midiendo la distancia que una aguja normalizada penetra verticalmente a una muestra de asfalto en condiciones especificadas de temperatura, carga y tiempo.

Viscosidad

La finalidad del ensayo de viscosidad es determinar el estado de fluidez de los asfaltos a las temperaturas que se emplean durante su aplicación. Punto de ablandamiento: Los asfaltos son materiales termoplásticos, por lo cual no puede hablarse de un punto de fusión en el término estricto de la palabra. Se establece entonces un punto de ablandamiento, determinado por la temperatura a la que alcanza un determinado estado de fluidez.

Ductilidad

La presencia o ausencia de ductilidad tiene, usualmente, mayor importancia que el grado de ductilidad existentes. Los asfaltos dúctiles tienen normalmente mejores propiedades aglomerantes. Por otra parte, asfaltos con un ductilidad muy elevada son usualmente susceptibles a los cambios de temperatura.

Punto de inflamación

El punto de inflamación o punto de chispa, indica la temperatura a la que puede calentarse el material, sin peligro de inflamación en presencia de llama libre. Esta temperatura, usualmente, es muy inferior a aquella a la que el material ardería o su punto de fuego. Por lo tanto, éste análisis sirve como prueba de seguridad en la operación de las plantas asfálticas en caliente.

Ensayo en horno de película delgada

Este ensayo se emplea para prever el endurecimiento que puede esperarse se produzca en el asfalto durante las operaciones de mezclado. Esta tendencia al endurecimiento se mide por ensayos de penetración realizados antes y después del tratamiento en el horno.

Solubilidad

El ensayo de solubilidad determina el contenido de betún en el betún asfáltico. La porción de betún asfáltico soluble en sulfuro de carbono está constituida por los elementos aglomerantes activos.

Peso específico

Aunque normalmente no se especifica, es útil para hacer las correcciones de volumen cuando éste se mide a temperaturas elevadas. Se emplea, también, como uno de los factores para la determinación de los huecos en las mezclas asfálticas para pavimentaciones compactadas.

El peso específico es la relación de peso de un volumen determinado del material al peso de igual volumen de agua, estando ambos a temperaturas especificadas.

Destilación

El ensayo de destilación se emplea para determinar las proporciones relativas de asfaltos y disolventes presentes. El ensayo se realiza colocando una cantidad específica de cutback en un matraz de destilación conectado a un condensador.

Contenido de humedad

Se coloca en una retorta de metal un volumen medido de asfalto que se mezcla perfectamente con un disolvente de tipo nafta. La retorta está provista de un condensador de reflujo y que descarga en un colector graduado. Se aplica calor a la retorta y el agua contenida en la muestra se recoge en el colector.

Flotador

El ensayo del flotador se hace sobre el residuo de destilación de los asfaltos líquidos del tipo de curado lento. Ensayo de tamizado: El ensayo de tamizado complementa al de sedimentación. Se emplea para determinar cuantitativamente el porcentaje de asfalto presente en forma de glóbulos relativamente grandes

Tipos de Asfaltos

Asfaltos oxidados o soplados

Estos son asfaltos sometidos a un proceso de deshidrogenación y luego a un proceso de polimeración. A elevada temperatura se le hace pasar una corriente de aire con el objetivo de mejorar sus características y adaptarlos a aplicaciones más especializadas. El proceso de oxidación produce en los asfaltos aumento del peso específico y aumento de la viscosidad.

Asfaltos sólidos o duros

Asfaltos con una penetración a temperatura ambiente menor que 10. Además de sus propiedades aglutinantes e impermeabilizantes, posee características de flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la acción de la mayoría de los ácidos, sales y alcoholes.

Fluxante o aceite fluxante

Fracción de petróleo relativamente poco volátil que puede emplearse para ablandar al asfalto hasta la consistencia deseada; frecuentemente se emplea como producto básico para la fabricación de materiales asfálticos para revestimientos de cubiertas.

Asfaltos líquidos

También denominados asfaltos rebajados o cutbacks, son materiales asfálticos de consistencia blanda o fluida por lo que se salen del campo en el que normalmente se aplica el ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300.

Asfalto de curado rápido

Cuando el disolvente es del tipo de la nafta o gasolina, se obtienen los asfaltos rebajados de curado rápido y se designan con las letras RC(Rapid Curing), seguidos por un número que indica el grado de viscosidad cinemática en centiestokes. 2.

Asfalto de curado medio

Si el disolvente es queroseno, se designa con las letras MC(Medium Curing), seguidos con un número que indica el grado de viscosidad cinemática medida en centiestokes.

Asfalto de curado lento

Su disolvente o fluidificante es aceite liviano, relativamente poco volátil y se designa por las letras SC(Slow Curing), seguidos con un número que indica el grado de viscosidad cinemática medida en centiestokes.

Road oil

Fracción pesada del petróleo usualmente uno de los grados de asfalto líquido de curado lento(SC).

Emulsiones asfálticas

Son parte de los asfaltos líquidos.

Emulsión asfáltica inversa

Eulsión asfáltica en la que la fase continua es asfalto, usualmente de tipo líquido, y la fase discontinua está constituida por diminutos glóbulos de agua en porción relativamente pequeña.

Roca asfáltica

Roca porosa como arenisca o caliza, que se ha impregnado con asfalto natural a lo largo de su vida geológica.

Producto asfáltico de imprimación

Asfalto líquido de baja viscosidad que penetra en una superficie no bituminosa cuando se aplica a ella.

Pintura asfáltica

Producto asfáltico líquido que a veces contiene pequeñas cantidades de otros materiales como negro de humo, polvo de aluminio y pigmentos minerales.

Gilsonita

Tipo de asfalto natural duro y quebradizo que se presenta en grietas de rocas o filones de los que se extrae.

Productos prefabricados

Para rellenos de juntas

Tiras prefabricadas de asfalto mezclado con sustancias minerales muy finas, materiales fibrosos, corcho, etc., de dimensiones adecuadas para la construcción de juntas.

Paneles

Compuestos generalmente de una parte central de asfalto, minerales y fibras, cubierta por ambos lados con una capa de fieltro impregnado de asfalto y revestido en el exterior con asfalto aplicado en caliente.

Tablones

Mezclas premoldeadas de asfalto, fibras y filler mineral, reforzadas a veces con malla de acero o fibra de vidrio.

Bloques

Hormigón asfáltico moldeado a alta presión.

Composición Química y Física

Antes que el intercambio de crudo, en el mercado, fuera algo corriente; las refinerías rara vez cambiaban sus fuentes de abastecimiento de crudo. Esto llevo a que las fuentes de asfalto tuvieran, también, propiedades consistentes. Al integrarse el cambio del abastecimiento de crudo de las refinerías se crearon más variaciones en las propiedades del asfalto, tanto físicas como químicas.

De estas variaciones, salió la necesidad de poderse evaluar el comportamiento del asfalto ante condiciones particulares y predecir su rendimiento en términos de conocidas formas de esfuerzo. Aún así, algunas propiedades físicas y químicas siguen siendo constantes en todos los tipos de asfaltos.

Propiedades físicas

El asfalto es un material aglomerante, resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero; capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo acción de calor o cargas permanentes. Componente natural de la mayor parte de los petróleos, en los que existe en disolución y que se obtiene como residuo de la destilación al vacío del crudo pesado.

Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de áridos con las que se le combina usualmente. Su color varía entre el café oscuro y el negro; de consistencia sólida, semisólida o líquida, dependiendo de la temperatura a la que se exponga o por la acción de disolventes de volatilidad variable o por emulsificación.

Composición química

Es de mucha utilidad un amplio conocimiento de la constitución y composición química de los asfaltos, para el control de sus propiedades físicas y así obtener un mejor funcionamiento en la pavimentación. Al igual que el petróleo crudo, el asfalto, es una mezcla de numerosos hidrocarburos parafínicos, aromáticos y compuestos heterocíclicos que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno; casi en su totalidad solubles en sulfuro de carbono.

La mayoría de los hidrocarburos livianos se eliminan durante el proceso de refinación, quedando los más pesados y de moléculas complejas. Al eliminar los hidrocarburos más ligeros de un crudo, los más pesados no pueden mantenerse en disolución y se van uniendo por absorción a las partículas coloidales ya existentes, aumentando su volumen dependiendo de la destilación que se les dé. Las moléculas más livianas constituyen el medio dispersante o fase continua.

Los hidrocarburos constituyentes del asfalto forman una solución coloidal en la que un grupo de moléculas de los hidrocarburos más pesados (asfáltenos) están rodeados por moléculas de hidrocarburos más ligeros (resinas), sin que exista una separación entre ellas, sino una transición, finalmente, ocupando el espacio restante los aceites.

Un concepto más amplio sobre la constitución es que el asfalto consta de tres componentes mayoritarios. El primero se describe como una mezcla de asfáltenos que son moléculas complejas de alto peso molecular, insoluble en hidrocarburos parafínicos y soluble en compuestos aromáticos como el benceno. El segundo componente descrito es una mezcla de resinas y el tercero aceite mineral.

Estos tres constituyen un sistema coloidal como el explicado anteriormente. Los asfáltenos cargan con la responsabilidad de las características estructurales y de dureza de los asfaltos, las resinas le proporcionan sus propiedades aglutinantes y los aceites la consistencia adecuada para hacerlos trabajables. Los asfaltos contienen fracciones bituminosas insolubles en parafinas. Como ya se dijo, cerca del 90 al 95% del peso del asfalto esta compuesto por carbono e hidrógeno, o lo que se había denominado como hidrocarburos.

Fuentes

• www.arqhys.com