Cómo se hace el asfalto?

El siguiente vídeo presenta cómo es la formación del asfalto, desde los yacimientos del petróleo  y su destilación en crudo, ya que éste pertenece a los derivados del petróleo. Se mostrará todo el proceso que interviene en la elaboración del asfalto, para darle un uso muy particular que es la pavimentación de carreteras.

Comportamiento Fisico-Mecánico del Asfalto

El comportamiento del cemento asfáltico esta basado en su naturaleza visco-elástica; entonces, la conducta del mismo está en función tanto de las condiciones de carga como la temperatura. Asimismo, tal conducta también depende del envejecimiento del asfalto. En la imagen se muestra que las altas temperaturas en un corto periodo de tiempo, son directamente proporcionales a lo que ocurre a bajas temperaturas en un largo periodo de tiempo.

Reacción del Asfalto ante Altas Temperaturas

El cemento asfáltico expuesto a temperaturas extremadamente calurosas, como los desiertos, o a condiciones de velocidad y cargas sostenidas, como un trailer a velocidad lenta, puede comportarse como un liquido viscoso, por esta razón que se le considera un fluido Newtoniano, puesto que hay una conducta lineal entra la fuerza de resistencia y la velocidad relativa.

A los líquidos viscosos como el cemento asfáltico también se les conoce como "plásticos", ya que una vez que comienzan a fluir pierden su forma y jamas la recuperan, es por esta razón que cuando aplicas este tipo de mezclas en caliente sobre todo en un día caluroso, ésta tiende a fluir bajo el tránsito vehicular y el peso del mismo, en pocas palabras su conducta es la de un plástico, lo que puede ocasionar roderas y movimientos de las intersecciones. al mismo tiempo que pierde adherencia entre el agregado y el asfalto, lo cual puede ocasionar un desprendimiento de la carpeta asfáltica.

 

Reacción del Asfalto ante Bajas Temperatura

Como antes mencionado, las condiciones climatológicas pueden llegar a afectar el comportamiento del cemento asfáltico  en este caso al ser expuesto a temperaturas bajas, o al ser expuesto al tráfico pesado a una alta velocidad generando cargas repetitivas, tiende a comportarse como un solido elástico  contrario a los líquidos "plásticos" que se comentaron anteriormente, y con la diferencia de que estos tienen la capacidad para recuperar su forma original una vez que la carga se da desplazado, pero si se exceden  la capacidad de carga, los sólidos líquidos no se expandirán simplemente se fracturaran.

Para comprender esto mejor, se debe decir que las tensiones internas que sufre el asfalto se acumulan en el pavimento en el momento en el que este intenta contraerse, al mismo tiempo que es detenido por la subcapa del camino, por lo que se forman hendiduras transversales en la superficie de la misma debido al cambio de temperatura; es por esta razón que esta mezcla se considera frágil.

Reacción del Asfalto a Temperatura Ambiente

Cuando el cemento asfáltico se encuentra a temperatura ambiente, la capa asfáltica tienda a comportarse de las dos formas descritas anteriormente, liquida plástica y solida elástica  lo cual permite que el asfalto tenga una buena adherencia con el agregado. Por otro lado esto explica el buen funcionamiento de éste. porque utiliza las ventajas de ambos estados, por un lado al calentarse se fluidifica cubriendo el agregado, formando así una mezcla. Después una vez que el asfalto se enfría  este trabaja como ligante uniendo el agregado formando una mezcla solida, la cual, en su estado final se comporta de manera visco-elástica.

Envejecimiento del Asfalto

La "oxidación" es una reacción química del asfalto cuando éste entra en contacto con el ambiente, la cual afecta al cemento asfáltico ocasionando que se vuelva mas frágil  ya que existe un endurecimiento excesivo de la carpeta asfáltica  Y a pesar de que esta reacción generalmente se da en forma lenta, ésta puede acelerarse cuando el asfalto está expuesto a altas temperaturas. Por otro lado las carpetas asfálticas con un numero considerable de años, por no llamarlas antiguas, o las que sufrieron una mal compactación son candidatas perfectas para presentar oxidación  la primera por el deterioro, y la segunda por que al estar mal compactada sufre un mayor porcentaje de vacíos, lo cual genera una mayor penetración del oxigeno a la mezcla.

Uso del Asfalto

Como el asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas permanentes, presenta las propiedades ideales para la construcción de pavimentos cumpliendo las siguientes funciones:

§  Impermeabilizar la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de la precipitación.

§  Proporciona una íntima unión y cohesión entre agregados, capaz de resistir la acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los vehículos. Igualmente mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo disminuir su espesor.

colocación de Asfalto en Vías

Colocación de Asfalto en Techo (Impermeabilización)

Ensayos

ENSAYO EN EL HORNO DE LÁMINA ASFÁLTICA DELGADA EN MOVIMIENTO

1.OBJETIVO

Este método se emplea para medir el efecto del calor y del aire, sobre una lámina delgadaen movimiento, de materiales asfálticos semisólidos. Los efectos de este procedimiento sedeterminan a partir de la medición de ciertas propiedades del asfalto, antes y después delensayo.

2. RESUMEN

Se calienta la película de material asfáltico en movimiento en un horno a 163° C (325°F),durante 85 minutos. Los efectos del calor y del aire se determinan a partir de los cambios,en los valores de los ensayos físicos efectuados antes y después del tratamiento en elhorno. Se proporciona un procedimiento opcional para determinar el cambio con base enel peso de la muestra.La precisión de los valores obtenidos ha sido desarrollada para viscosidades a 60° C(140° F) y ductilidades a 15.6° C (60° F).

3. UTILIDAD

Este método indica el cambio producido en las propiedades del asfalto durante el procesoconvencional de mezclado en caliente, aproximadamente a una temperatura de 150° C(302° F), mediante medición de la viscosidad. Si se desea, se pueden efectuar tambiénmedidas de la penetración o de la ductilidad. Lo anterior produce un residuo que seaproxima a la condición del asfalto, cuando se incorpora en el pavimento. Si latemperatura de mezclado difiere apreciablemente de 150° C (300°F), se presentará sobrelas propiedades un efecto mayor o menor.

4. RESULTADOS

Se reporta el cambio de masa como el promedio de dos recipientes, expresado comoporcentaje respecto de la masa inicial, con aproximación a 0.001%. La pérdida de masapuede ser reportada como un número negativo. La ganancia de masa puede ser reportada como un número positivo

 AGITADOR

ENSAYO AL HORNO DE LÁMINA ASFÁLTICA DELGADA

OBJETIVO

Determinar el efecto del calor y del aire sobre una película de materiales asfálticossemisólidos. Los efectos de este procedimiento se determinan a partir de la medición deciertas propiedades seleccionadas del asfalto, antes y después del ensayo.

1. RESUMEN

Se calienta una lámina de material asfáltico en un horno a 163° C (325° F) durante 5horas. Los efectos del calor y del aire se determinarán a partir de los cambios en laspropiedades físicas, medidas antes y después del tratamiento en el horno. Se presenta,además, un procedimiento alterno para determinar el cambio en la masa de la muestra.Los valores de precisión para el método han sido desarrollados para la viscosidad, cambiode viscosidad y de penetración, y cambio en la masa; no se ha definido precisión paraotras propiedades.

2. UTILIDAD

Este método indica el cambio aproximado producido en las propiedades del asfalto,durante el proceso convencional de mezclado en caliente a temperaturas alrededor de150° C (300°F), mediante la medición de la viscosidad, de la penetración o de laductilidad. Lo anterior produce un residuo que se aproxima a la condición del asfaltocuando se incorpora al pavimento.Si la temperatura de mezclado difiere apreciablemente de 150° C (300°F), se presentarásobre dichas propiedades, un efecto mayor o menor.

3. RESULTADOS

Los resultados de este ensayo pueden indicar una pérdida o ganancia en la masa dellígante asfáltico. Durante el ensayo los componentes volátiles se evaporan produciendouna disminución en la masa ó cuando el oxigeno reacciona con la muestra causando unaumento en la masa, la combinación de estos factores en la muestra, determinará, encualquier caso, una ganancia o una pérdida mayor. Es así como muestras con muy bajoporcentaje de componentes volátiles pueden exhibir usualmente una ganancia en lamasa, en tanto que muestras con alto porcentaje de componentes volátiles pueden exhibir usualmente una pérdida en la masa.

AUTOCLAVE  VERTICAL YAMATO PARA ESTERILIZACION  Y  SECADO 

Tipos de Asfalto

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 las siguientes modificaciones físicas: - Aumento del peso específico. 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).

Asfaltos emulsificados: Emulsiones asfálticas: Son parte de los asfaltos líquidos. Emulsión asfáltica inversa: emulsión 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 del Asfalto

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 afaltos, 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.

Equipos de Laboratorio

La Prensa

Estudio

Reseña Histórica

El asfalto es un componente natural de la mayor parte de los petróleos. La palabra Asfalto, deriva del acadio, lengua hablada en Asiría, en las orillas del Tigris superior, entre los años 1400 y 600 A.C. En esta zona se encuentra en efecto la palabra "Sphalto" que significa "lo que hace caer".  Luego la palabra fue adoptada por el griego, pasó al latín y, más adelante, al francés (asphalte), al español (asfalto) y al inglés (asphalt). Estudios arqueológicos, indican que es uno de los materiales constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado.

En el sector de la construcción, la utilización más antigua se remonta aproximadamente al año 3200 A.C. Excavaciones efectuadas en TellAsmer, a 80 km al noreste de Bagdad, permitieron constatar que los Sumerios habían utilizado un mastic de asfalto para la construcción.  Dicho mastic, compuesto por betún, finos minerales y paja, se utilizaba en la pega de ladrillos o mampuestos, en la realización de pavimentos interiores (de 3 a 6 cm de espesor), para tratamientos superficiales externos de protección y como revestimiento impermeable en los baños públicos.  Este género de aplicaciones se repite en numerosas regiones de Mesopotamia, al igual que en el Valle del Indo (Mohenjo-Daro).  A la sazón, los Egipcios le habían encontrado otra aplicación al betún, como relleno del cuerpo en trabajos de momificación, práctica que se extiende aproximadamente hasta el año 300 A.C.

Teniendo en cuenta el gran número de aplicaciones posibles y conocidas de los ligantes hidrocarbonados, es normal que se encuentren numerosas alusiones en la literatura al respecto.  Es así como en la Biblia, se menciona en varias oportunidades su uso- a propósito del Arca de Noé, de la Torre de Babel, de la Cuna de Moisés, de las Murallas de Jericó, etc.  Numerosas citaciones figuran en casi todos los libros Griegos o Latinos, que según los casos, describen los yacimientos de betún natural o de asfalto, la fabricación del alquitrán de madera, los diversos usos o curiosas propiedades de este producto. 

Los Arabes desarrollaron un uso medicinal al asfalto, el cual se extendió hasta nuestra época.  Se utiliza para el tratamiento de enfermedades a la piel y como desinfectante tópico. Dada las propiedades combustibles que presentan los ligantes hidrocarbonados, es que en la antigüedad se utilizaban con fines bélicos o destructivos, en forma de bolas de betún encendidas las cuales eran catapultadas y en forma de baños incandescentes, prolongándose hasta la Edad Media. Por último, cabe destacar el papel desempeñado por los ligantes hidrocarbonados en el calafateo y protección de los cascos de las embarcaciones.  

El betún natural fue descubierto a mediados del siglo XVI, en la Isla de Trinidad, por Cristóbal Colón.  Un siglo más tarde, Sir Walter Raleigh quedó asombrado ante este Lago de Betún y tomó posesión de él para la Corona Británica.

Se puede considerar que el 19 de agosto de 1681, abrió una nueva era para los ligantes hídrocarbonados, dado que los ingleses Joakin Becher y Henry Serie registraron una patente relativa a "un nuevo método para extraer brea y alquitrán del carbón de piedra", que según sus autores permitía obtener un alquitrán tan bueno como el de Suecia.

Mientras tanto, en 1712, el griego Eirini D'Eyrinis hizo otro descubrimiento: el yacimiento de asfalto de Va¡ de Travers en Suiza y luego el yacimiento de Seyssel en el Valle del Ródano.  A partir de estos yacimientos se elaboró el "mastic de asfalto", aplicado a revestimientos de caminos y senderos.  Las primeras aplicaciones tuvieron lugar en las afueras de Burdeos y en Lyon. En el año 1781, Lord Dundonald realiza los primeros estudios relativos a la calidad y utilización de la alquitrán de hulla y barniz de hulla.

En 1824, la firma Pillot et Eyquem comenzó a fabricar adoquines se asfalto, que en 1837 se utilizaron para pavimentar la Plaza de la Concordia y los Campos Elíseos en París.En 1852, la construcción de la carretera Paris-Perpiñan utilizó el asfalto de Val Travers, significando el comienzo de una nueva forma de construcción vial.  En 1869, se introduce el procedimiento en Londres (con asfalto de Val de Travers), y en 1870 en los Estados Unidos con similar ligante.  Desde esta época, el "asfalto" se implantó sólidamente en las vías urbanas y propició significativamente su uso vial.

La construcción del primer pavimento, tipo Sheet Asphalt, ocurre en 1876 en Washington D.C., con asfalto natural importado. En 1900 aparece la primera mezcla asfáltica en caliente, utilizada en la rue du Louvre y en la Avenue Victoria en París, la cual fue confeccionada con asfalto natural de la Isla de Trinidad.

A partir del año 1902, se inicia el empleo de asfaltos destilados de petróleo en los Estados Unidos, que por sus características de pureza y economía en relación a los asfaltos naturales, constituye en la actualidad la principal fuente de abastecimiento.

La aparición y desarrollo de la circulación automovilística en las carreteras de aquel entonces - de macadam a base de agua - provocaban grandes nubarrones de polvo, ello dio origen a los tratamientos superficiales a base de emulsiones en el año 1903, con objeto de enfrentar dicho inconveniente. En 1909 en Versalles, sobre el firme de una carretera con un tráfico diario de 5000 vehículos, se construyó una capa de aglomerado bituminoso de 5 cm de espesor. Así pues, en los albores del siglo XX, ya existían los principales componentes de la técnica de revestimientos bituminosos.  Su desarrollo y perfeccionamiento, es tarea que incumbe a los profesionales del asfalto del siglo XX.