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HISTORIA DEL ASFALTO

Se cree que la palabra asfalto es derivada de la palabra antigua “asfaltica”. Termino adoptado por los griegos que significa “hacer firme o estable”. Desde tiempos antiguos a la actualidad el Asfalto ha sido utilizado como material impermeabilizante. Estudios arqueológicos indican que es uno de los materiales constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado.

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La utilización más antigua se remonta aproximadamente al año 3,200 A.C.: los sumerios habían utilizado un mastic asfáltico, compuesto de betún, finos minerales y paja para pegar ladrillos, pavimentos interiores, revestimientos, etc. Los egipcios encontraron otro uso al betún: como relleno del cuerpo de momificación. Práctica que se extendió aproximadamente hasta el año 300 A.C.



Es normal que se encuentren numerosas alusiones en la literatura al respecto. En la Biblia: Se usó para calafatear el arca de Noé (impermeabilizar). Gen 6, 14. Construcción de la Torre de Babel. Gen. 11,3. Impermeabilizante de la cuna de Moisés. Exodo 2, 3.


HISTORIA DEL ASFALTO En el Siglo XIX el uso del asfalto estaba limitado por su escasa disponibilidad. Aún así, la roca asfáltica participaba en la pavimentación de calles en Europa y más tarde en EE.UU. Dos acontecimientos marcaron el incremento en el uso del asfalto: La aparición del automotor con rodado neumático y la explotación masiva del petróleo.


Fechas Importantes: En 1905 aparecen las emulsiones bituminosas aniónicas como paliativos del polvo en los caminos. Entre 1951 y 1957 aparecen en Europa y EEUU las emulsiones catiónicas respectivamente. En América Latina las emulsiones aniónicas se comienzan a producir a mediados de la década de los 30s y las catiónicas en los 60s. Las primeras mezclas asfálticas en caliente surgen alrededor de 1870 con plantas intermitentes. Para 1900 se mejora el diseño de las plantas asfálticas incorporando tolvas de agregados, elevadores de materiales fríos y calientes, secadores rotativos, tanques para asfalto, mezcladoras. En 1910 existían en EEUU plantas de producción de mezclas asfálticas en caliente, de mezclado en tambor. En 1930, los anteriores tambores de mezclado fueron reemplazados por las de mezclador continuo, de mayor producción.



Fechas Importantes: A partir de los 60s el procedimiento de secado y mezclado en tambor fue mejorado y actualmente producen mezclas de gran calidad y compiten además en el reciclado de pavimentos. Se les incorporaron silos para acopio de mezcla asfáltica en caliente. 1970: Se introducen sistemas computarizados para dosificación y controles de elaboración, polvo y ruido. Estos silos son de una gran capacidad, dotados de revestimiento aislante que permite el acopio de la mezcla en caliente por varios días.



En El Salvador: En la década de 1920 fueron asfaltadas las calles principales de San Salvador, debido a la introducción del automóvil que ocurrió por el año 1915 y años mas tarde, del camión y autobús. En 1916, el Poder Ejecutivo, considerando la necesidad urgente de poseer buenas vías de comunicación emitió el Decreto de creación de la Dirección General de Caminos, la cual funcionaría como una entidad técnica- consultiva y que tendría su cargo todo lo relacionado con las vías de comunicación de la República, puentes y obras relacionadas.*

* Página Web del Ministerio de Obras Públicas de El Salvador INSTITUTO SALVADOREÑO DEL ASFALTO


PLANTA DE MEZCLA ASFÁLTICA FIJA

PLANTA ASFÁLTICA PORTATIL


El Equipo de pavimentación o terminadora fue introducida al mercado por la empresa Barber Greene en 1937.


Usos del Asfalto

El asfalto es un material Bituminoso (El Betún es la mezcla de hidrocarburos naturales o de petróleo, solidos, viscosos o líquidos); constituido principalmente por asfáltenos, resinas, aromáticos y saturados. A temperatura ambiente tiene consistencia sólida o semisólida y propiedades cementantes. Se ablanda gradualmente hasta alcanzar una consistencia líquida al calentarse.


Origen del Asfalto

Se pueden tener asfaltos de origen: • Natural: Depósitos geológicos de lagos, asfaltos en roca y arena. Se producen a partir del petróleo, pero por proceso natural de evaporación, queda el asfalto unicamente. • Destilados del Petróleo: Derivados de la destilación de crudos. Estos se obtienen por un proceso de destilado industrial del crudo.


Origen del Asfalto

TRINIDAD USA

A pesar de su fácil explotación, estos Asfaltos no son muy utilizados en la actualidad ya que adolecen de

falta de uniformidad y pureza.


Asfalto Natural

DESTILACIÓN DEL PETROLEO

La separación del asfalto se justifica por: • Los productos más livianos no toleran contaminación. • Los asfaltos son indispensables para la construcción de pavimentos, techos y aplicaciones de impermeabilización.

Destilación Fraccionada.mp4


El contenido del asfalto varía según su procedencia; por lo que los petróleos se clasifican en base a este contenido. La composición de la base puede ser: •Petróleos Crudos de Base Asfáltica o Nafténica: Excelentes como ligantes y buena resistencia a la meteorización. •Petroleos Crudos de Base Parafínica: Como su nombre lo indica poseen gran cantidad de parafinas; no contienen asfalto en cantidades apreciables. No pueden ser aprovechados directamente. •Petróleos Crudos de Base Mixta: Estos crudos contienen una proporción sustancial de material parafínica y asfáltica, junto con cierta proporción de hidrocarburos aromáticos. (La parafina influye negativamente en las propiedades reológicas del asfalto, no reacciona bien ante los cambios de temperatura, disminuye la adhesividad con los agregados, y en cantidades elevadas provoca envejecimiento prematuro del ligante)


CLASIFICACIÓN DEL PETROLEO O CRUDO

CRUDO DENSIDAD DENSIDAD

(G/ CM3) (Grados API)

Extra-pesado > 1.0 < 10.0

Pesado 1.0 -0.9210.0 - 22.3

Mediano 0.92 -0.8722.3 - 31.1

Liviano 0.87 -0.83 31.1 - 39.0

Super-Liviano < 0.83 > 39.0


CLASIFICACIÓN DEL PETROLEO O CRUDO

La gravedad API, de sus siglas en inglés American Petroleum Institute, es una medida de densidad que describe cuán pesado o liviano es el petróleo comparándolo con el agua.

Si los grados API son mayores a 10, es más liviano que el agua, y por lo tanto flotaría en ésta.

La gravedad API es también usada para comparar densidades de fracciones extraídas del petróleo.

Por ejemplo, si una fracción de petróleo flota en otra, significa que es más liviana, y por lo tanto su gravedad API es mayor.


ADHESIÓN Y COHESIÓN. Por ADHESIÓN se entiende la capacidad de un ligante para quedar fijo en el agregado, sin peligro de desplazamiento. Se pueden definir dos tipos de adhesividades: La primera, es aquella facilidad que tiene el cemento asfáltico de mojar o envolver completamente al agregado pétreo, la cual es denominada como adhesividad activa. La segunda, es la resistencia que ofrece el cemento asfáltico a ser desplazado por la acción del agua una vez que se logró una envuelta total del agregado, la cual es denominada adhesividad pasiva.


PROPIEDADES FÍSICAS DEL ASFALTO

ADHESIÓN Y COHESIÓN. Por COHESIÓN se entiende la capacidad del asfalto de mantener firmemente unidas las partículas de agregado del pavimento. La cohesión de un cemento asfáltico es la propiedad de poder absorber energía antes de que se produzca la rotura de la película de asfalto frente a las solicitaciones a que está expuesto.



SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA. Esta propiedad consiste en la naturaleza del asfalto de volverse duro (mayor viscosidad) a bajas temperaturas y blandos al aumentar la temperatura (menor viscosidad). Puede haber asfaltos derivados de crudos diferentes con distintos grados de Susceptiblidad Térmica. La importancia de conocer esta propiedad en el asfalto es que dicha susceptibilidad indicará la temperatura a la cual mezclar con el agregado, así como la temperatura a la cual compactar la mezcla. INSTITUTO SALVADOREÑO DEL ASFALTO


DURABILIDAD. Medida de cuánto puede retener un asfalto sus características originales cuando es expuesto a procesos normales de degradación y envejecimiento del pavimento. Se vuelve difícil definir esta propiedad únicamente en términos de propiedades del asfalto, ya que en el envejecimiento de la mezcla asfáltica intervienen: el diseño de la mezcla, las propiedades de los agregados , la mano de obra, etc. Existen pruebas para evaluar la durabilidad del asfalto: • Prueba de Película Delgada en HORNO (TFOT) • Prueba de Película Delgada en Horno Rotatorio (RTFO)

•Pelicula delgada Asfalto.mp4 INSTITUTO SALVADOREÑO DEL ASFALTO


El Asfalto es extremadamente complejo porque es un Producto de Petróleo Crudo, el cual se forma por un proceso natural básicamente a partir de plantas. Al igual que el petróleo crudo, el asfalto es una mezcla de numerosos Hidrocarburos (hidrógeno y carbono), parafínicos, aromáticos y compuestos heterocíclicos, que contienen azufre, nitrógeno y oxigeno.

BENCENO (Aromático) INSTITUTO SALVADOREÑO DEL ASFALTO

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL ASFALTO



Un concepto más amplio sobre la constitución es que el asfalto consta de 3 componentes mayoritarios: 1. Una mezcla de asfáltenos (moléculas complejas de alto peso

molecular)

2. Mezcla de resinas.

3. Aceite mineral.



ASFALTENOS: Familia de compuestos orgánicos. Resultan de la destilación fraccionada del petróleo crudo y representan los compuestos más pesados, por ende de mayor punto de ebullición.


COMPOSICIÓN QUÍMICA TEÓRICA DEL ASFALTO

MALTENOS: Son la fracción soluble en hidrocarburos (compuestos orgánicos formados únicamente por carbono e hidrógeno)



RESINAS: Moléculas de bajo peso molecular, con mayor número de ramificaciones en sus cadenas. Son sólidos o semisólidos de color negro. Su composición es de hidrógeno y carbono, con pequeños contenidos de oxígeno. AROMÁTICOS: Líquidos viscosos de color negruzco. Compuestos por cicloalcanos de bajo peso molecular. Constituyen de un 40% - 65% del total del asfalto. SATURADOS: Aceites viscosos de coloración amarillenta.



OXIDACIÓN DEL ASFALTO: Proceso químico que altera la composición química del asfalto y luego en el desempeño físico. •Tiene un efecto profundo en la Estructura Organizada. Mientras ocurre, nuevos elementos polares se forman adicionales a los del asfalto virgen. •El Material se hace propenso a auto-ensamblarse causando un incremento en la Rigidez del mismo. •Sin embargo, la velocidad de Asociación se inhibe progresivamente por efecto de la alta viscosidad del asfalto.


DAÑOS EN EL ASFALTO

Las pruebas de laboratorio realizadas a los asfaltos son un método eficaz para conocer sus propiedades y tratar de predecir su comportamiento cuando se utilicen en determinado trabajo. La REOLOGÍA es la parte de la física que estudia el comportamiento de los materiales a través del tiempo de aplicación de una carga y está directamente relacionada a las propiedades de viscosidad, plasticidad y elasticidad, y en general con el flujo de la materia.


PROPIEDADES DETERMINADAS A TRAVÉS DE ENSAYOS PRACTICADOS AL ASFALTO

ENVEJECIMIENTO EN PELÍCULA DELGADA (ASTM D 1754-97)

Pruebas en el Residuo de la Película Delgada de Cementos Asfálticos

Los asfaltos tienden a endurecerse en la mezclas asfáltica durante la construcción al igual que en el pavimento terminado, por el proceso de oxidación. No todos los asfaltos endurecen a la misma velocidad cuando son calentados en películas delgadas. Por ella cada uno debe ser ensayado por separado para poder determinad sus características de envejecimiento.



ENVEJECIMIENTO EN PELÍCULA DELGADA (ASTM D 1754-97) El ensayo consiste en colocar 50 ml de cemento asfáltico en un platillo quedando la muestra con 3mm de espesor, que se coloca en un horno a 163°C, sobre un plato que gira a 5 – 6 rev/min, durante 5 hr a temperatura constante. Concluido el plazo, se extrae la muestra para efectuarse los ensayos de viscosidad, pene- tración , perdida de peso, etc. La diferencia en peso está acotada en la Norma.


DUCTILIDAD (ASTM D 113-07) Consiste en la capacidad de sufrir alargamiento sin desgregación de su masa. (Ductilométro) El ensayo consiste en formar una probeta de cemento asfáltico con dimensiones determinadas y soste- nerlas a un proceso de elongación. Este ensayo se realiza a una temperatura normalizada de 25°C y a una velocidad de 5 cm/min. El ensayo nos da la distancia a la cual se rompe la muestra y se mide en cm. Videos Ensayos\Forced_Ductility_Test_[www.bajaryoutube.com].mp4



FRAGILIDAD

Esta es una propiedad relacionada con la facilidad de alcanzar la rotura o pequeñas deformaciones de un material bajo impacto. Por debajo de determinadas temperaturas, el asfalto puede presentar un comportamiento frágil.



EL ENSAYO FRAASS

Es la medida de las propiedades de quiebre del asfalto a bajas temperaturas. En este ensayo, una lamina metálica es recubierta con una capa de 0,5 mm de espesor de asfalto y es movida de una cierta manera. La temperatura es gradualmente reducida, y el valor al cual se produce la rotura de la capa de asfalto se denomina Temp. Fraass. El ensayo Fraass nos da una indicación del riesgo de craqueo del asfalto a bajas temperaturas. Pueden obtenerse variaciones del resultado de este ensayo dependiendo del origen del crudo de petróleo con que se obtuvo el asfalto


VISCOSIDAD (ASTM D 2170 -95)

Este ensayo permite conocer los valores de la resistencia del asfalto a fluir. Normalmente para trabajos de carreteras se especifican los valores de viscosidad del asfalto a 60°C y 135°C. La viscosidad a 60°C es la usada para clasificar el cemento asfáltico. Representa la temperatura más alta que el pavimento puede experimentar durante su servicio. La viscosidad a 135°C corresponde a la viscosidad durante el mezclado y colocación de la mezcla asfáltica.



VISCOSIDAD (ASTM D 2170 -95)

El conocer la consistencia de un asfalto dado a estas 2 temperaturas nos ayuda a determinar si el asfalto es apropiado o no para el pavimento que está siendo diseñado. Con el ensayo de viscosidad puede determinarse la temperatura de mezcla y de compactación hasta la cual se debe llevar el asfalto para conformar la mezcla.


PENETRACIÓN (ASTM D5-06) Esta es otra medida de consistencia del Asfalto. Es un ensayo empírico antiguo que permite conocer la dureza o consistencia del cemento asfáltico a diferentes temperaturas. Para ello se utiliza el Penetrómetro. El ensayo se realiza por medio de la penetración de una aguja normalizada de 100 g, la cual se introduce en un recipiente con cemento asfáltico a una temperatura de referencia de 25°C por un tiempo de 5 seg, midiéndose después la penetración de la aguja en unidades de 0.1 mm.



SOLUBILIDAD (ASTM D131) Solubilidad de Cementos y Residuos Asfálticos.

El ensayo de solubilidad es una procedimiento para medir la pureza de un cemento asfáltico. La muestra se sumerge en un solvente, donde se disuelven sus componentes cementantes activos. Las impurezas no se disuelven sino que se depositan en forma de partículas. Estas son filtradas fuera de la solución y medidas como una proporción de la muestra original. Se procede disolviendo 2 gm de asfalto en 100 ml de solvente, para luego filtrar dicha solución. Por diferencia de pesada, antes y después de filtrar, se determina la cantidad de impurezas.



PUNTO DE INFLAMACIÓN (ASTM D92-05)

El punto de flama o de llama de un cemento asfaltico es la temperatura más baja a la cual se separan materiales volátiles de la muestra y crean un destello en presencia de una llama abierta.



PUNTO DE INFLAMACIÓN CLEVELAND Este ensayo se realiza en el “vaso abierto Cleveland” y consiste en llenar un vaso de bronce con asfalto y se calienta a una velocidad gradual de temperatura. Cada cierto tiempo se pasa una llama sobre la superficie hasta que se produzca una inflamación debido a la evaporación de los solventes. Esta temperatura representará el punto de Inflamación.



PESO ESPECÍFICO (ASTM D 70-86) Es la proporción del peso de cualquier volumen de material al peso de un volumen igual de agua, ambos a una temperatura determinada. El asfalto se expande cuando es calentado y se contrae al enfriarse. Esto significa que el volumen dado de una cantidad de cemento asfáltico será mayor a altas temperaturas. El Peso Específico provee un patrón para efectuar correcciones de temperatura – volumen. El Peso Específico de un asfalto es esencial para determinar el porcentaje de vacíos de un pavimento compactado.



El Asfalto se denomina elástico por que es completamente recuperable. La energía se almacena dentro del material durante la aplicación de un esfuerzo. Al Suprimir dicho esfuerzo el material usa la energía almacenada para regresar a su condición inicial.


ELASTICIDAD DE LOS CEMENTOS ASFÁLTICOS

Por definición la viscosidad dinámica es la relación entre la viscosidad y la densidad de líquido. Ello determina el estado de fluidez de los asfaltos a las temperaturas que se emplean durante la aplicación. Es la medida de la resistencia al flujo de un líquido por gravedad. Este método consiste en medir el tiempo de un volumen fijo a través de un tubo de un viscosímetro capilar calibrado bajo estrictas condiciones de temperatura. Se debe conocer el factor de calibración del viscosímetro capilar utilizado


VISCOSIDAD DINÁMICA O CINEMÁTICA DE CEMENTOS Y RESIDUOS ASFÁLTICOS

Este método hace referencia a los procedimientos empíricos para determinar la viscosidad Saybolt Universal o Saybolt Furol de productos del petróleo a temperaturas especificadas entre 21 ºC y 99ºC. Este método es útil para caracterizar ciertos productos del petróleo, como un medio para establecer la uniformidad de los embarques y de las fuentes de suministro.


VISCOSIDAD SAYBOLT – FUROL EN MATERIALES ASFÁLTICOS

Esta prueba permite determinar la consistencia de los cementos asfálticos en un rango de 38ºC a 260ºC, mediante la determinación de la resistencia que ofrece una muestra de prueba a la deformación, es decir su resistencia al flujo. La prueba consiste en determinar el par de torsión que es necesario aplicar en un eje rotacional en el seno de una muestra de prueba colocada dentro de un contenedor, bajo condiciones controladas de temperatura, para que gire una cierta velocidad. INSTITUTO SALVADOREÑO DEL ASFALTO

VISCOSIDAD ROTACIONAL BROOKFIELD EN CEMENTOS ASFÁLTICOS

Los asfaltos no poseen un punto de fusión determinado sino que se ablandan gradualmente. Con el fin dar un valor a una propiedad similar al de la fusión, se han desarrollado varios métodos, para tal fin. Uno de los más conocidos es el de Anillo y Bola.


PUNTO DE REBLANDECIMIENTO EN CEMENTOS ASFÁLTICOS

Videos Ensayos\ASTM_Ring_and_Ball_Softening_Point_Test_[www.bajaryoutube.com].mp4


Se vierte betún a ensayar en un anillo, se acondiciona a cierta temperatura; se coloca en el soporte especialmente diseñado con una esfera de acero de 3.5 g de peso. Se calienta gradualmente a una velocidad determinada hasta que el asfalto, por acción del peso de la esfera y de la temperatura, se deforme. Dicha temperatura es el Punto de Ablandamiento del Betún.

PUNTO DE REBLANDECIMIENTO EN CEMENTOS ASFÁLTICOS


GRACIAS POR LA OPORTUNIDAD

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