Introducción El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color

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Introducción
El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color negro; su consistencia es
variable, está constituido mayoritariamente por una mezcla de hidrocarburos
pesados. Se encuentra en yacimientos naturales o se obtiene por refinación del
petróleo y es usado como aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción
de carreteras o autopistas (entendiéndose como aglomerante aquellos materiales
capaces de generar fuerzas para unir fragmentos de una o varias sustancias o
materiales y dar cohesión al conjunto por métodos físicos). También es utilizado
en impermeabilizantes, material en forma de placa o lámina de distinta naturaleza
(fieltros asfálticos, materiales de polímeros sintéticos, membranas de fibras
orgánicas, etc.), destinado a impedir el paso del agua en forma líquida a través de
la instalación. Puede formar parte de esta, en el caso de que el pavimento se
encuentre en planta baja y la solera de hormigón apoye directamente sobre el
suelo natural, colocándose entonces inmediatamente encima de la solera. Está
presente en el petróleo crudo y compuesto casi por completo de bitumen (producto
semi-sólido extremadamente pesado de la refinación del petróleo, compuesto de
hidrocarburos pesados utilizado para construcción de caminos y para
impermeabilización de techos).
Los principales yacimientos de roca asfáltica están en Europa y Norteamérica,
pero hay depósitos en todo el mundo. Los asfaltos de roca norteamericanos
suelen componerse de arenisca o caliza o una mezcla de ambas, impregnadas
con betún; los calizos se diferencian por su estructura física de los que contienen
arenisca.
Los asfaltos de roca se usan para pavimentar calles. Se mezclan uno o varios
asfaltos de roca pulverizados para obtener una composición media, se extiende la
mezcla, se aplica calor si es necesario, y por medio de presión se iguala la
superficie.
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Composición del asfalto
Los asfaltenos son una familia de compuestos químicos orgánicos, resultan de la
destilación fraccionada del petróleo crudo y representan los compuestos más
pesados y por tanto, los de mayor punto de ebullición.
Estadísticamente son compuestos similares de cadenas largas, muchos de ellos
aromáticos y con polaridad(propiedad de las moléculas que representa la
desigualdad de las cargas eléctricas en la misma) relativamente alta, los
asfaltenos son insolubles en los maltenos.
Los maltenos son la fracción soluble en hidrocarburos saturados de bajo punto de
ebullición. Están constituidos por anillos aromáticos, nafténicos y con muy pocas
cadenas parafínicas.
Generalmente existe mayor proporción de maltenos que de asfaltenos cuando se
habla de asfaltos.
El mayor contenido de maltenos es lo que le da la calidad a un asfalto, esto quiere
decir que la naturaleza química de los maltenos regula en gran parte las
propiedades químicas de los asfaltos.
Fracciones del asfalto:
-Asfaltenos: son sólidos, se consideran la estructura del asfalto.
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-Aromáticos: son sólidos o pastosos a temperatura ambiente. Están relacionados
con la ductilidad y contribuyen al envejecimiento.
-Resinas: son líquidos a temperatura ambiente. Reblandecen y envejecen el
asfalto
-Aceites saturados: son líquidos a temperatura ambiente. No cambian con el
tiempo y afectan a la susceptibilidad térmica.
Estructuras moleculares:
-Asfaltenos: son insolubles en N-Heptano, materiales aromáticos altamente
polares y complejos de alto peso molecular. Confieren dureza y viscocidad al
asfalto.
-Resinas: muy polares, dispersan a los asfaltenos.
-Aromáticos: son las moléculas de menor peso molecular en el asfalto, son el
medio en el que están dispersos los asfaltenos. Son no polares y buenos
solventes.
- Aceites saturados: cadenas lineales y ramifecadas de hidrocarburos alifáticos.
Son aceites viscosos no polares.
Obtención del asfalto
A pesar de la fácil explotación y excelente calidad del asfalto natural, no suele
explotarse desde hace mucho tiempo ya que, al obtenerse en las refinerías
petroleras como subproducto sólido en el craqueo (proceso químico industrial de
tratamiento de los productos procedentes de la destilación fraccionada del petróleo
que consiste en la rotura, por calentamiento a temperatura y presión elevadas, de
los productos gaseosos, líquidos o sólidos obtenidos en el proceso de refino;
permite obtener moléculas más pequeñas y moléculas ramificadas: el craqueo es
un proceso importante en la obtención de gasolinas y como fuente de alquenos) o
fragmentación que se produce en las torres de destilación, resulta mucho más
económica su obtención de este modo. Sucede algo parecido con la obtención del
gas, que también resulta un subproducto casi indeseable en el proceso de
obtención de gasolina y otros derivados del petróleo.
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El asfalto a menudo se confunde con el alquitrán de hulla o la brea. El alquitrán de
hulla proviene del carbón de piedra, no del petróleo. El asfalto es una sustancia
sólida o semisólida. Se mezcla con solventes para volverlo más líquido y más fácil
de trabajar. Algunos de los solventes que se usan para mezclar con el asfalto son
nafta, tolueno y xileno. Estos solventes son sustancias peligrosas, inflamables,
muy apestosas y que aumentan los peligros potenciales de los trabajos con
asfalto. Existen muchos diferentes tipos y grados de asfalto que se usan
actualmente.
Asfaltos Derivados de Petróleo
Los asfaltos mas utilizados en el mundo hoy en día, son los derivados de petróleo,
los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilación industrial del crudo.
Representan más del 90 % de la producción total de asfaltos. La mayoría de los
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petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces casi en su totalidad. Sin
embargo existen algunos petróleos crudos, que no contienen asfalto. En base a la
proporción de asfalto que poseen, los petróleos se clasifican en:
-Petróleos crudos de base asfáltica.
-Petróleos crudos de base parafínica.
-Petróleos crudos de base mixta (contiene parafina y asfalto).
El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines
viales, por cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase
discontinua, lo que da como resultado propiedades indeseables, tal como la
pérdida de ductilidad. Con los crudos asfálticos esto no sucede, dada su
composición.
El petróleo crudo extraído de los pozos, es sometido a un proceso de destilación
en el cual se separan las fracciones livianas como la nafta y kerosene de la base
asfáltica mediante la vaporización, fraccionamiento y condensación de las mismas.
En consecuencia, el asfalto es obtenido como un producto residual del proceso
anterior.
El asfalto es además un material bituminoso pues contiene betún, el cual es un
hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El alquitrán obtenido de la
destilación destructiva de un carbón graso, también contiene betún, por lo tanto
también es un material bituminoso pero no debe confundirse con el asfalto, ya que
sus propiedades difieren considerablemente. El alquitrán tiene bajo contenido de
betún, mientras que el asfalto está compuesto casi enteramente por betún, entre
otros compuestos.
El asfalto de petróleo moderno, tiene las mismas características de durabilidad
que el asfalto natural, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado
hasta una condición uniforme, libre de materias orgánicas y minerales extraños.
Obtención de Asfaltos en Refinerías:
El crudo de petróleo es una mezcla de distintos hidrocarburos que incluyen desde
gases muy livianos como el metano hasta compuestos semisólidos muy
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complejos, los componentes del asfalto. Para obtener este debe separarse
entonces las distintas fracciones del crudo de petróleo por destilaciones que se
realizan en las refinerías de petróleo.
-Destilación Primaria:
Es la primera operación a que se somete el crudo. Consiste en calentar el crudo
en hornos tubulares hasta aproximadamente 375ºC. Los componentes livianos
(nafta, kerosene, gas oil), hierven a esta temperatura y se transforman en vapor.
La mezcla de vapores y líquido caliente pasa a una columna fraccionadora. El
líquido o residuo de destilación primaria se junta todo en el fondo de la columna y
de ahí se bombea a otras unidades de la refinería.
-Destilación al Vacío:
Para separar el fondo de la destilación primaria, otra fracción libre de asfaltenos y
la otra con el concentrado de ellos, se recurre comúnmente a la destilación al
vacío. Difiere de la destilación primaria, en que mediante equipos especiales se
baja la presión (aumenta el vacío) en la columna fraccionadora, lográndose así
que las fracciones pesadas hiervan a menor temperatura que aquella a la que
hervían a la presión atmosférica. El producto del fondo de la columna, un residuo
asfáltico más o menos duro a temperatura ambiente, se denomina residuo de
vacío. De acuerdo a la cantidad de vacío que se practica en la columna de
destilación, se obtendrán distintos cortes de asfaltos que ya pueden ser utilizados
como cementos asfálticos.
-Desasfaltización con propano o butano:
El residuo de vacío obtenido por destilación al vacío, contiene los asfaltenos
dispersos en un aceite muy pesado, que, a la baja presión (alto vacío) y alta
temperatura de la columna de vacío, no hierve (se destila). Una forma de separar
el aceite de los asfaltenos es disolver (extraer) este aceite en gas licuado de
petróleo. El proceso se denomina "desasfaltización" y el aceite muy pesado
obtenido, aceite desasfaltizado. Se utiliza como solvente propano o butano líquido,
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a presión alta y temperaturas relativamente moderadas (70 a 120 ºC). El gas
licuado extrae el aceite y queda un residuo semisólido llamado "bitumen".
-Oxidación del asfalto:
Es un proceso químico que altera la composición química del asfalto. Éste está
constituido por una fina dispersión coloidal de asfaltenos y maltenos. Los maltenos
actúan como la fase continua que dispersa a los asfaltenos. Las propiedades
físicas de los asfaltos obtenidos por destilación permiten a los mismos ser dúctiles,
maleables y reológicamente aptos para su utilización como materias primas para
elaborar productos para el mercado vial. Al "soplar" oxígeno sobre una masa de
asfalto en caliente se produce una mayor cantidad de asfaltenos en detrimento de
los maltenos, ocasionando así de esta manera una mayor fragilidad, mayor
resistencia a las altas temperatura y una variación de las condiciones reológicas
iniciales.
Propiedades
Propiedades Mecánicas Básicas
Cuando el asfalto es calentado a una temperatura lo suficientemente alta, por
encima de su punto de inflamación, este comienza a fluidificarse, a veces como un
fluido Newtoniano(fluidos donde el esfuerzo cortante es directamente proporcional
a la rapidez de deformación) y sus propiedades mecánicas pueden definirse por
su viscosidad. A temperaturas mas bajas, el asfalto es un sólido visco-elástico, sus
propiedades mecánicas son mas complejas y se describen por su módulo de
visco-elasticidad, conocido como el módulo de stiffness.
Viscosidades de aplicación
En muchas aplicaciones, el asfalto es calentado hasta hacerse lo suficientemente
fluido para cada aplicación en particular. La siguiente tabla nos indica la viscosidad
que debe tener el asfalto para una aplicación determinada. Se asume que la
aplicación se llevará a cabo a la máxima viscosidad posible, es decir la mínima
temperatura posible. En algunos casos, menores viscosidades pueden utilizarse,
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dependiendo de los materiales que se utilicen, debido a que pueden ser dañados
por la temperatura excesiva.
Aplicación
Spray
Viscosidad
requerida (cst)
20-100
Llenado de Juntas 100-200
Mezclado con Filler 200
Impregnación
20-200
Impermeabilización 200-1000
Pintado
600
Recubrimiento
1000
Bombear
1500-2000
Propiedades generales
El asfalto tiene una alta resistencia (o una baja conductividad) y es en
consecuencia un buen material aislante. La resistencia de todos grados
comerciales decrece con el incremento de la temperatura.
Asfaltos duros tienen una resistencia dieléctrica más alta que la de asfaltos menos
viscosos; la resistencia dieléctrica decrece con el aumento de la temperatura.
El asfalto es moderadamente un buen material aislante térmico.
Los asfaltos son miscibles entre ellos en todas las proporciones. La penetración y
el punto de ablandamiento de una mezcla de dos asfaltos puede ser estimada
utilizando tablas.
Bajo severas condiciones, el asfalto podrá ser fácilmente combustible y en algunas
condiciones como ser en techados algunos retardadores de fuego pueden ser
utilizados para reducir la inflamabilidad y la velocidad del fuego.
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El asfalto es generalmente considerado con alta y buena resistencia al ataque a
los químicos tales como ácidos, sales, álcalis, etc. Información general sobre la
resistencia a las propiedades es como sigue:
- Resistencia al ataque se incremente con la dureza del asfalto
- Asfaltos oxidados son mas resistentes que los asfaltos directos de penetración
- Asfaltos desasfaltizados con propano tienen una buena resistencia al ataque
químico
- Agregando un 5% de una parafina dura (punto de fusión por encima de 60ºC) al
asfalto pueden mejorar la resistencia al ataque de ácidos
- El ataque químico sobre el asfalto es peor cuando se incrementa la temperatura,
se incrementa el tiempo y se incrementa la concentración del químico
- El ataque sobre un asfalto inmerso en un químico liquido es mas severo que si el
ataque se realiza con el mismo químico en forma de gas o vapor.
Propiedades deseables
-Alta elasticidad a elevadas temperaturas.
-Suficiente ductilidad a bajas temperaturas.
-Baja susceptibilidad a cambios de temperaturas.
-Bajo contenido de parafina.
-Buena adhesión y cohesión.
-Alta resistencia al envejecimiento.
El Ensayo Fraass
Es la medida de las propiedades de quiebre del asfalto a bajas temperaturas. En
este ensayo, una lámina 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 Temperatura Fraass. El ensayo Fraass nos da una indicación del
riesgo de craqueo del asfalto a bajas temperaturas. Pueden obtenerse variaciones
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del resultado de este ensayo dependiendo del origen del crudo de petróleo con
que se obtuvo el asfalto.
Pruebas
A) 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, según las normas específicas de la AASHTO(American Association of
State Highway and Transportation Officials). Los siguientes son algunos de esos
ensayos de laboratorio:
1. 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. Cuando no
se mencionan específicamente otras condiciones, se determina la penetración
normal. Esta se hace a 25 'C, calentando la muestra en un baño de agua
termostáticamente controlada, la aguja cargada con 100 g y la carga se aplica
durante 5 segundos. La unidad de penetración es la décima de milímetro. Algunas
veces se requiere una penetración adecuada al clima.
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La medida de la penetración es la longitud que penetró la aguja en el cemento
asfáltico en unidades de 0,1 mm.
Ocasionalmente el ensayo de penetración se realiza a distinta temperatura en
cuyo caso puede variarse la carga de la aguja, el tiempo de penetración, o ambos.
2. 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.
La viscosidad se mide en el ensayo de viscosidad Saybolt-Furol o en el ensayo de
viscosidad cinemática. La viscosidad de un cemento asfáltico a las temperaturas
usadas en el mezclado (normalmente 135 'C) se mide con viscosímetros capilares
de flujo inverso o viscosímetros Saybolt; la viscosidad absoluta, a las temperaturas
altas en servicio (60 'C), generalmente se mide con viscosímetros capilares de
vidrio al vacío.
La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es
una indicación de su viscosidad. Éste es el principio sobre el cual está basado el
viscosímetro de Saybolt. La muestra de fluido se coloca en un aparato parecido al
que se muestra en la figura.
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Después de que se establece el flujo, se mide el tiempo requerido para colectar 60
ml del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en
Segundos Universales Saybolt (SSU o. en ocasiones, SUS).
Puesto que la medición no está basada en la definición fundamental de
viscosidad, los resultados son solamente relativos. Sin embargo, sirven para
comparar las viscosidades de diferentes fluidos.
La ventaja de este procedimiento es que es sencillo y requiere un equipo
relativamente simple. Se puede hacer una conversión aproximada de SSU a
viscosidad cinemática.
En el ensayo Saybolt-Furol se emplea un viscosímetro Saybolt con orificio Furol.
Se coloca en un tubo normalizado cerrado con un tapón de corcho una cantidad
específica de asfalto. Como las temperaturas a que se determina la viscosidad son
frecuentemente superiores a los 100 'C, el baño de temperatura constante del
viscosímetro se llena con aceite; pero si se hace la prueba con un cutback, en éste
caso, sí se puede utilizar agua. Cuando el asfalto ha alcanzado una temperatura
establecida, se quita el tapón y se mide, en segundos, el tiempo necesario para
que pasen a través del orificio Furol 60 ml del material. Los valores obtenidos se
expresan como segundos Saybolt-Furol (SSF).
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La viscosidad cinemática se mide, normalmente, con viscosímetros de tubo capilar
de cristal. Este ensayo permite una mayor comodidad y exactitud en los
resultados. La base de éste ensayo es la medida del tiempo necesario para que
fluya un volumen constante de material bajo condiciones de ensayo, como
temperatura y altura del líquido, rígidamente controladas. Los asfaltos presentan
un amplio rango de viscosidades, siendo necesario disponer de diversos
viscosímetros que difieren en el tamaño del capilar.
Mediante el tiempo medido, en segundos y la constante de calibración del
viscosímetro, es posible calcular la viscosidad cinemática del material en la unidad
fundamental, centiestokes.
Las especificaciones de los cementos asfálticos clasificados según su viscosidad
se basan por lo común en los rangos de viscosidad a 60ºC (140ºF). También se
especifica generalmente una viscosidad mínima a 135ºC (275ºF). El propósito es
dar valores límites de consistencia a estas dos temperaturas. Se eligió la
temperatura de 60ºC (140ºF) porque se aproxima a la máxima temperatura
superficial de las calzadas en servicio pavimentadas con mezclas asfálticas en los
Estados Unidos y en cualquier otra parte del mundo en donde la construcción de
caminos progresa; y la de 135ºC (275ºF), porque se aproxima a la de mezclado y
distribución de mezclas asfálticas en caliente para pavimentación.
Para el ensayo de viscosidad a 60ºC (140ºF) se emplea un viscosímetro de tubo
capilar. Los dos tipos más comunes en uso son: el viscosímetro de vacío del
Asphalt Institute (Fig. 3.47) y el viscosímetro de vacío de Cannon-Manning (Fig.
3.48). Se calibran con aceites normalizados. Para cada viscosímetro se obtiene un
"factor de calibración", cuyo uso se describe luego. Generalmente, los
viscosímetros vienen calibrados por el fabricante quien suministra estos factores.
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El viscosímetro se monta en un baño de agua a temperatura constante, controlado
termostáticamente (Fig. 3.49). Se vuelca asfalto precalentado en el tubo grande
hasta que alcanza el nivel de la línea de llenado. El viscosímetro lleno se mantiene
en el baño por un cierto tiempo hasta que el sistema alcance la temperatura de
equilibrio de 60ºC (140ºF).
Se aplica un vacío parcial en el tubo pequeño para inducir el flujo, porque el
cemento asfáltico a esta temperatura es muy viscoso para fluir fácilmente a través
de los tubos capilares del viscosímetro. En la figura 3.49 se muestra un dispositivo
para el control del vacío. También se conecta al sistema una bomba de vacío.
Luego que el baño, viscosímetro y el asfalto se han
estabilizado en 60ºC (140ºF), se aplica vacío y se mide con un
cronómetro el tiempo, en segundos, que tarda el cemento
asfáltico en fluir entre dos de las marcas. Multiplicando este
tiempo por el factor de calibración del viscosímetro se obtiene
el valor de la viscosidad en poises, la unidad patrón para medir
viscosidad absoluta.
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El viscosímetro de vacío del Asphalt Institute tiene muchas marcas para medir el
tiempo. Seleccionando el par apropiado, se puede usar para asfaltos con una
amplia variación de consistencias.
Los cementos asfálticos para pavimentación son lo suficientemente fluidos a
135ºC (275ºF) para fluir a lo largo de tubos capilares bajo fuerzas gravitacionales
únicamente. Por lo tanto, se usa un tipo distinto de viscosímetro, ya que no se
requiere vacío. El más usado es el viscosímetro de brazos cruzados Zeitfuchs
(Fig. 3.50). También se lo calibra con aceites normalizados.
Como estos ensayos se hacen a 135°C (275ºF), para el baño se requiere un
aceite claro apropiado. Se monta el viscosímetro en el baño (Fig. 3.51) y se vuelca
el asfalto en la abertura mayor hasta que llegue a la línea de llenado. Como antes,
se deja que el sistema alcance la temperatura de equilibrio. Para que el asfalto
comience a fluir por el sifón que está justo encima de la línea de llenado, es
necesario aplicar una pequeña presión en la abertura mayor o un ligero vacío en la
menor. Entonces el asfalto fluirá hacia abajo en la sección vertical del tubo capilar
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debido a la gravedad. Cuando el asfalto alcanza la primera de las marcas se
comienza a medir el tiempo hasta que alcanza la segunda. El intervalo de tiempo,
multiplicado por el factor de calibración del viscosímetro, da la viscosidad
cinemática en centistokes.
Es necesario destacar que las medidas de viscosidad para 135ºC (275ºF) se
expresan en centistokes y para 60ºC (140°F), en poises. En el ensayo de
viscosidad cinemática, la gravedad induce el flujo (resultados en centistokes) y la
cantidad de flujo a través del tubo capilar depende de la densidad del material. En
el ensayo de viscosidad absoluta, los resultados se dan en poises, y el flujo a
través del tubo capilar se induce por medio de un vacío parcial, siendo los efectos
gravitacionales despreciables. Estas unidades poises y stokes o centipoises y
centistokes - pueden ser convertidas unas en otras aplicando, simplemente, un
factor debido a la densidad.
3. 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. Los asfaltos de diferentes tipos reblandecen a
diferentes temperaturas. El punto de reblandecimiento se determina usualmente
por el método de ensayo del anillo y bola.
Consiste en llenar de asfalto fundido un anillo de latón de dimensiones
normalizadas, se deja enfriar a la temperatura ambiente durante cuatro horas.
Sobre el centro de la muestra se sitúa una bola de acero de dimensiones y peso
específicos, casi siempre de 9.51mm de diámetro. Una vez lista, se suspende la
muestra sobre un baño de agua y se calienta el baño de tal manera que la
temperatura del agua suba a velocidad constante. Se anota la temperatura en el
momento en que la bola de acero toca el fondo del vaso de cristal. Esta
temperatura es el punto de ablandamiento.
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4. Ductilidad:
La ductilidad es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando,
bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sin romperse permitiendo
obtener alambres o hilos. A los metales que presentan esta propiedad se les
denomina dúctiles.
En otros términos, un material es dúctil cuando la relación entre el alargamiento
longitudinal producido por una tracción y la disminución de la sección transversal
es muy elevada.
Los asfaltos dúctiles tienen normalmente mejores propiedades aglomerantes. Por
otra parte, los asfaltos con una ductilidad muy elevada son usualmente
susceptibles a los cambios de temperatura.
El ensayo consiste en moldear asfalto en condiciones y con dimensiones
normalizadas de ensayo y en someterlo a alargamiento con una velocidad
especificada hasta que el hilo que une los dos extremos se rompa. Normalmente,
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el ensayo se realiza a una temperatura de 25' C y una velocidad de alargamiento
de 5cm/min. La ductilidad se mide en un equipo llamado ductilímetro. La longitud
(en cm) a la que el hilo del material se rompe define la ductilidad.
5. 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. El punto de inflamación se mide
por el
Ensayo en copa abierta Cleveland. La copa de bronce se llena parcialmente con
el material y se calienta a una velocidad establecida. Se hace pasar
periódicamente, sobre la superficie de la muestra, una pequeña llama, y se define
como punto de llama la temperatura a la que se han desprendido vapores
suficientes para producir una llamarada repentina. El punto de inflamación de los
cutbacks se mide mediante el ensayo de punto de inflamación de vaso abierto,
también, pero el aparato se modifica para hacer posible el calentamiento indirecto
del cutback. A veces se emplea para los betunes asfálticos el punto de inflamación
Pensky-Martens. Este difiere, esencialmente, de los otros por la necesidad de
agitación durante el proceso.
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6. Ensayo en horno de película delgada:
Este no es en realidad un ensayo, sino un procedimiento destinado a someter a
una muestra de asfalto a condiciones de endurecimiento aproximadas a aquellas
que ocurren durante las operaciones normales de una planta de mezclado en
caliente. Para medir la resistencia al endurecimiento del material bajo estas
condiciones, se hacen al asfalto ensayos de penetración o de viscosidad antes y
después del ensayo.
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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.
Este ensayo se realiza colocando una muestra de 50 g de asfalto en un recipiente
cilíndrico de 13.97cm de diámetro y 9.525mm de profundidad, con fondo plano.
Así se obtiene una probeta de asfalto de un espesor aproximado a 3mm. El
recipiente con la probeta se coloca en un soporte giratorio en un horno bien
ventilado y se mantiene una temperatura de 163 'C durante 5 horas. Después se
vierte el asfalto en un recipiente normal empleado en el ensayo de penetración.
7 .Ensayo de película delgada rodante en horno:
Este ensayo es una variante del anterior, el propósito es el mismo pero cambian
los equipos y procedimientos de ensayo.
La figura 3.55 muestra el horno usado para el ensayo de película delgada rodante
y también el frasco de diseño especial para contener la muestra. Se vuelca en el
frasco una determinada cantidad de cemento asfáltico y se lo coloca en un soporte
que rota con cierta velocidad alrededor de un eje horizontal, con el horno
mantenido a una temperatura constante de 163ºC (325ºF). Al rotar el frasco, el
cemento asfáltico es expuesto constantemente en películas nuevas. En cada
rotación, el orificio del frasco de la muestra pasa por un chorro de aire caliente que
barre los vapores acumulados en el recipiente.
En este horno, se puede acomodar un mayor número de muestras que en el horno
del ensayo de película delgada. El tiempo requerido para alcanzar determinadas
condiciones de endurecimiento en la muestra es también menor para este ensayo.
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B) Otras pruebas
1. 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. La mayor parte de los betunes asfálticos se
disuelve en sulfuro de carbono y en tetracloruro de carbono. Como el tetracloruro
de carbono no es inflamable, es el disolvente preferido en la mayor parte de los
casos.
La determinación de la solubilidad es sencillamente un proceso de disolución del
betún asfáltico en un disolvente separando la materia insoluble.
El ensayo de solubilidad es una medida de la pureza del cemento asfáltico. La
parte del mismo soluble en bisulfuro de carbono representa los constituyentes
activos de cementación. Solo la materia inerte, como sales, carbón libre, o
contaminantes inorgánicos, no son solubles.
En este ensayo se usa generalmente tricloroetileno, que es menos peligroso que
el bisulfuro de carbono y otros solventes. La mayoría de los cementos asfálticos
son igualmente solubles en cualquiera de ellos.
El proceso para determinar la solubilidad es muy simple. Se disuelven
aproximadamente 2 grs. de asfalto en 100 ml de solvente y se filtra la solución a
través de una plancha de asbesto colocada en un crisol de porcelana (Gooch). Se
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pesa el material retenido por el filtro y se lo expresa como porcentaje de la
muestra original, obteniéndose el porcentaje soluble en bisulfuro de carbono.
2. 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. O sea, la cantidad de veces que
pesa más que el agua a igual temperatura. El peso específico se determina
normalmente por el método del picnómetro.
Para la determinación de peso específico absoluto, empleamos un recipiente
aforado llamado picnómetro, que son matraces calibrados a distintas
temperaturas.
- Picnómetro. Es un frasco volumétrico, con una capacidad de 50 cc. La tapa
deberá ser del mismo material del picnómetro y deberá entrar con facilidad hasta
la profundidad indicada. Además deberá tener un hueco en el centro para permitir
la salida del aire y del agua en exceso.
3. Destilación:
El ensayo de destilación se emplea para determinar las proporciones relativas de
asfaltos y disolventes presentes en el cutback(asfaltos diluidos que son el
producto de alguna adición de algún destilado de petróleo al cemento asfáltico,
resultando menos viscoso y por ello aplicable en zonas de baja temperatura, el
solvente se pierde por evaporación quedando el cemento asfáltico sobre la
superficie luego de su aplicación). Se emplea también para medir las cantidades
de disolvente que destilan a diversas temperaturas, que indican las características
de evaporación del disolvente. Estas, a su vez, indican la velocidad a que el
material curará después de su aplicación. El asfalto recuperado en el ensayo
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puede emplearse para realizar los ensayos descritos al hablar de betunes
asfálticos.
El ensayo se realiza colocando una cantidad específica de cutback en un matraz
de destilación conectado a un condensador. El cutback se calienta gradualmente
hasta una temperatura especificada y se anota la cantidad de disolvente destilado
a diversas temperaturas. Cuando se alcanza la temperatura de 360 'C se mide la
cantidad de asfalto restante y se expresa como porcentaje en un volumen de la
muestra original. Para los asfaltos líquidos de curado lento el ensayo es el mismo,
sólo que se hace una única medición a 360 'C.
4. Contenido de humedad:
Se coloca en una retorta de metal (vasija con cuello largo y encorvado utilizada
para diversas operaciones químicas) 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. El volumen
de agua se mide y se expresa en porcentaje del volumen de la mezcla original.
5 .Flotador:
El ensayo del flotador se hace sobre el residuo de destilación de los asfaltos
líquidos del tipo de curado lento. Es un ensayo de viscosidad modificado y se
emplea porque el residuo es usualmente demasiado blando para el ensayo de
penetración o de volumen demasiado pequeño para la determinación de la
viscosidad Saybolt-Furol. Su finalidad es dar una indicación de la consistencia de
los productos con estas limitaciones.
Se solidifica un tapón de residuo asfáltico en el orificio del fondo del flotador por
enfriamiento a 5 'C. Después se coloca el flotador sobre el agua a 50 'C y se
determina el tiempo necesario para que el agua pase a través del tapón. En las
especificaciones se fijan los valores que deben obtenerse en los distintos grados
de asfalto líquido de tipo de curado lento.
6 .Ensayo de tamizado:
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El ensayo de tamizado complementa al de sedimentación. Se emplea para
determinar cuantitativamente el porcentaje de asfalto presente en forma de
glóbulos relativamente grandes. Estos glóbulos no dan revestimientos delgados y
uniformes de asfalto sobre las partículas de áridos.
En el ensayo de tamizado se hace pasar una muestra representativa de la
emulsión asfáltica a través de un tamiz. El tamiz y el asfalto retenido se lavan a
continuación con una solución diluida de oleato sódico y finalmente con agua
destilada. Después del lavado, el tamiz y el asfalto se secan en un horno y se
determina la cantidad de asfalto retenido.
Comportamiento del asfalto:
Por su naturaleza visco-elástica, el comportamiento del asfalto depende tanto de
la temperatura como de la carga que vaya a soportar. Como se ve en la figura #16
la cantidad de asfalto que fluye en una hora a 60 'C, puede ser la misma cantidad
que fluye en diez horas a 25 'C. Por lo tanto, el tiempo y la temperatura están muy
relacionados. A esto se le llama casi siempre el cambio temperatura-tiempo o el
concepto de superposición del cemento asfáltico.
En condiciones calientes (desérticas) o bajo continua carga, el asfalto actúa como
un líquido viscoso. La viscosidad es la característica física usada para describir la
forma de fluir de los líquidos. Si el fluir del asfalto caliente se pudiera ver con un
microscopio, se podrían ver las capas de moléculas deslizándose una sobre la
otra.(Ver Fig. #17) La velocidad de la fluidez dependería de la fricción entre las
capas. La viscosidad es una característica diferenciante; o sea, sirve para
distinguir un líquido del otro.
http://congresoiq-ia.iteso.mx/ponencias/ReologiadeAsfaltos.pdf Pág. 33
http://www.scribd.com/doc/2416949/MANUAL-DE-ENSAYOS-PARAPAVIMENTOS
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