Tipos de Asfaltos y sus Aplicaciones en Pavimentos

Clasificación de Asfaltos

  • Asfaltos naturales (1ª generación)
  • Asfaltos de la destilación del carbón (2ª generación)
  • Asfaltos de la destilación del petróleo (3ª generación)
  • Asfaltos cortados: Al asfalto (85%) se le añade disolvente (15%) dejándolo líquido para poder mezclar con áridos (4)
  • Asfaltos emulsionados: 67% asfalto (5)
  • Asfaltos modificados (6)
  • Espumas asfálticas (7)
  • Gel asfáltico (8)
  • Asfalto traslúcido: Se puede colorear (9)

Tipos de Pavimentos

Pavimentos Rígidos

Poseen alta resistencia al esfuerzo del tránsito, repartiendo el esfuerzo al ancho de la carretera.

Ventajas:

  • Si el terreno natural es de buena calidad, se pueden eliminar capas.
  • La mantención de losas es innecesaria.
  • El suelo de fundación tiene poca influencia en el espesor de la losa, tomando importancia el tipo de tránsito.

Desventajas:

  • Debido al módulo de elasticidad, el hormigón sufre dilatación y contracción (gradiente térmica: diferencia entre la temperatura de la superficie y el fondo de la losa).
  • Necesita conservación en las junturas.
  • El escalonamiento es perjudicial para el sello.
  • Alto costo de repavimentación.

Pavimentos Flexibles

Asfalto.

Ventajas:

  • Sirven para todo tipo de tránsito.
  • Rodado suave sin juntas.
  • Se elige el tipo de asfalto para diferentes climas.
  • Se puede diseñar asfalto con gran variedad de áridos.
  • Dan soluciones por etapas.
  • Las reparaciones solo afectan a la parte defectuosa.

Desventajas:

  • El asfalto se oxida, por lo que requiere mantención periódica.
  • Las diferencias de etapas obligan a estudios, sobre todo con redes de alcantarillado, agua potable, etc.

Pavimentos Semirrígidos o Estáticos

Adoquines, adocretos, pastelones, etc.

*Los pavimentos de hormigón se reciclan en un 30-40%, los de asfalto en un 100%.

Asfaltos: Características y Propiedades

El asfalto es un material de color café oscuro o negro constituido principalmente por bitúmenes obtenidos de la naturaleza o como residuo de refinación del petróleo, denominados como pavimentos ecológicos ya que son drenantes, antirruidos y antirreflectantes de grietas.

Los componentes más importantes son los MALTEÑOS (-resinas aromáticas: semisólidos o sólidos, fluidos en caliente y frágiles en frío, proveen ductilidad. –aceites saturados: son incoloros que dan fluidez o plasticidad) y también están los ASFALTENOS (partículas bituminosas negras altamente viscosas que le dan la adhesión, elasticidad y resistencia).

Sus propiedades son:

  • Impermeable (resiste el ataque de ácidos).
  • Adherente y cohesivo (pegajoso sobre cualquier cosa).
  • Flexible.
  • Termoplástico (afectado por la temperatura, en frío se rigidiza, con calor se ablanda).
  • Buen comportamiento ante cargas instantáneas.
  • Fluye bajo la acción de cargas permanentes.
  • Se oxida con el tiempo.

*Si se mezcla asfalto con polvo de azufre, le da mayor resistencia.

Asfaltos para Pavimentos: Tipos y Ensayos

1 – Cemento Asfáltico (CA)

Combinación de asfalto refinado y aceites fluidificantes, son más o menos duros a temperatura ambiente, se dividen de acuerdo a la dureza del ensayo de penetración. Para ser trabajable se calienta a aproximadamente 150°C, tiene un punto de inflamación aproximado de 232°C.

Ensayos para Cemento Asfáltico

Ensayo de Penetración: Mide la consistencia del asfalto mediante la penetración durante 5 segundos. Se saca del baño térmico la probeta a 25°C y se coloca debajo de la aguja para ser penetrada.

Ensayo de Ductilidad: Busca determinar la resistencia a la ruptura mediante alargamiento (como mínimo 1 metro). Se colocan los moldes en el ductilímetro a 25°C y se mide cuánto se alarga.

Ensayo de Película Delgada: Busca someter al asfalto a condiciones de envejecimiento. El disco horizontal gira unas 5 horas (cuando el ensayo es de película delgada rotatoria, va vertical). Se evalúa la ductilidad y penetración antes y después del ensayo.

Ensayo de Viscosidad: Busca determinar la resistencia al corte en la que puede fluir el asfalto. Se mide por viscosidad cinemática o absoluta. Se toma el tiempo que demora pasar el asfalto por cada tramo del viscosímetro y se multiplica por la calibración que posea el viscosímetro.

Ensayo de Punto de Ablandamiento (anillo y bola): Temperatura a la que una muestra de asfalto suspendida en un anillo cae debido al peso cuando se calienta, cercano a 45°C.

Solubilidad: Se usa para determinar impurezas o materiales extraños encontrados en el asfalto o en algún elemento no soluble al asfalto. Se disuelve el asfalto y se pasa por un filtro, observando lo que está retenido (no más del 1%).

Ensayo de la Mancha: Permite determinar la razón de los constituyentes del asfalto, resinas más aceites, que es fundamental en el comportamiento de los asfaltos; especialmente si es oxidado. Se diluye el asfalto y se deja caer una gota en papel filtro, la que deja una mancha. Si deja una aureola por los bordes, es que tiene exceso de parafina. No tiene medición reglamentada, esto queda a subjetividad del laboratorista el tamaño de la mancha.

Ensayo de Fraass: Se aplica un poco de asfalto a la placa de metal delgada (lámina) para colocarla en un vaso precipitado con manilla que flecta la lámina. Ensayo contrario al anillo y bola, es en frío hasta que la película de asfalto se rigidice o tenga fracturas. Debe aguantar al menos -15°C, consistiendo esta en el punto de Fraass.

Punto de Inflamación: Se usa para saber a qué temperatura el asfalto puede calentarse sin que se inflame. En una copa abierta se coloca una muestra, la que eleva su temperatura hasta que genere una nube de gases de color azul hasta una pequeña explosión, registrando la temperatura en que ocurrió. Si aumenta entre 10-15°C sobre los 232°C, se comienza con el punto de ignición, ya que se enciende el asfalto.

2 – Asfaltos Cortados

Asfaltos que han sido fluidificados mezclándolos con disolventes del petróleo. Existen 3 tipos:

  • Asfaltos cortados de curado rápido cuyo fluidificante es bencina. RC
  • Asfaltos cortados de curado medio cuyo fluidificante es kerosene. MC-30 (viscosidad, más viscosa con menos solvente) es casi el único que se fabrica.
  • Asfaltos cortados de curado lento cuyo fluidificante es aceite relativamente poco volátil. SC

Destilación: Entrega las proporciones de bitumen y solvente que se encuentran en el asfalto fluidificado.

3 – Emulsiones Asfálticas

Asfalto cuyo fluidificante es el agua, tiene un sistema heterogéneo de dos fases. El agua forma la fase continua de la emulsión y la fase discontinua se constituye por pequeños glóbulos de asfalto en suspensión. No es una mezcla, es una suspensión del asfalto en el agua. Se dividen en 3:

  • Emulsiones asfálticas de quiebre rápido. RS
  • Emulsiones asfálticas de quiebre medio. MS
  • Emulsiones asfálticas de quiebre lento. SS

Ensayos para Emulsiones Asfálticas

Destilación: Determina las proporciones de cemento asfáltico y agua en la emulsión. El calor debe ser conducido por metales de manera uniforme debido a las diferencias de ebullición, el agua hierve a 100°C y el asfalto a mayor temperatura, generando espuma.

Carga de Partículas: Identifica si la emulsión es catiónica o aniónica.

Ensayo de Viscosidad: En las emulsiones se utiliza el ensayo Saybolt-Furol, se usa a 25 y 50°C.

Demulsibilidad: Es para emulsiones rápidas, indica la rapidez relativa en la que los glóbulos coloidales de asfalto se quiebran cuando se esparce en delgadas capas sobre un suelo o agregado.

Sedimentación: Indica la estabilidad de la emulsión al ser almacenada. Detecta la tendencia de los glóbulos de asfalto a sedimentar durante el almacenamiento. Indica también la calidad de la emulsión aun cuando esta no sea almacenada.

Mezcla con Cemento: Es igual que el ensayo de demulsibilidad, pero para emulsiones lentas.

4 – Asfaltos Modificados

Son asfaltos a los que se les agregan aditivos modificadores para mejorar sus propiedades reológicas y mecánicas, esto se debe al aumento de los límites de temperatura que soporta el asfalto. Estos procedimientos implican revisar diseño, construcción y especificaciones.

*El más usado es el caucho sintético, ya que con este aumenta la resistencia, es más viscoso, aumenta la temperatura de trabajabilidad para compartir y esparcir la carpeta. Con más resistencia bajan los ahuellamientos.

Objetivos de los Asfaltos Modificados

  • Dar mayor rigidez a altas temperaturas.
  • Dar menor rigidez a bajas temperaturas.
  • Menor rigidez a temperatura de manejo con el fin de mejorar condiciones de riegos, bombeos, mezclados y compactación.
  • Aumento de adherencia asfalto-árido.

Clasificación de los Modificadores

  • Filler mineral (cenizas, cal, cemento, carbón).
  • Expandidores (sulfuros, ligninas).
  • Cauchos (látex natural, látex sintético, copolímeros, goma reciclada).
  • Plásticos (poliestireno, polipropileno, acetato de vinil-etileno, polivinilo clorhídrico).
  • Fibras (asbesto, lana mineral, polipropileno, poliéster).
  • Oxidantes (manganeso).
  • Antioxidantes: prolongan la vida útil del asfalto (mezcla de plomo, carbón, sal-calcio).
  • Hidrocarburos: le dan más flexibilidad al asfalto (aceites reciclados rejuvenecidos).
  • Materiales antidesprendimiento (aminas, cales).

Susceptibilidad Térmica de los Asfaltos

BTDC (Bitumen, Ensayo, Datos, Cartilla) cartilla de control. El IP se mueve normalmente entre -3 y +7.

  • El IP recomendado para asfaltos para pavimentación es entre -1 y +1. En Chile se acepta entre -2 y +0,5.
  • El valor -3 se da en asfaltos muy susceptibles térmicamente.
  • El valor +7 para asfaltos altamente oxidados (soplados), de muy baja susceptibilidad térmica.