RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO

Envejecimiento es el nombre genérico dado a una serie de cambios en las propiedades de los materiales que ocurre durante periodos de tiempo más o menos largos, y que originan la degradación parcial o total de los mismos.

Los asfaltos presentan una gran resistencia al envejecimiento como consecuencia de su naturaleza fundamentalmente hidrocarbonado de baja reactividad; pero durante su manipulación y periodo de servicio están sometidos a una serie de factores y agentes externos que originan cambios en su composición y repercuten negativamente sobre sus propiedades.

En pavimentación, los asfaltos están sometidos a diferentes procesos de envejecimiento. En primer lugar hay que considerar el envejecimiento producido durante el transporte en las cisternas y el almacenamiento en los tanques de la planta ,donde el factor principal que causa el envejecimiento es la temperatura .Durante la fabricación de la mezcla asfáltica en caliente el ligante está sometido a altas temperaturas en presencia del oxigeno atmosférico, ,siendo por tanto la temperatura y el oxigeno los factores más importantes a considerar, aunque también hay una adsorción de algunas fracciones de asfalto por los áridos ,especialmente por el filler. Finalmente, durante el periodo de servicio están expuestos a los agentes ambientales (radiación solar, oxigeno, agua, temperatura, microorganismos, etc.) y a contaminación por los lubricantes y carburantes que arrojan los vehículos a su paso por el firme.

El envejecimiento es un fenómeno físico químico muy complejo, que consiste fundamentalmente en una pérdida de los componentes más volátiles y en un proceso de oxidación; por tanto, depende de la composición y estructura química del asfalto y de otros parámetros inertes a la mezcla asfáltica (huecos de la mezcla, espesor de la película de asfalto, etc.), así como las condiciones ambientales (temperatura, radiación solar, humedad).

De forma general, el oxigeno atmosférico reacciona con los constituyentes

más reactivos del betún, dando lugar a reacción de oxidación,

deshidrogenación, condensación y polimerización, lo que provoca

alteraciones en su composición química .Estas reacciones son activas por efecto de la temperatura, así como por efectos de la radiación solar; el agua de lluvia contribuye al envejecimiento al solubilizar algunos de los compuestos de oxidación.

Los cambios de composición química dan lugar a alteraciones en su estructura coloidal, ya que como consecuencia de estas reacciones se produce un aumento del contenido de asfáltenos, y una disminución del contenido de resinas y de los compuestos más aromáticos, lo que conduce a una gelificación progresiva del sistema coloidal.

Estas variaciones de composición química y estructura coloidal se traduce en un endurecimiento del asfalto (disminución de la penetración, aumento del punto de reblandecimiento A y B, aumento de la fragilidad, etc.), una pérdida del poder aglomerante.

El número de métodos existentes para valorar el envejecimiento de los asfaltos es muy elevado, posiblemente debido a la imposibilidad de recoger en un solo método la simulación de todos los procesos de manipulación a que están sometidos estos materiales desde su fabricación hasta su puesta en obra, así como el envejecimiento posterior producido su periodo de servicio.

A continuación se exponen los principios básicos de los métodos más representativos y de mayor uso, utilizados para envejecer de forma acelerada en el laboratorio de asfaltos.

Perdida por calentamiento: Con este ensayo se determina la pérdida por calentamiento del ligante asfáltico expresada en porcentaje de peso. Estos ensayos no son verdaderas pruebas, solamente son procedimientos que

exponen una muestra de asfalto a unas condiciones que aproximan las ocurridas durante las operaciones de las plantas de mezclado en caliente.

Este ensayo consiste en colocar 50 gramos de ligante asfáltico en un recipiente de forma cilíndrica, fondo plano con un diámetro de 5.5cm y una altura de 3.5cm. Sometiendo a las muestras a una temperatura constante de 163°±1°C durante 5 horas en un horno con base giratoria (ver Figura 2-12), las revoluciones de la base serán de 5 a 6 rev/minuto. El procedimiento a seguir en la realización del ensayo se explica con detalle en el método ASTM D-6.

Figura 2-12. Ensayo de pérdida por calentamiento Fuente: (ASTM D 6)

Punto de inflamación: El punto de inflamación de un ligante asfáltico 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. El punto de inflamación no debe ser confundido con el punto de combustión, el cual es la temperatura más baja a la cual el ligante asfáltico se inflama y se quema. El punto de inflamación consiste, tan solo, en la combustión instantánea de las fracciones volátiles que se están separando del asfalto.

El punto de inflamación de un asfalto se mide por el ensayo en vaso abierto Cleveland .según condición normalizada prescrita en el método ASTM D-92.

En la figura 2-13 se representa esquemáticamente el ensayo. Un vaso abierto de latón se llena parcialmente con asfalto y se calienta a una velocidad establecida .Se hace pasar periódicamente sobre la superficie de la muestra una pequeña llama, y se define punto de llama la temperatura a la que se han desprendido vapores suficientes para producir una llamarada repentina.

Figura 2-13. Ensayo del punto de inflamación

Fuente: (ASTM D 92)

Ensayo de la mancha: El ensayo de la mancha o de "Oliensis" es un procedimiento que permite comprobar si un asfalto ha sido sometido a temperaturas capaces de originar procesos de descomposición térmica (cracking) o si ha sido contaminado con productos que los hayan tenido. Para la realización de este ensayo el solvente utilizado es gasolina. El resultado de esta prueba tiene una valoración visual. El procedimiento a seguir en la realización del ensayo se explica con detalle en el método AASHTO T-102.

Peso especifico: Aunque normalmente no se especifica, es deseable conocer el peso específico del asfalto que se emplea. Este conocimiento es útil para hacer las correcciones de volumen cuando este se mide a

temperaturas elevadas .Se emplea también como uno de los factores para la determinación de los huecos en las mezclas asfálticas para pavimentación compactadas. El peso específico es la relación del peso de un volumen determinado del material al peso de igual volumen de agua, estando ambos materiales a temperaturas especificadas. Así, un peso especificado de 1.05 significa que el material pesa 1.05 veces lo que pesa el agua a temperatura fijada. Todos los líquidos y la mayor parte de los sólidos sufren cambios de volumen cuando varia la temperatura .Se expansiona cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Para fijar condiciones determinadas aplicables a un valor dado del peso especifico, debe indicarse la temperatura del material y la del agua.