AC20 EKBE - Introducción al Asfalto
INTRODUCCIÓN AL ASFALTO
El asfalto es un material cementante, muy adhesivo, impermeable que varía en su consistencia ente sólido y semisólido a temperaturas ambiente. El asfalto se encuentra en yacimientos naturales o bien es producido en las refinerías. La mayor parte del asfalto usado en México proviene de las Refinerías de México ubicadas en Tula, Hidalgo; Salamanca, Guanajuato; Madero, Tamaulipas; Cadereyta; Nuevo León y Salina Cruz, Oaxaca. Algunas de estas refinerías suministran asfalto clasificado por su grado viscosidad como AC20 y AC5 y un asfalto clasificado por su grado comportamiento como EKBE 64-22.
Del 90 al 95% en peso del asfalto está compuesto de carbono e hidrógeno (por lo que es llamado un hidrocarburo y a esta parte se le conoce como la fracción orgánica) el resto está compuesto por dos tipos de átomos: hetereoátomos (tales como O2, N2, S) y metales como Ni, Fe, V; las cuales son conocidas como la fracción inorgánica.
En México el asfalto es obtenido a través del proceso de destilación, del petróleo (véase figura). El asfalto es considerado un sistema coloidal complejo, cuya coloración varía de marrón oscuro a negro, altamente viscoso, de olor característico y termoplástico, es decir, se ablanda y fluye a altas temperaturas mientras que a bajas temperaturas se endurece. La composición química del asfalto es bastante compleja, basta decir que esta constituida por más de 10x1015 tipo de moléculas unidas y entrelazadas.
Química del asfalto
Su composición análoga a la del petróleo, permite agrupar sus constituyentes en cuatro grupos orgánicos bien definidos: saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos; este conjunto es conocido como SARA. La cuantificación de componentes del asfalto puede ser realizada mediante cromatografía de capa de fina, la cual es una técnica donde se utiliza una placa cromatográfica vertical en donde se coloca la muestra de asfalto empleando un eluyente. En la figura 1 se muestra como ejemplo la composición SARA de diferentes lotes de asfalto producidos por la Refinería de Cadereyta.
Fig.1 Análisis SARA utilizando el equipo IATROSCAN del asfalto de la Refinería de Cadereyta.
De forma general podemos identificar a los asfaltenos como compuestos de alto peso molecular, como anillos aromáticos unidos, con pequeñas cadenas alifáticas en los extremos y heteroátomos polares conteniendo grupos funcionales; éstos son considerados la estructura del asfalto que le aporta rigidez y le permite resistir altas temperaturas y esfuerzos externos de deformación. Mientras los maltenos le proporcionan suavidad al asfalto, son líquidos a temperatura ambiente constituidos por resinas, saturados y aromáticos.
La composición química de los asfalto depende del crudo del cual proviene y del proceso de refinación.
Figura 2. Composición química del asfalto.
Comportamiento del asfalto
El asfalto es un material termoplástico cuyo comportamiento depende entre otros factores de la temperatura: En condiciones de temperatura alta (climas desérticos, verano) o cargas sostenidas (camiones de poca velocidad, intersecciones, montañas), el asfalto se comporta como un líquido viscoso.
Si no se escoge el asfalto adecuado en estas condiciones las mezclas asfálticas pueden presentar un comportamiento plástico, susceptible a la formación de roderas y desplazamientos en intersecciones.
En condiciones de baja temperatura (climas fríos, invierno), cargas rápidas (camiones a alta velocidad), el asfalto se comporta como un sólido elástico. En donde la mezcla es frágil y puede provocar grietas transversales y agrietamiento térmico (debido a que los esfuerzos internos inducidos por cambios de temperatura, exceden la resistencia).
Clasificación de los asfaltos
En México existen dos normativas para clasificar los asfaltos, la primera de ellas la norma N-CMT-4-05-001 la cual clasifica el asfalto de acuerdo a su viscosidad dinámica determinada a 60C. Para el caso del AC20 el asfalto en su condición original debe presentar una viscosidad dinámica de 200+-40Pa-s, mientras que el AC-5 debe cumplir con un rango de 50+-10Pa-s.
Sin embargo en la búsqueda de especificaciones de asfalto que pudieran predecir el comportamiento de los pavimentos a largo plazo, se adoptó la clasificación de grado desempeño desarrollada dentro del programa "Strategic Highway Research Program" (SHRP) en Estados Unidos.
Se trata de un sistema de clasificación basado en grados desempeño (PG por sus siglas en inglés "performance grade"). El cual es especificado por una temperatura alta que corresponde al promedio de las temperaturas del aire más altas durante 7 días a una profundidad de 20mm del pavimento (ejemplo: 64) y la mínima temperatura de diseño del pavimento obtenida de la temperatura mínima de aire registrada (ejemplo: -16).
Para asegurar que un asfalto PG XX-XX tenga un buen comportamiento en campo se desarrollaron métodos y equipos de prueba con la finalidad de prevenir las fallas más comunes en los pavimentos: roderas, grietas térmicas y grietas por fatiga. Para determinar el grado desempeño de un material asfaltico dado se requieren seis equipos de laboratorio como se muestra en la figura 3 y la secuencia de análisis seguida se muestra en la figura 4.
Figura 3. Equipos requeridos en la clasificación de asfaltos grado PG
Fig. 4 Secuencia de pruebas seguidas en la evaluación del grado PG del asfalto
Selección del Grado Desempeño (PG)
La selección del grado PG adecuado para un proyecto se debe realizar considerando las condiciones climáticas, velocidad e intensidad de tránsito a las que estará sujeto el pavimento durante su vida útil.
Para poder seleccionar el grado PG adecuado para un proyecto particular se puede consultar la página: gradopgmexico.com
Es importante mencionar, que si bien las Refinerías en México pueden llegar a suministrar eventualmente asfaltos grado desempeño como el PG 64-16 y 64-22; de acuerdo al clima, velocidad e intensidad de tránsito a las que están sujetas las carreteras de nuestro país usualmente se requieren de asfaltos con un mayor grado desempeño tales como el PG 70-22, 76-22, 82-22 etc.
Para alcanzar estos grados desempeños se tiene que realizar la modificación de los asfaltos suministrados por la Refinería Nacional lo cual normalmente es logrado mediante la incorporación de polímero y aditivos principalmente.
Palabras clave: asfalto, AC20, EKBE, Grado comportamiento
Roberto Ruiz en Google+