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Historia del Asfalto El asfalto es un componente natural de la mayor parte de los petróleos. La palabra Asfalto, deriva del acadio, lengua hablada en Asiría, en las orillas del Tigris superior, entre los años 1400 y 600 A.C. En esta zona se encuentra en efecto la palabra "Sphalto" que significa "lo que hace caer". Luego la palabra fue adoptada por el griego, pasó al latín y, más adelante, al francés (asphalte), al español (asfalto) y al inglés (asphalt). Estudios arqueológicos, indican que es uno de los materiales constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado. En el sector de la construcción, la utilización más antigua se remonta aproximadamente al año 3200 A.C. Excavaciones efectuadas en TellAsmer, a 80 km al noreste de Bagdad, permitieron constatar que los Sumerios habían utilizado un mastic de asfalto para la construcción. Dicho mastic, compuesto por betún, finos minerales y paja, se utilizaba en la pega de ladrillos o mampuestos, en la realización de pavimentos interiores (de 3 a 6 cm de espesor), para tratamientos superficiales externos de protección y como revestimiento impermeable en los baños públicos. Este género de aplicaciones se repite en numerosas regiones de Mesopotamia, al igual que en el Valle del Indo (Mohenjo-Daro). A la sazón, los Egipcios le habían encontrado otra aplicación al betún, como relleno del cuerpo en trabajos de momificación, práctica que se extiende aproximadamente hasta el año 300 A.C. Teniendo en cuenta el gran número de aplicaciones posibles y conocidas de los ligantes hidrocarbonados, es normal que se encuentren numerosas alusiones en la literatura al respecto.

Es así como en la

Biblia, se menciona en varias oportunidades su uso- a propósito del Arca de Noé, de la Torre de Babel, de la Cuna de Moisés, de las Murallas de

Jericó, etc.

Numerosas citaciones figuran en casi todos los libros

Griegos o Latinos, que según los casos, describen los yacimientos de betún natural o de asfalto, la fabricación del alquitrán de madera, los diversos

usos

o

curiosas

propiedades

de

este

producto.

Los Arabes desarrollaron un uso medicinal al asfalto, el cual se extendió hasta nuestra época. Se utiliza para el tratamiento de enfermedades a la piel y como desinfectante tópico. Dada las propiedades combustibles que presentan los ligantes hidrocarbonados, es que en la antigüedad se utilizaban con fines bélicos o destructivos, en forma de bolas de betún encendidas

las

cuales

eran

catapultadas

y

en

forma

de

baños

incandescentes, prolongándose hasta la Edad Media. Por último, cabe destacar el papel desempeñado por los ligantes hidrocarbonados en el calafateo y protección de los cascos de las embarcaciones. El betún natural fue descubierto a mediados del siglo XVI, en la Isla de Trinidad, por Cristóbal Colón.

Un siglo más tarde, Sir Walter

Raleigh quedó asombrado ante este Lago de Betún y tomó posesión de él para la Corona Británica. Se puede considerar que el 19 de agosto de 1681, abrió una nueva era para los ligantes hídrocarbonados, dado que los ingleses Joakin Becher y Henry Serie registraron una patente relativa a "un nuevo método para extraer brea y alquitrán del carbón de piedra", que según sus autores permitía obtener un alquitrán tan bueno como el de Suecia. Mientras tanto, en 1712, el griego Eirini D'Eyrinis hizo otro descubrimiento: el yacimiento de asfalto de Va¡ de Travers en Suiza y luego el yacimiento de Seyssel en el Valle del Ródano. A partir de estos yacimientos se elaboró el "mastic de asfalto", aplicado a revestimientos

de caminos y senderos. Las primeras aplicaciones tuvieron lugar en las afueras de Burdeos y en Lyon. En el año 1781, Lord Dundonald realiza los primeros estudios relativos a la calidad y utilización de la alquitrán de hulla y barniz de hulla. En 1824, la firma Pillot et Eyquem comenzó a fabricar adoquines se asfalto, que en 1837 se utilizaron para pavimentar la Plaza de la Concordia y los Campos Elíseos en París.En 1852, la construcción de la carretera Paris-Perpiñan utilizó el asfalto de Val Travers, significando el comienzo de una nueva forma de construcción vial.

En 1869, se

introduce el procedimiento en Londres (con asfalto de Val de Travers), y en 1870 en los Estados Unidos con similar ligante. Desde esta época, el "asfalto" se implantó sólidamente en las vías urbanas y propició significativamente su uso vial. La construcción del primer pavimento, tipo Sheet Asphalt, ocurre en 1876 en Washington D.C., con asfalto natural importado. En 1900 aparece la primera mezcla asfáltica en caliente, utilizada en la rue du Louvre y en la Avenue Victoria en París, la cual fue confeccionada con asfalto natural de la Isla de Trinidad. A partir del año 1902, se inicia el empleo de asfaltos destilados de petróleo en los Estados Unidos, que por sus características de pureza y economía en relación a los asfaltos naturales, constituye en la actualidad la principal fuente de abastecimiento. La aparición y desarrollo de la circulación automovilística en las carreteras de aquel entonces - de macadam a base de agua provocaban grandes nubarrones de polvo, ello dio origen a los tratamientos superficiales a base de emulsiones en el año 1903, con objeto de enfrentar dicho inconveniente. En 1909 en Versalles, sobre el firme de una carretera con un tráfico diario de 5000 vehículos, se construyó una capa de aglomerado bituminoso de 5 cm de espesor. Así pues,

en

los

albores

del

siglo

XX,

ya

existían

los

principales

componentes de la técnica de revestimientos bituminosos. Su desarrollo y perfeccionamiento, es tarea que incumbe a los profesionales del asfalto del siglo XX.

Betunes: El betún se obtiene generalmente por destilación a vacío del petróleo. La mayoría de los autores coinciden en que los betunes están constituidos, desde el punto de vista estructural, por un sistema coloidal multifásico. Así, se distinguen comúnmente tres grupos de compuestos en el betún: asfáltenos, resinas y aceites. Las resinas y aceites forman la fracción malténica. Distintas proporciones de estos compuestos dan lugar a diferentes micro estructuras en el betún. Así, si resinas y asfáltenos se encuentran dispersos en la fase malténica, sus interacciones son muy débiles y el betún se comporta como una dispersión dotada de propiedades viscosas. Un aumento de las asociaciones de asfáltenos produce estructuras compactas de marcadas propiedades visco elástico

Betunes asfálticos: Productos bituminosos sólidos o viscosos, naturales o preparados a partir de hidrocarburos naturales por destilación, oxidación, o cracking que contienen un tanto por ciento bajo de productos volátiles, poseen propiedades aglomerantes características y son esencialmente solubles en sulfuro de carbono.

Betunes asfálticos modificados con polímeros: Ligantes hidrocarbonados resultantes de la interacción física y/o química de polímeros con un betún asfáltico.

Betunes fluidificados: Productos resultantes de la incorporación a un betún asfáltico de fracciones liquidas, mas o menos volátiles, procedentes de la destilación del petróleo

Betunes fluxados: Productos resultantes de la incorporación a un betún asfáltico de fracciones liquidas, mas o menos volátiles, procedentes de la destilación del alquitrán.

Alquitranes: Ligantes hidrocarburados de viscosidad variable preparados a partir del residuo bruto obtenido en la destilación destructiva del carbón a altas temperatura.

Alquitranes para carreteras: Productos bituminosos de viscosidad variable preparados a partir del residuo bruto obtenido en la destilación destructiva del carbón a altas temperaturas.

Origenes del asfalto.

Es muy conocido que el término "bitumen" se originó en Sanscrito, donde la palabra "jatu" significa alquitrán y "jatubrit" significa la creación de alquitrán, palabra referida al alquitrán producido por resinas de algunos árboles. El equivalente en latín fue originalmente "gwitumen"

(cercano

al

alquitrán)

y

por

otros

"pixtu-men"

(alquitrán

burbujeado), cuya palabra fue acortada subsecuentemente a "bitumen" pasada luego del francés a ingles. Existen varias referencias al asfalto en la Biblia, aunque la terminología usada puede ser bastante confusa. En el libro del Génesis se refiere al impermeabilizante del Arca de Noe, el cual fue preparado con y sin alquitrán y de la aventura juvenil de Moisés en "Un Arca de Espadaña, pintarrajeada con lodo y con alquitrán". Aun más confusas son las descripciones de La Torre de Babel. La Versión Autorizada de la Biblia dice: "Ellos tenían ladrillos por rocas y lodo para mortero", la nueva versión autorizada dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedra y alquitrán en vez de mortero". La traducción de Moffat en 1935 dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedras y asfalto en vez de mortero"; así como en la nueva versión oficial de la Biblia en español. Tampoco es desconocido que los términos bitumen, alquitrán y asfalto son intercambiables.

Los primeros usos del asfalto En las vecindades de depósitos subterráneos de crudo de petróleo, laminas de estos depósitos pueden verse en la superficie. Esto puede ocurrir pos fallas geológicas; la cantidad y naturaleza de este material que se observa naturalmente depende de un numero de procesos naturales, los cuales pueden modificar las propiedades del material. Este producto puede ser considerado un "asfalto natural", a menudo siendo

acompañado por materia mineral, y la mezcla y dependiendo de las circunstancias por las cuales hayan sido mezcladas. Existen por supuesto grandes depósitos de crudo de petróleo en el medio ambiente y por miles de años estos han correspondido a laminas superficiales de asfalto "natural". Los antiguos habitantes de esas zonas no

apreciaron

rápidamente

las

excelentes

propiedades

impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que tenia el asfalto y rápidamente dejaban de usar este producto para su disposición final. Por mas de 5.000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado como un impermeabilizante y/o agente ligante. Los Sumerios, 3.800 AC, usaron asfalto y se recuerda este como el primer uso de este producto. En Mohenjo Daro, en el valle Indus, existen tanques de agua particularmente bien preservados los cuales datan del 3.800 AC. En las paredes de este tanque, no solamente los bloques de piedra fueron pegados con un asfalto "natural" sino que también el centro de las paredes tenían "nervios" de asfalto natural. Este mismo principio se usa actualmente en el diseño de modernos canales y diques. Se cree que Nebuchadnezzar fue un hábil exponente del uso del asfalto debido a que existe la evidencia que el usaba el producto para impermeabilización

de los techos de sus

palacios y como un ingrediente en sus caminos empedrados. El proceso de momificación usado por los antiguos egipcios también testifica las cualidades preservativas del asfalto, aunque es una materia de disputa si se usó asfalto en vez de resinas. Los antiguos usos "naturales" del asfalto descriptos arriba no persisten en dudas en aquellas partes habitadas del mundo donde estos depósitos

de

asfalto

natural

estaban

fácilmente

disponibles.

En

consecuencia esto parece haber sido poco desarrollo del arte en algún otro sitio. No fue hasta el fin del siglo XIX que alguno de los presentes mayores usos del asfalto fueron introducidos. Sin embargo, esto parecía haber sido algún conocimiento de carpetas alternativas en el periodo intermedio como esta en la grabación que Sir Walter Raleigh, en 1.595 proclamo el lago de asfalto que encontró en Trinidad para hacer el mejor impermeabilizante utilizado en el acollado de barcos. En la mitad del siglo XIX se intenta que el asfalto fuera manufacturado para utilizarse superficies de carreteras. El mismo provenía de depósitos naturales europeos. Así fue como se comenzaron a utilizar productos naturales que se obtenían del suelo, dando la llegada al carbón, alquitrán y luego el asfalto manufacturado a partir del crudo de petróleo. Durante el siglo XIX el uso del asfalto estaba limitado por su escasa disponibilidad, no obstante lo cual a mediados del mismo, la roca asfáltica participaba en la pavimentación de calles en Europa y después de 1.870, en USA . El aporte intensivo del asfalto en obras viales ocurrió a principios del siglo XIX debido a dos acontecimientos casi simultáneos: la aparición del automotor con rodado neumático -que sustituyó a la llanta maciza de caucho ideada en 1.869- y la explotacion masiva del petróleo cuya industrialización lo convirtió en productor principal de asfaltos. En el primer paso, el automóvil obtuvo pronto el favor del público que reclamó buenos caminos para mayor seguridad y confort. El transporte carretero comercial creó la dependencia "camión-camino" exigiendo amplias carreteras para más y mejores vehículos. En el segundo caso, el petróleo produjo importantes volúmenes de asfaltos aptos para un directo uso vial (cementos asfálticos) y asfaltos diluidos con las fracciones livianas (cut-back). Las emulsiones bituminosas de

tipo aniónico aparecieron por entonces (1.905) como paliativo del polvo, mientras que las catiónicas lo hicieron entre 1.951 y 1.957 en Europa y EE.UU. respectivamente; en Argentina las aniónicas comenzaron a producirse a mediados de la decada del '30 y las catiónicas a fines del '60. Tanta actividad volcada al campo vial hizo que se hablara de la "era del automóvil y la construcción de carreteras". Los primeros trabajos asfálticos en calles y caminos fueron hechos con procesos sencillos para distribuir tanto el ligante como los áridos (a mano), apareciendo luego lanzas con pico regador y bomba manual. El ritmo de las obras viales y la necesidad de mejorar los trabajos y reducir costos hizo progresar la operación vial. Los métodos manuales se

mecanizaron

apareciendo:

regadores

de

asfalto

a

presión,

distribuidores de piedra, aplanadoras vibrantes, rodillos con neumáticos de presión controlada, etc. Las mezclas asfálticas en sitio cambiaron niveladoras y rastras por motoniveladoras y plantas móviles o fijas. Las primeras mezclas calientes irrumpieron en el mercado alrededor de 1.870 con plantas intermitentes (pastones) de simple concepción. Hacia 1.900 se había mejorado su diseño incluyendo tolvas de árido, elevadores de materiales fríos y calientes, secadores rotativos, tanques para acopiar asfalto, mezcladoras que permitían cargar vagones a camiones. Entre 1.930 y 1.940 se incorporan cintas transportadoras, colectores de polvo y otros aditamentos, en las décadas del 50 y 60 se desarrollan plantas de mayor capacidad, hacia 1.970 se introducen sistemas computarizados para dosificación y controles de elaboración, polvo y ruido. Todo este proceso mantuvo la operatoria fundamental: secado-cribado-proporcionado-mezclado. En 1.910 existían en EE.UU. pequeñas plantas en caliente, de mezclado en tambor que hacia 1.930 fueron reemplazadas por las de

mezclador contínuo, de mayor producción. En 1.960 el procedimiento de secado y mezclado en tambor fue rescatado y actualmente estas plantas (tambor mezclador) producen mezclas de gran calidad y compiten además en el reciclado de pavimentos. Los silos para acopio de mezcla caliente forman parte de las plantas de tambor mezclador; también suelen encontrarse estos sitios en instalaciones discontinuas para independizar las operaciones de carga de los camiones, o silos de gran capacidad, dotados de revestimiento aislante, permiten al acopio de mezcla caliente durante varios días conservando su trabajabilidad. La terminadora o pavimentadora asfáltica, fue introducida por Barber Greene en 1.937, después de siete años de experimentación, luego producidas por otras compañías con algunas variantes, pero manteniendo el esquema operativo original. En el campo de nuevos materiales ingresaron los aditivos: polímeros, fibras, agregados livianos , betunes sintéticos incoloros y mejoradores de adherencia. Los trabajos asfálticos se diversificaron: lechadas bituminosas, microaglomerados, carpetas de reducido espesor, mezclas drenantes, mezclas o lechadas en color para pisos o como seguridad vial.

Asfaltos Naturales Los asfaltos son materiales aglomerantes de color oscuro, constituidos por complejas cadenas de hidrocarburos no volátiles y de elevado peso molecular. Estos pueden tener dos orígenes; los derivados de petróleos y los naturales. Los asfaltos naturales, se han producido a partir del petróleo, pero por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles, dejando las asfálticas solamente. Estos pueden encontrarse como escurrimientos superficiales en depresiones terrestres, dando origen a lagos de asfalto, como los de las

islas Trinidad y Bermudas. También aparecen impregnando los poros de algunas rocas, denominándose rocas asfálticas, como la gilsonita.

Así

también se encuentran mezclados con elementos minerales, como pueden

ser

arenas

y

arcillas

en

cantidades

variables,

debiendo

someterse a posteriores procesos de purificación, para luego poder ser utilizadas en pavimentación. En la actualidad, no es muy utilizado este tipo de asfalto por cuanto adolece de uniformidad y pureza. Estos asfaltos pueden clasificarse como: Asfaltos Nativos, sólidos o semisólidos

1) Puros o casi puros. Asfalto del lago Bermúdez.

2) Asociados con materia mineral Asfaltos del lago Trinidad. Asfaltos del lraq, Boeton y Selenitza. Asfaltos de roca europeos y americanos.

3) Asfaltitas duras Gilsonita Grahamita Pez lustrosa, Manjak El asfalto del lago Bermúdez se presenta en el lago del mismo nombre, en Venezuela. Este se ha empleado en la fabricación de asfalto emulsificado

para

carreteras

y

calles,

en

tejados

y

como

impermeabilizante. Aún en nuestros días se usa como aglutinante para

pisos de carreteras y como material para pavimentos. El asfalto del lago Bermúdez se refina al vapor igual que el del lago Trinidad, proceso que se analizará mas adelante. El asfalto del lago Trinidad se presenta en el lago de asfalto del lago de la isla Trinidad y es considerado como el depósito más importante de asfalto natural en todo el mundo.

Este asfalto es

bastante duro y hay que extraerlo usando maquinaria especial para dicho fin, tanto así que resulta apto para soportar el ferrocarril que sirve como medio de transporte en la zona.

El asfalto del lago Trinidad

contiene bastante materia mineral, algunas fácilmente visibles al microscopio, que se depositan cuando se altera la viscosidad con calor y la viscosidad de sedimentación sigue aproximadamente la ley de Stoke. En la refinería, se calienta el asfalto crudo en grandes calderas abiertas provistas de serpentinas de vapor para expulsar el agua, y después se cuela.

Este producto se conoce con el nombre de Asfalto

Trinidad Refinado. El asfalto refinado se reblandece mezclándolo con un residuo líquido de petróleo que sirve de fúndente, y el producto se llama cemento asfáltico o cemento de asfalto del lago Trinidad. El asfalto del lago Trinidad se adapta bien a las mezclas con alquitrán de hulla para disminuir la volatilidad de éste y hacerlo más consistente y más estable a los aumentos de temperatura. Este asfalto es miscible con casi todos los demás asfaltos y betúmenes naturales, aceites vegetales y minerales, ceras, breas y alquitrán de hulla.

Casi

todos los usos de éste asfalto exigen una manipulación a temperatura elevada, y las mezclas con materiales bituminosos más blandos o más duros suelen hacerse a temperaturas comprendidas entre 107 y 204 °C. Este asfalto se emplea como material de pavimentación, y en la fabricación

de

materiales

asfálticos

para

tejados,

materiales

impermeabilizantes, mástic asfáltico, revestimiento para tuberías y conductos, y para otros usos especializados.

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. La roca pulverizada se mezcla con asfalto del lago Trinidad u otros asfaltos para obtener un mástique que es mucho más rico en betún que las mezclas de rocas. Este mástic, aplicado a una base de hormigón o de madera a una temperatura de 177 a 232 ºC, se utiliza en la fabricación de materiales para tejados, pisos y revestimientos impermeabilizadores para estanques y depósitos. Una buena parte del mástic utilizado en Estados Unidos para hacer revestimientos o pisos impermeabilizados o resistentes a los ácidos no contiene asfalto nativo de roca, sino mezclas de otros asfaltos con polvo de piedra, rocas trituradas, arena o grava. La gilsonita o caucho mineral, sólo se presenta naturalmente en la cuenca del río Uintah, en Utah y Colorado, Estados Unidos. Es uno de los bitúmenes naturales más puros que se conocen y se distingue fácilmente de las demás asfaltitas por su color pardo, su peso específico más bajo, su contenido fijo de carbono y poco azufre. comerciales

son;

selecto,

segundo

(corriente)

y

Las calidades

azabache.

Se

distinguen por el punto de reblandecimiento y el comportamiento en los solventes derivados de petróleo. La gilsonita se emplea mucho en la fabricación de barnices negros mezclándola con aceites secantes y resinas, residuos de petróleo y otros asfaltos, con todos los cuales es miscible en todas proporciones.

Se

emplea también mucho en la fabricación de artículos moldeados

termoplásticos, revestimientos para frenos, pisos de mástique, losetas asfálticas, compuestos saturantes para alambres aislados, bandas de transmisión,

tejidos

impregnados,

revestimientos de oleoductos.

pinturas

para

maderas

y

En virtud de su elevada resistencia

dieléctrica, se usa en muchos compuestos eléctricos, y su color pardo hace que se utilice en tintas de imprenta, especialmente en los tipos pardos para rotograbado. A diferencia de casi todos los demás asfaltos naturales o de petróleos, la gilsonita se mezcla en casi todas las proporciones con ceras para formar compuestos estables. Cuando se emplea en proporciones pequeñas en mezclas de cera-asfaltos, actúa como portador e impide la separación de la cera y el asfalto. Añadiendo una pequeña proporción de gilsonita al fúndente antes de soplar el asfalto, el producto es menos grasiento o aceitoso. temperatura

de

Cuando se añade a un asfalto oxidado, de

reblandecimiento

elevada,

la

gilsonita

reduce

la

penetración y el punto de reblandecimiento; pero cuando se añade a un asfalto oxidado de temperatura de reblandecimiento baja, reduce la penetración y eleva el punto de reblandecimiento. La grahamita es una asfaltita que se encuentra en diversos lugares de los Estados Unidos, Cuba y Sudamérica.

Los yacimientos de

Oklahoma se explotaron bastante durante algunos años, pero en la actualidad casi toda la grahamita empleada procede de las minas de Cuba.

La grahamita se diferencia de la gilsonita y pez lustrosa en su

contenido mas alto de carbono fijo y en que se hincha pero no se funde, cuando se calienta. Su coloración es mas negra que la gilsonita y la pez lustrosa. En los últimos años, la grahamita no se ha empleado tanto. Sus usos estaban orientados para revestimiento de tuberías, fieltros para techumbres y relleno de juntas de expansión en pavimentos rígidos. En la actualidad ha sido reemplazada por asfaltos de petróleo oxidado.

La pez lustrosa es un intermedio entre la gilsonita y la grahamita. Tiene un peso específico más elevado y un punto de fusión mas alto. Se funde también con mas dificultad, es menos soluble en nafta de petróleo, sin embargo su solubilidad en sulfuro de carbono pasa del 95 %. Se prefiere la pez lustrosa, de la isla de Barbados (Manjak), en la fabricación de barnices y lacas a causa de su lustre y su intenso color negro. La pez procedente de Cuba es muy variable y no tiene ninguna norma especial de calidad, sin embargo es la mas conocida y utilizada de las Antillas y otros sitios.

Se ofrece a veces como sustituto de la

gilsonita

Composición del Asfalto El asfalto es considerado un sistema coloidal complejo de hidrocarburos, en el cual es difícil establecer una distinción clara entre la fase continua y la dispersa. Las primeras experiencias para describir su estructura, fueron desarrolladas por Nellensteyn en 1924, cuyo modelo fue mejorado más tarde por Pfeiffer y Saal en 1940, en base a limitados procedimientos analíticos disponibles en aquellos años. El modelo adoptado para configurar la estructura del asfalto se denomina modelo micelar , el cual provee de una razonable explicación de dicha estructura , en el cual existen dos fases; una discontinua (aromática) formada por dos asfáltenos y una continua que rodea y solubiliza a los asfáltenos, denominada maltenos. Las resinas contenidas en los maltenos son intermediarias en el asfalto, cumpliendo la misión de homogeneizar y compatibilizar a los de otra manera insolubles asfáltenos. Los maltenos y asfaltenos existen como islas flotando en el tercer componente del asfalto, los aceites.

Modelo de Composición del Asfalto asfáltenos >Compuestos Polares

Maltenos >No polares

>Hidrocarburos Aromáticos

>Hidrocarburos Alifáticos más Nafténicos y

>Peso molecular mayor 1.000

Aromáticos

Precipitan como sustancias oscuras por dilución con

>Peso molecular hasta

parafinas de bajo punto de

1.000 Medio continuo

ebullición (pentano-heptano) Dispersado Sistema Coloidal 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 mas del 90 % de la producción total de asfaltos. La mayoría de los 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 destructivo 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 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 asfáltenos 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 mas 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 asfáltenos 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 asfáltenos 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, 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. El asfalto está contituído por una fina dispersión coloidal de asfáltenos y maltenos. Los maltenos actúan como la fase contínua que dispersa a los asfáltenos. 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 asfáltenos 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 y sus propiedades mecánicas pueden definirse por su viscosidad. A temperaturas mas bajas, el asfalto es un sólido visco-elastico, sus propiedades mecánicas son mas complejas y se describen por su modulo de visco-elasticidad, conocido como el modulo de stiffness.

La viscosidad de un asfalto es usualmente medida en un viscosímetro capilar en una manera similar a la que se miden los aceites lubricantes. Este metodo mide la viscosidad cinematica que se reporta en centistokes (cst). La dinamica o absoluta se mide en centipoises (cp)

y puede obtenerse de la cinematica multiplicandola por la densidad a esa temperatura determinada. La siguiente tabla muestra la viscosidad en centistokes de los grados standarts de asfaltos segun su penetracion o tambien en funcion de cierta viscosidad, conocer a que temperatura corresponde: Viscosidad Rango en

Viscosidad en cst 20.000

5.000

2.000

1.000

200

100

50

180/200

70

85

100

110

140

155

175

80/100

80

95

105

120

150

170

190

60/70

85

100

115

125

155

175

195

50/60

90

105

115

125

160

175

200

40/50

90

110

120

130

165

180

200

30/40

95

110

125

135

170

185

210

20/30

100

120

130

145

175

195

220

10/20

115

130

140

155

190

205

230

85/25

125

145

160

170

205

225

250

85/40

130

145

160

170

200

220

245

115/15

165

185

205

215

255

-

-

penetracion

Rango en pen / P.A.

Viscosidades de aplicacion

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, dependiendo de los materiales que se utilicen, debido a que pueden ser dañados por la temperatura excesiva.

El Ensayo Fraass

Aplicación

Viscosidad requerida (cst)

Spray

20-100

Llenado de Juntas

100-200

Mezclado con Filler

200

Impregnación

20-200

Impermeabilización

200-1000

Pintado

600

Recubrimiento

1000

Bombear

1500-2000

Es la medida de las propiedades de

Asfalto

quiebre del asfalto a bajas temperaturas. En

Temp. Fraass ºC

este ensayo, una lamina metálica es recubierta

180/200

-22

con una capa de 0,5 mm de espesor de asfalto

80/100

-16

y

La

60/70

-13

temperatura es gradualmente reducida, y el

40/50

-10

valor al cual se produce la rotura de la capa de

10/20

-4

es

movida

de

una

cierta

manera.

asfalto se denomina Temp. Fraass. El ensayo

Oxid.85/25

-16

Fraass nos da una indicación del riesgo de

Oxid.85/40

-22

craqueo del asfalto a bajas temperaturas. Pueden obtenerse variaciones del resultado de

Oxid.115/15

este ensayo dependiendo del origen del crudo

0

de petróleo con que se obtuvo el asfalto.

Densidad tipica de los asfaltos (g./cm3)

Asfalto

Temperatura ºC 15

25

50

100

150

200

280/320

1.01

1.00

0.99

0.96

0.94

0.91

180/200

1.02

1.01

1.00

0.97

0.95

0.92

80/100

1.03

1.02

1.01

0.98

0.96

0.93

60/70

1.04

1.03

1.02

0.99

0.96

0.93

20/30

1.05

1.04

1.03

1.00

0.97

0.94

1.03

1.02

1.01

0.98

0.95

0.93

1.02

1.01

1.00

0.97

0.94

0.92

1.03

1.02

1.01

0.98

0.95

0.93

Oxid. 85/25 Oxid. 85/40 Oxid. 115/15

Resistividad / Conductividad Electrica El asfalto tiene una alta resistencia (o una baja conductividad) y es

Temp. ºC

Resistencia (ohm/cm)

en consecuencia un buen material aislante. La resistencia de todos grados

30

1014

comerciales decrece con el incremento de la temperatura y algunas figuras

50

1013

80

1012

típicas son la siguientes:

Resistencia Dieléctrica

Esta medida en Kv/mm, y depende de las condiciones del Temp. ºC ensayo y el Angulo de los electrodos. Asfaltos duros tienen un resistencia dieléctrica mas alta que la de asfaltos menos viscosos; la resistencia dieléctrica decrece con el aumento de la temperatura

Rigidez Dielectrica (Kv/mm)

20

20-30

50

10

Constante Dieléctrica Es alrededor de 2.7 a 20ºC, llegando a 3.0 a 30ºC. La perdida dieléctrica aumenta con el incremento de la temperatura, pero decrece con la frecuencia como se muestran en las tablas siguientes:(delta es el Angulo de distorsión de la fase)

Perdida Dieléctrica temperatura ºC

tangente delta (50 ciclos/seg)

frecuencia (ciclos/seg)

20

0.015

50

50 80 100

tangente delta (20ºC) 0.015

0.017

10

5

0.006

0.029

106

0.003

0.045

107

0.001

Propiedades Termicas Conductividad térmica es alrededor de 0.16 W/metro.ºC (0.14

Temp. ºC

Kj / kg.ºC

cal /g/ ºC

kcal/metro.hora.ºC)

0

1.67

0.4

El coeficiente de expansion cúbica del asfalto es alrededor de 0.0006 /ºC

100

1.89

0.45

200

2.10

0.5

El calor especifico de los asfaltos es: El asfalto es moderadamente un buen material aislante térmico.

Características de las mezclas de los asfaltos 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 las tablas adjuntas uniendo con un línea recta los puntos de las escalas verticales brindando la penetración o punto de ablandamiento de los grados a ser mezclados y luego utilizando la escala horizontal para leer las proporciones de la mezcla o de las proporciones requeridas. Estos gráficos son sumamente seguros cuando se utilizan asfaltos que tengan las mismas condiciones, como por ejemplo el mismo índice de penetración o que sean asfaltos oxidados o asfaltos de obtención directa.

Asfaltos Diluidos El asfalto puede ser mezclado con un amplia variedad de fracciones de destilación del petróleo para diferentes aplicaciones. Fracciones volátiles livianas se utilizan para los asfaltos diluidos donde un secado rápido es requerido. Fracciones como kerosén o gas oil se utilizan donde se permite un tiempo de secado mas prolongado. Fracciones pesadas son utilizadas donde un permanente ablandamiento es requerido. (Estas mezclas son virtualmente iguales a asfaltos muy blandos)

Dos reglas generales se aplican para solventes con asfaltos: Cuando mas "pesada" sea la fracción de solvente, mejor será la disolución. Cuando mas "aromática" sea la fracción de solvente, mejor será la disolución. Para grados oxidados, solventes aromáticos deben ser utilizados inexorablemente, en orden para evitar alguna separación de fases.

Mezclas de Asfalto y Parafinas La parafina puede ser adicionada al asfalto por dos propósitos: Para reducir la viscosidad cuando este calienta Para reducir la "pegajosidad" cuando este se enfría

Parafinas con un punto de fusión de alrededor de 50-60 ºC se utiliza usualmente, a concentraciones de entre un 5-10ºC. La concentración de parafina no debe exceder el 20% para evitar la precipitación de asfaltenos. Otros medios para reducir la "adherencia superficial del asfalto es: Recubrir la superficie con talco u otros fillers finos Utilizar asfaltos mas duros Incorporar una sal órgano metálica como por ejemplo: 5% de resinato de manganeso

Mezclas de Asfaltos y Fillers Los fillers son sustancias finamente divididas las cuales son insolubles en asfalto pero que pueden ser dispersadas en el, como un medio de modificar sus propiedades mecánicas y consistencia. Usualmente sus sustancias minerales; materiales orgánicos tales como madera o corcho, raramente se utilizan. Típicos fillers minerales: cal, cemento, polvo de tiza, cenizas de combustible pulverizada, talco, sílice, etc. El efecto general de la adicción de fillers es endurecer el asfalto. En términos prácticos significa que existirá una reducción en su deformación o fluencia producida producida por una carga, un incremento en su punto de ablandamiento, una reducción de su penetración y un

incremento en el stiffness. La propiedad de endurecimiento o stiffness depende de la cantidad de filler agregado o del tamaño de la partícula así como de la forma de la misma. Fillers tales como polvo de tiza producen un efecto menor. Para fillers normales, el efecto del filler sobre la penetración y el punto de ablandamiento del asfalto es proporcional a la concentración del filler para concentraciones de hasta un 40% del filler/asfalto. Para fillers tipo fibra, el limite es menor a 40%. Elección de fillers Los siguientes factores deben ser considerados: - Fillers de asbestos no son adecuados para aplicaciones en la cual la mezcla es utilizada como un sellante o un protector en continuo contacto con un liquido, debido a que las fibras de asbesto pueden transportar el liquido a través del asfalto - Fillers que pueden absorber agua no deben ser utilizados cuando el asfalto esta en contacto con el agua - Si el asfalto va a ser utilizado como un protectivo resistente a los ácidos, los fillers deben ser sílices - El uso de cal como filler mejora la adhesión del asfalto a las superficies minerales (piedra, vidrio, etc) en presencia de agua Los fillers deben ser mezclados en el asfalto en un mezclador a una temperatura tal que la viscosidad es alrededor de 200 cst.por ejemplo para un asfalto de penetración será a una temperatura de 100ºC por encima de su punto de ablandamiento. El filler debe ser agregado gradualmente para no enfriar al asfalto rápidamente; mezclado en forma continua y permitir la salida de aire ocluido en la masa del asfalto. Mezclas de asfalto/filler deben mantenerse en proceso de mezcla inmediatamente de su utilización para prevenir la sedimentación del filler.

Polvo de Asfalto Solo asfaltos de baja penetración puede ser triturados para ser reducidos a polvo, usualmente a una partícula de tamaño de 0.5 mm o

Penetración a 25ºC mas de 10

menos. Este limite depende de la temperatura ambiente tal como se

5-10

muestra en las siguiente lista

2-5

no triturable con dificultad triturable

Penetración a 60ºC: menos de 2 menos de 15 : no causa problemas

mas de 15: puede no trirurarse

Almacenamiento y manipuleo del asfalto caliente

fácilmente triturable

Costras o formacion de pieles en tanques de

Limites de Temperaturas Recomendadas ºC

asfalto es causado por el sobre calentamiento en una

Máximas

atmosfera oxidante. Esto puede ser minimizado reduciendo la temperatura de almacenamiento o

Almacenamiento Tanques de Condiciones

Grado

Prolongado

Despacho

Operatividad

evitando picos temporarios de temperatura causado Asfalto de penetracion

por controles deficientes de la temperatura. El asfalto no debe ser almacenado a granel a altas

penetracion >

temperaturas. Si la temperatura de aplicacion está

200 100-

por encima de los 160ºC, se deberá utilizar un pequeño tanque calentador para llegar a esa

200 40-

temperatura y la temperatura en el tanque de estar 50ºC por encima del punto de ablanamiento del

100

asfalto en cuestion. Gas inerte como el nitrogeno o el penetracion dioxido de carbono puede ser utilizado para reducir la