Analysis of Issue 3 Economic Geography and Spatial Characteristics

Al referirse al asfalto es necesario tener presente que bajo esta denominación se pueden encontrar materiales de características y composición muy variable, con orígenes muy remotos en el tiempo y de diversos reinos, vegetal y animal. Es entonces necesario tener un amplio conocimiento de la constitución química de los asfaltos ya que brinda una gran ayuda para poder controlar las propiedades químicas y físicas de los mismos, lo cual permite adecuarlo a la función que va a desarrollar en la vía.

Todos los asfaltos tienen una combinación de elementos químicos básicamente similar, aproximadamente 84% de Carbono, 10.2% de Hidrógeno y 0.6% de Nitrógeno a lo que se agregan otros elementos en mínimas proporciones. Lo que produce las diferencias entre los distintos componentes es la forma en que los átomos de Carbono se unen entre sí para formar las moléculas. Al igual que el petróleo crudo, es una mezcla de numerosos hidrocarburos, mezclados en proporciones muy diferentes.

“La mayoría de estos hidrocarburos están presentes en el petróleo crudo, pero el proceso de refinación da también lugar a cambios en su estructura molecular. Cómo los hidrocarburos livianos se eliminan durante ese proceso, la gran mayoría de los hidrocarburos que quedan en los asfaltos son pesados y de molécula complicada. Los hidrocarburos constituyentes de los asfaltos, pueden pertenecer a uno o varios de los siguientes grupos:

 Alifáticos saturados o parafinicos.  Nafténicos o ciloparafinicos.  Aromáticos.

 Alifáticos no saturados”. 1

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La química del asfalto es, muy seguramente, la parte más compleja de la industria petrolera, porque se trata de una mezcla de diferentes tipos de materiales con diferentes masas moleculares. La investigación en este sentido es también compleja, pues se trata de correlacionar la composición química con las propiedades físicas y su comportamiento en servicio.

“En términos ingenieriles se divide el asfalto en tres fracciones: oleosas, resinas y asfáltenos; siendo esta última la que tiene mayor incidencia en las propiedades viales de los asfaltos, debido a su baja solubilidad en los otros componentes. La relación proporcional existente entre ellas produce comportamientos diferentes, el comportamiento vial más deseado se obtiene cuando la relación entre las tres fracciones mantiene en equilibrio un estado de solución coloidal y consecuentemente un comportamiento de flujo Newtoniano”. 2

Las mezclas asfálticas sufren cambios significativos desde que se fabrican y durante la vida en servicio, esto se debe principalmente a las propiedades de los ligantes asfálticos, algunos de estos materiales tienen alta susceptibilidad al envejecimiento. El proceso de envejecimiento de los asfaltos ocurre en tres etapas, en principio al elaborarse las mezclas en caliente, cuando se encuentra en condición de película delgada a temperaturas de 145 hasta 180°C, en segundo lugar durante el proceso de extendido y densificación de la capa, periodo en el que los materiales se encuentren a temperaturas superiores a 120°C y con exposición de grandes superficies al aire y luego finalmente durante su vida de servicio, como consecuencia de su exposición a los factores ambientales y a la acción de los esfuerzos producidos por el tránsito.

“Los rayos ultravioletas de la luz solar, los ciclos de temperatura, la humedad ambiente y la acción del oxigeno contenido en el aire son agentes agresivos para la composición química de los asfaltos. Todos los compuestos constitutivos sufren igualmente este proceso, aunque en distinta magnitud, son aquellos que poseen moléculas de hidrógeno u otros elementos en posiciones en las que su vinculo es débil, donde se produce la oxidación de esa molécula reduciéndose de esa manera el porcentaje de aromáticos y de resinas, incrementándose la fracción relativa de asfáltenos, los que merced a su bajo solubilidad producen la pérdida del estado de solución coloidal tendiendo al

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estado gel, en este estado se manifiesta el fenómeno de comportamiento tixotrópico. La perdida de estado de solución coloidal se percibe como un endurecimiento, (o rigidizarían – stiffness) del asfalto, con pérdida o disminución de sus propiedades ingenieriles”. 3

La durabilidad de la capas asfálticas está íntimamente asociada al proceso de oxidación de los asfaltos que a su vez depende de la susceptibilidad al envejecimiento y al grado de exposición que tengan al oxigeno y a los rayos ultravioleta, se han estudiado los diferentes factores que inciden en el proceso, buscando controlar y reducir su efecto.

La interacción entre inertes, (especialmente las fracciones finas del agregado) y asfalto en un concreto asfáltico es determinante en el comportamiento mecánico de la estructura, así como de la capacidad del ligante de conservar adecuada respuesta elástica y cohesiva, ante variadas condiciones ambientales. En este sentido se tienen importantes avances, se han desarrollando tecnologías que incorporan sustancias y aditivos que mejoran el comportamiento de los asfaltos, como los diferentes polímeros, los aditivos mejoradores de adherencia, y los productos que pueden devolver a los asfaltos envejecidos sus propiedades iníciales (agentes rejuvenecedores).

Los componentes del asfalto se han clasificado en dos grupos: las asfáltenos, formando las miscelas y los máltenos, característicos de la fase continúa. Un asfalto de buena calidad requiere que sus componentes químicos estén en una relación que garantice su estabilidad una vez se encuentre en servicio. La separación de las distintas fracciones que componen un asfalto, puede ser realizada según varios métodos, entre ellos el desarrollado por F.S.Rostler y H.W.Sternberg ofrece una descomposición por precipitación de las fracciones que mayor incidencia tienen en el comportamiento vial del asfalto.

Arenas L. Hugo L., cita:

Los asfáltenos contienen las moléculas más pesadas del asfalto con un carácter aromático muy marcado, presentándose un descenso de esta característica en la serie de resinas y aceites. Los asfáltenos son los responsables de la dureza de los

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asfaltos. Las resinas le proporcionan sus características cementantes o aglutinantes, mientras que los aceites la consistencia necesaria para hacerlos trabajables. Los asfáltenos son intrínsecamente muy adherentes, pero al estar rodeados por una cortina de resinas no intervienen directamente en la adherencia con los materiales pétreos. Su presencia es fundamental en las propiedades mecánicas del asfalto, pues el alto poder de adsorción de las resinas, proporciona a su núcleo una alta rigidez. Las propiedades físicas del asfalto dependen de las proporciones de asfáltenos, resinas y aceites que contiene. Un asfalto con un alto contenido de aceites, se comportara como un fluido viscoso. Cuando el asfalto es sometido a los efectos del calentamiento en la planta, se va presentando una reducción gradual de los aceites, hay un acercamiento entre los núcleos de los asfáltenos y la fricción originada hace que el asfalto incremente su viscosidad. Como se puede observar, es muy importante la proporción en que intervienen cada uno de estos componentes en la consistencia del asfalto. En los cementos asfálticos normales hay un predominio de los asfáltenos y las resinas, ante un bajo contenido de los aceites. También, mediante un proceso de oxidación, se pueden modificar las cantidades de estos componentes en el asfalto. Mediante este fenómeno, los aceites se convierten en resinas y estas en asfáltenos. Los aceites protegen al asfalto de la oxidación debido a su gran estabilidad química, lo cual hace concluir que un asfalto que tenga altos contenidos de aceites será más resistente al envejecimiento y más durable, pero será igualmente muy deformable a temperaturas ordinarias, es necesario entonces que exista un equilibrio en esta composición, siendo lo ideal un asfalto poco deformable y durable o poco sensible al envejecimiento 4.