¿PARA QUÉ TANTO CONTROL DE CALIDAD EN EL ASFALTO, SÍ CON UN ENSAYO DE PENETRACIÓN ME LA JUEGO?

Escrito por: Ing. Rafael Ernesto Villegas Villegas

Para los que trabajamos con pavimentos en la región se nos hace común oír estas frases: "para que cambiar si siempre lo hemos hecho de la misma forma", "las carreteras de antes se construían así, y duraban", son comentarios de quienes se oponen rotundamente a una evolución en el control de calidad de asfaltos. Hablo de penetración porque fue una de las primeras pruebas que se le hicieron al asfalto (haciendo relucir el control de calidad con ensayos empíricos).

Para comenzar a ver el ¿por qué? de la evolución de control de calidad, es importante remitirse al inicio de la industria del asfalto. Las primeras pruebas al asfalto fueron las siguientes:

En este punto estoy seguro de que surge en el lector la pregunta: ¿Por qué las carreteras duraban tanto con tan pocos controles de calidad? Antes de tratar de contestar la pregunta, es necesario definir que estamos hablando de asfalto, o sea, el producto extraído de la refinación del petróleo que unido a las piedras o agregado conforman la mezcla asfáltica que vemos en carretera.

Lo primero que se debe hacer es definir qué es el asfalto, generalmente algunos suponen que el asfalto es "el mismo de ayer, hoy y siempre", para algunos otros es el principal culpable del deterioro de los pavimentos, para otros pocos la "caja negra" del colapso del proyecto vial y para muchos, un material con muchas bondades para la construcción de carreteras, pero es complejo de comprender y más aún de evaluar. El asfalto en sí mismo es un derivado del petróleo, cuya función es mantener unidas las piedras en la mezcla asfáltica y brindar a la carretera propiedades de confort y seguridad para el usuario. Teniendo claro lo anterior y por complejidad del asfalto, es importante definir en este punto algunos de los factores de los que depende el material para su óptimo desempeño:

 

La fuente: Las características de los asfaltos varían inclusive entre dos yacimientos que estén próximos. Esto brinda la primera señal de alerta, no se puede generalizar el comportamiento de este material, sobre todo a sabiendas de que existen fuentes diversas de asfalto. Por esta razón se debe evitar mezclar asfalto de diferentes lotes o procedencias lo cual sucede muy a menudo en las plantas de producción en donde cada despacho de asfalto se descarga en un mismo tanque de almacenaje, llegando a tener una combinación de asfaltos de diferentes propiedades, formando finalmente una mezcolanza de características; por eso es importante realizar un estricto control de calidad de cada lote de asfalto a utilizar.

Fuente: https://www.diariolaprovinciasj.com

El proceso de refinación: Este es un punto crítico en la calidad del asfalto. Como es sabido el alto precio de los combustibles (gasolina, diésel, etc.) hace que sean el producto más apetecible de la industria petrolera. El asfalto (betún o ligante en otros países) es el residuo de la destilación del petróleo, por tanto, en la búsqueda de extraer la mayor cantidad de combustible posible por volumen de petróleo, por lo que se emplean procesos de refinación cada vez más rigurosos y por ende suscitan que la calidad del asfalto sea inferior. Lo anterior produce que los asfaltos contengan menos fracciones livianas y sean cada vez más rígidos.

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Proceso de Refinación del Petróleo.

 

La composición química: Los asfaltos en general tienen en común tres características básicas: su color (normalmente negro), su consistencia (normalmente semisólida) y su capacidad de adherencia (más o menos adherente, dependiendo de cada asfalto). El asfalto en sí es una mezcla compleja de hidrocarburos. Esto quiere decir que el asfalto es heterogéneo, por tanto la composición química de los asfaltos es variable y, en consecuencia, no es factible generalizar su comportamiento. Por tanto, el estudio de las características químicas del asfalto es esencial, si se toma como premisa que la refinación es cada vez más exhaustiva, entonces es de esperar que la composición química cambie, provocando que los asfaltos sean cada vez más rígidos, trayendo como consecuencia:

 

- Asfaltos más susceptibles a la oxidación en menor tiempo de servicio, lo que implica que el asfalto se vuelva más rígido y quebradizo, lo que aumenta la probabilidad a la fatiga y al daño por humedad.

- Necesidad de modificar los asfaltos para un mejor desempeño de los mismos. Aquí es importante detenerse un momento y aclarar que existen gran cantidad de polímeros y no son una receta mágica, el tipo, la composición entre otros deben ser propicios para el tipo de asfalto a modificar y los equipos disponibles para efectuar la modificación. Además, es transcendental tener en cuenta que los asfaltos modificados deben diseñarse para la necesidad del proyecto a construir (temperatura ambiental, carga vehicular a soportar, compatibilidad con el asfalto, cantidad idónea de polímero a usar, entre otros factores a tomar en cuenta).

- Es posible que, por el cambio en las propiedades, producto del cambio en la composición química, se necesite producir mezclas asfálticas con mayores contenidos de asfalto a los utilizados al presente.

Daño por humedad

 

El clima: Es esencial para la vida útil del asfalto conocer detalladamente el clima (temperaturas, lluvia, humedad ambiente) de la zona del proyecto, el cambio climático ha producido altos gradientes de temperatura, cantidad de lluvia, que inciden directamente en el cambio en la respuesta del material (asfalto, agregados y modificantes), haciendo más complejo el diseño de la carpeta asfáltica. Por otro lado, la alta incidencia de radiación ultravioleta sobre el asfalto hace que el proceso de oxidación del material se acelere, acortando la vida útil del mismo.

Respuesta mecánica:  El asfalto es un material que a temperaturas bajas se comporta casi como un sólido (a temperatura ambiente fluye muy lentamente) y a temperaturas altas se comporta casi como un líquido (material fluido), pero qué por lo general, a temperaturas intermedias, presenta un comportamiento viscoelástico (con un comportamiento entre sólido y líquido). Por tanto, un asfalto con mayor rigidez ofrece mayor resistencia a la deformación permanente, sin embargo, un asfalto con menor rigidez mejora la resistencia al daño por fatiga. Esto quiere decir que su comportamiento se rige por una mezcla entre la mecánica de sólidos y la mecánica de fluidos, haciéndolo más complejo de predecir por los métodos tradicionales de caracterización (grado de penetración y grado de viscosidad).

La especificación: Es importante recalcar que indiferentemente del volumen de la compra, se requiere el cumplimiento de la especificación. Es indispensable especificar las características deseables del asfalto, según los requisitos de diseño del proyecto. Las especificaciones deben como mínimo contemplar: temperatura de servicio, nivel de tránsito, resistencia a la deformación permanente y al agrietamiento -incluyendo el proceso de la oxidación-. Desde el punto de vista del comportamiento mecánico del material la reología es la herramienta que puede evaluar correctamente el desempeño del asfalto. El gran problema que se tiene en cuanto a las especificaciones es que muchas veces las utilizadas no capturan el comportamiento del material a cabalidad, son obsoletas y lo más complicado se hacen mezclas de especificaciones que no son consistentes entre sí y muchas veces se contradicen (grado de penetración, grado de viscosidad y grado de desempeño). Desde el punto de vista del desempeño mecánico, tal y como lo enseñaban los primeros cursos de mecánica, la especificación debe contemplar un esfuerzo controlado y cuantificado aplicado a la muestra, y por ende una respuesta cuantificada en dominio del tiempo, temperatura, velocidad y frecuencia de carga, de no contar con estos requisitos mínimos estamos delante de una prueba empírica.

El tráfico: Este es el punto más sencillo de explicar, el tráfico de hoy no es el mismo del de antes, el flujo de vehículos y las cargas han aumentado exponencialmente, sometiendo a la carretera a niveles de exigencia muy superiores a las de antaño.

 

Izquierda Carretera General Cañas años 70, a la derecha en la actualidad.

Construcción y diseño: Aunque  se ha considerado a lo largo de los años que el control de calidad del asfalto no tiene un peso significativo en los procesos de diseño y construcción, en la realidad el empleo de las propiedades fisicoquímicas y reológicas si tiene serias implicaciones, pues ante un proyecto vial fallido, al asfalto es al primero que se le atribuyen las culpas, sin embargo muchas veces el verdadero culpable es el diseño de la carretera y las intervenciones realizadas a la misma. A modo de ejemplo la mala práctica de colocar mezcla asfáltica bajo la lluvia produce problemas de compactación, aumenta el porcentaje de vacíos, la hace susceptible a la deformación, más propensa al daño por humedad y por ende la vida útil de la carpeta asfáltica se ve disminuida.

Tomando en cuenta estas consideraciones expuestas anteriormente y si usted lector fuera el responsable de la compra o manipulación de asfalto para un proyecto vial, inclusive, si tuviera la responsabilidad de importar el asfalto para el país, le quiero hacer la siguiente pregunta:

¿Se la juega usted con un ensayo penetración?