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INNOVACIÓN EN PAVIMENTOS
Prolongando la vida útil del asfalto

Los pavimentos asfálticos están constituidos por una mezcla de cemento asfáltico (CA) y agregado pétreo. El CA se obtiene a partir de la refinación de residuos de petróleo, que es un material viscoelástico. A temperaturas mayores a 100 °C, disminuye su viscosidad y se transforma en un fluido newtoniano, y a temperaturas más bajas se comporta como un material sólido- elástico.
Pavimento agrietado.

Para mezclar el cemento asfáltico con el agregado pétreo, es necesario calentarlo a temperaturas sobre 150°C, lo que permite mezclar homogéneamente el cemento asfáltico con el agregado pétreo, para constituir una mezcla asfáltica en caliente, la que, al compactarse y enfriarse, se rigidiza y puede soportar las cargas de los vehículos. Esta mezcla asfalto/agregado determina las propiedades y comportamiento de un pavimento asfáltico.

Uno de los principales problemas de este tipo de pavimentos es que, dado que el cemento asfáltico es un compuesto orgánico, su composición química no es estable en el tiempo, principalmente como consecuencia del proceso de envejecimiento que experimenta el material. El CA por lo tanto puede modificar significativamente sus propiedades químicas, reológicas y mecánicas, producto del envejecimiento por oxidación que experimentará en la etapa de construcción y operación. La principal consecuencia del proceso de envejecimiento por oxidación del material es la pérdida de sus propiedades visco-elásticas y su consecuente transformación en el tiempo en un material frágil, lo que se conoce como “rigidización por envejecimiento” o “rigidización por oxidación”. A medida que el cemento asfaltico se torna más frágil, aumenta la probabilidad de agrietamiento del pavimento.

Métodos de envejecimiento para el cemento asfáltico
Existe un gran número de métodos de laboratorio para simular el envejecimiento del cemento asfáltico, que se pueden dividir en métodos de corto y largo plazo. Los primeros simulan el envejecimiento del CA durante el transporte desde la planta asfáltica hasta el lugar de colocación. Los métodos de largo plazo simulan su envejecimiento desde que es colocado en terreno y durante su vida en servicio. Los métodos más utilizados actualmente son: Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT) para simular envejecimiento a corto plazo, y Pressure Aging Vessel (PAV) para simular envejecimiento a largo plazo. Ambos se realizan directamente en el cemento asfáltico.

Innovación
Dentro de las principales técnicas para reducir la tasa de envejecimiento, está la incorporación de un químico que interactúe con el oxígeno, disminuyendo la tasa de oxidación del cemento asfáltico, y en consecuencia prolongando la vida útil del pavimento. En este contexto, los autores de este artículo han desarrollado una investigación de tres años, realizada en el proyecto Fondecyt Regular N° 1131016 Conicyt Chile, la cual estudia la incorporación de orujo de uva (residuo de la industria enológica) deshidratado y pulverizado en el cemento asfáltico, para que actúe como antioxidante.

Reómetro y ensayo.

Conceptualmente, la idea se basa en que se sabe que el cemento asfáltico se oxida en el tiempo y producto de dicha oxidación se rigidiza y se torna frágil, lo cual favorece la aparición de grietas en el pavimento. Además, la incorporación de antioxidantes en el cemento asfáltico reduce la oxidación del asfalto y en consecuencia retrasa la aparición de grietas de fatiga en el pavimento. Por último, es conocido que el orujo de uva es un material rico en polifenoles y con alta capacidad antioxidante.

El desafío fue determinar si es posible incorporar los antioxidantes del orujo de uva al cemento asfáltico, para prolongar la vida útil del pavimento. Una de las mayores dificultades que ha presentado la investigación es aislar y probar el efecto del antioxidante en relación a la reducción de la tasa de envejecimiento del asfalto. La problemática general asociada al estudio del envejecimiento del asfalto y en particular para cuando se desea evaluar el efecto de la incorporación de un antioxidante se centra en: elegir un método para simular en laboratorio el envejecimiento del cemento asfáltico, y escoger los ensayos e indicadores más adecuados para cuantificar el envejecimiento del cemento asfáltico para de esta forma evaluar el efecto de la incorporación del antioxidante.

Evaluación del envejecimiento
Como consecuencia del estudio de incorporación de orujo de uva como antioxidante, el proyecto requirió estudiar varias metodologías para la evaluación del envejecimiento del cemento asfáltico, debido a que resultaba importante poder aislar el efecto del antioxidante de otros efectos que rigidizan el asfalto. El estudio se centró en el envejecimiento del cemento asfáltico y no de mezclas asfálticas, debido a que en estas últimas el efecto del agregado y filler aumentaban significativamente la complejidad de la investigación.

El estudio del envejecimiento del cemento asfáltico, en el pasado, se ha basado en la medición de la variación relativa de propiedades de consistencia del cemento asfáltico y en particular en ensayos que miden propiedades del asfalto en su rango visco-elástico y frágil.

Orujo pulverizado.

Entre los ensayos utilizados tradicionalmente para evaluar el envejecimiento del cemento asfáltico se encuentran: Penetración, Ductilidad, Punto de Ablandamiento, Punto de fragilidad de Fraass y Variación del porcentaje de asfaltenos.

Existen ensayos químicos que se han utilizado para diferentes tipos de estudio de la composición del asfalto en recientes investigaciones, entre los cuales los que mejor permiten estudiar el efecto de un anti-oxidante son: Ensayos reológicos, Determinación de grupos funcionales por espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier, Medición de Tamaño de partícula de asfaltenos con Microscopio Electrónico de Barrido, Determinación de Componentes Elementales y Caracterización a Nanoescala (nanoindentación).

En casi 100% de los casos, independientemente del ensayo utilizado, para evaluar el envejecimiento se mide la variación relativa en los resultados de estos ensayos entre la condición original (sin envejecer) y envejecida. De esta manera, al evaluar la condición envejecida con el antioxidante, se puede cuantificar en cuánto se reduce el envejecimiento por oxidación.

Para esta investigación, en particular, se caracterizó a nivel de laboratorio el comportamiento del cemento asfáltico modificado con orujo, y se logró alcanzar un mayor entendimiento de cómo interactúa el orujo con el cemento asfáltico. Los resultados demuestran que la incorporación de orujo de uva reduce la oxidación que se produce durante el mezclado y compactación de la mezcla; que precisamente son los procesos durante los cuales más se oxida el asfalto. De esta manera, gracias a esta investigación aplicada se está consiguiendo mejorar el comportamiento de uno de los materiales más relevantes para la construcción vial, aportando conocimiento y tecnología en beneficio de las personas y el país.


Fuentes: Guillermo Thenoux, Director del Centro de Ingeniería e Investigación Vial (CIIV) de DICTUC; y Gonzalo Sandoval, Gerente del Centro de Ingeniería e Investigación Vial (CIIV) de DICTUC.
Noviembre 2016
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Comentarios acerca de este artículo
José Fernández Particular (06/03/2019)
Buen artículo, ¿Cuanto (%) se prolonga la vida útil?; ¿Cual es la vida útil de una carretera (años)?
marco antonio delcam (13/07/2018)
me gustaria tener mayor alcance y dar continuidad a lo que ya usted empezo a investigar, Saludos Peru
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