tecnología del asfalto origen y composición del asfalto (1)

Universidad Peruana Los Andes

Faculta de IngenieríaCarrera Profesional de

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de investigación nos introduce en el campo de la tecnología del asfalto. Indicando los antecedentes es decir el origen y evolución del asfalto así como su composición y aplicación en trabajos de ingeniería.

Este trabajo también tiene como propósito un mayor entendimiento sobre la composición química y física del asfalto; más que un trabajo experimental es una recopilación teórica acerca del tema.

Siendo este tema extremadamente amplio, por la complejidad y la variedad en la composición del asfalto; es necesario tener en cuenta algunos aspectos generales acerca del tema antes de darle inicio. Es por esto que se haga una breve historia sobre el uso del asfalto en la historia del hombre.

De igual forma se hace una enumeración de las funciones del asfalto para hacer resaltar la gran gama de uso y productos que se pueden generar gracias a su composición química y sus propiedades físicas.

Es de suma importancia para el entendimiento de su composición físico−química saber de dónde proviene o como se obtiene el asfalto; por dicha razón se le dedica una sección del trabajo a los métodos para la obtención del asfalto. Una vez entendidos estos conceptos se pasa a la explicación de los métodos usados en el laboratorio para establecer las propiedades del asfalto.

Tecnología del Asfalto – Trabajo Grupal



RESUMEN

El origen del término viene a cuenta del Lago Asfaltities (el Mar Muerto) en la cuenca

del Río Jordán en donde su presencia es predominante. Pero además del mencionado

Lago, el asfalto, en estado totalmente natural es factible de ser hallado en las lagunas

de algunas cuencas petroleras formando una mezcla compleja de hidrocarburos

sólidos, tal es el caso del lago de Guanoco, en Venezuela, el lago de asfalto más largo

del mundo entero con una extensión de cuatro kilómetros cuadrados y 75 millones de

barriles de asfalto natural. Otro lago similar que le sigue en importancia es el de La

Brea en la Isla Trinidad.

Si bien resulta ser sencilla la obtención del mismo y en materia de calidad el asfalto

natural no tiene competencia, desde hace ya mucho tiempo y por una estricta cuestión

económica no se lo explota sino que se lo obtiene en las refinerías petroleras como

subproducto.

Entre los usos que se le da al asfalto existen dos muy importantes, por un lado, como

mencionamos, para la construcción de pavimentos de carreteras y autopistas, por sus

características adherentes, cohesivas y altamente resistentes que permiten que reciba

cargas importantes y permanentes. Y también como impermeabilizante de techos, por

ejemplo, ya que es muy poco sensible a la humedad y da resultados efectivos contra la

acción del agua que proviene de las lluvias.

Los asfaltos son mezclas complejas de hidrocarbonos variando en el caso de los

cementos asfaltos semisólidos de materiales de bajo peso molecular

(aproximadamente 300) a materiales de alto peso molecular (más de 5,000).




Diferentes cementos asfálticos clasificados dentro de un mismo tipo por ejemplo 85-100

de penetración aunque tengan la misma consistencia a 25°C pueden tener una

composición química muy diferente lo que produce que tengan diferentes

características de susceptibilidad a la temperatura, de carga deformación, etc.

Es suficiente decir que cada material es bastante complejo en sí mismo y que varían

considerablemente con respecto a otros en cuanto a su composición química.




PREGUNTA DE INTERES DEL TEMA

¿Qué es el Asfalto?

Es un hidrocarburo pesado producido en las refinerías de petróleo, de estructura

molecular muy compleja denominada macromolécula, con alto peso molecular,

altamente viscoso, con propiedades especiales aglutinantes y de adherencia.

¿Cómo se producen los asfaltos?

Los asfaltos se producen a partir del procesamiento del petróleo crudo en la refinería

de petróleo.

El proceso consiste en una separación física de los componentes hidrocarburos

presentes en el crudo, los cuales son separados por diferencia de puntos de ebullición

en columnas de destilación primaria y de vacío. (Esto se logra calentando el petróleo

crudo en hornos hasta niveles del orden de 630ºF (332 ºC) y 730ºF (387ºC),

respectivamente).

Los asfaltos se producen a altos niveles térmicos: los cementos asfálticos se producen

a temperaturas del orden de 300º a 330ºF y los líquidos de 140º a 180ºF, se almacenan

aproximadamente a estos rangos de temperatura en tanques cilíndricos verticales

provistos de facilidades de calentamiento (serpentines a vapor, resistencias eléctricas o

quemadores especiales).

¿Cuál es la constitución Química del asfalto?

Existen 4 constituyentes químicos que deben estar presentes en un asfalto: Polar-

Aromáticos, Nafteno-Aromáticos, Parafinas y Asfáltenos. Para que un ligante asfáltico

tenga buena consistencia y buenas características para pavimentación, es necesario

que estos 4 componentes genéricos estén presentes en proporciones idóneas,

constituyendo la llamada Fase Asfaltena (Asfáltenos) y Fase Maltena (Polar-

Aromáticos, Nafteno-Aromáticos y Parafinas). A estos compuestos, también se le

conoce como SARA (Saturados, Asfáltenos, Resinas y Aromáticos).




OBJETIVOS Objetivo general

Conocer el origen del asfalto, la evolución y sus aplicaciones en la

ingeniería.

Objetivo especifico

Reconocer los componentes que conforman el asfalto

determinar los tipos de componentes fisicoquímicos se utilizan en el

asfalto

Indicar mas objetivos




JUSTIFICACIÓN

El deterioro del pavimento está altamente influenciado por condiciones climáticas

severas, alto volumen de tráfico y cargas excesivas en los camiones, así como

también por la calidad de su construcción y su mantenimiento; el deterioro de los

pavimentos se acelerará después de varios años de servicio pero una rehabilitación a

tiempo con tratamientos como la adición de una nueva capa de rodadura, el reciclaje o

la recuperación de los asfaltos envejecidos pueden devolver la calidad del pavimento y

extender la vida útil de la carretera.

Es por ello que se hace importante conocer las propiedades del asfalto con el

propósito de rehabilitarlo mediante procesos físicos y químicos con el fin de

restaurar en un alto porcentaje las propiedades iniciales.




CONTENIDO1. USO DEL ASFALTO EN LA ANTIGÜEDAD.

El asfalto es un componente natural de la mayor parte de los petróleos. La palabra asfalto, deriva del acadio, lengua hablada en siria, en la 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 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 CoronaBritánica.




Se puede considerar que el 19 de agosto de 1681, abrió una nueva era para los ligantes hídrocarbonatados, 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.




2. ¿QUÉ ES UN ASFALTO?

El asfalto es un material bituminoso de color negro, constituido principalmente por asfáltenos, resinas y aceites. Elementos que proporcionan características de consistencia, aglutinación y ductilidad; es sólido o semisólido y tiene propiedades cementantes a temperaturas ambientales normales.

Al calentarse se ablanda gradualmente hasta alcanzar una consistencia líquida. Estos puden tener dos orígenes; los derivados del petróleo 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 los lagos de asfalto, como los de las islas de trinidad y bermudas. También aparecen impregnando los poros de algunas rocas, denominándose rocas asfálticas. 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.




Los asfaltos más utilizados en el mundo hoy en día, son los derivados del petróleo, los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilación industrial del crudo. Representan más del 90% de la producción total de asfaltos. La mayoría de los petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces en su totalidad, sin embargo existen algunos petróleos crudos que no contiene asfalto. En base a la proporción de asfalto que poseen.

Los petróleos se clasifican en:

Petróleos crudo de base asfáltica Petróleos crudos de base parafinica Petróleos crudos de base mixta(parafina y asfalto)

3. Fisicoquímica del Asfalto

La composición del asfalto es una “Enciclopedia” de Química Orgánica. En un

análisis detallado de los asfaltos encontramos: saturados, anillos nafténicos y

aromáticos, sencillos o múltiples, radicales ácidos, aldehídos, cetonas, está

constituido por cadenas de Peso Molecular de hasta 200.000.

La composición química de los asfaltos es muy compleja, básicamente está

constituida por cadenas de moléculas compuestas fundamentalmente por

carbono, hidrógeno, azufre, oxigeno, nitrógeno y complejos de vanadio níquel,

hierro, calcio y magnesio.




La composición específica de un asfalto en particular dependerá de la

procedencia del petróleo crudo del cual procede.

El análisis químico del asfalto es muy laborioso, sin embargo, es

posible distinguir dos grandes grupos que lo constituyen: los asfaltenos y

maltenos.

Dentro del grupo de los maltenos, podemos distinguir a tres grupos estructurales

con propiedades definidas y son los saturados, aromáticos y resinas.

4. Estructura Química de los Asfaltos

Cuando el asalto es disuelto en n-heptano, los materiales duros son

precipitados, estos materiales son llamados asfaltenos, nombre propuesto por

Boussingault en 1837. Existen otras fracciones asfálticas precipitadas por otros

solventes, pero esta es la mejor manera de distinguir a estos materiales como

insolubles en n-pentano.

Las sustancias solubles en n-heptano se denominan en general petrolenos,

también llamados máltenos. Las resinas se encuentran en los petrolenos,

pueden ser parcialmente precipitadas por algunos solventes o adsorbidas de los

petrolenos por medio de arcillas u otras minerales activados, estas resinas,

previamente adsorbidas, pueden pasar a un proceso de desorción del mineral

por solventes previamente seleccionados.

Los carbonos son materiales duros presentes en los asfáltenos de algunos

asfaltos. Estos son solubles en desulfuro de carbono pero insolubles en

tetracloruro de carbono.




4.1. ASFALTENOS

Son estructuras complejas de compuestos aromáticos de color negro o marrón que contienen además del carbón otros elementos químicos tales como nitrógeno, azufre, oxígeno , en general , son compuestos polares, de alto peso molécula




4.2. MALTENOS

Son sustancias solubles en normal h-heptano y está constituido por resinas, saturados y aromáticos.

4.2.1. SATURADOS

Son cadenas lineales y ramificadas, saturadas, no polares.

4.2.2. AROMÁTICOS

Los aromáticos constituyen entre el 40 y 65 % de la composición total de los asfaltos, son las fracciones de menor peso molecular en la estructura de los asfaltos, representan la mayor proporción de los dispersantes de los asfáltenos peptizados. Los aromáticos son compuestos donde predominan las moléculas insaturadas de peso molecular de entre 300 a 2000, no polares, con especial capacidad para actuar como disolventes de otras cadenas hidrocarbonadas de alto peso molecular.




4.2.3. RESINAS

Son compuestos muy polares de color marrón o marrón claro, sólido o semisólido, soluble en n-heptano y, al igual que los asfáltenos, son compuestos de carbón, hidrógeno y cantidades menores de nitrógeno, oxígeno y azufre. Las resinas son materiales muy adhesivos y actúan como dispersantes o peptizantes de los asfáltenos.




CONCLUSIONES




RECOMENDACIONES




CONCLUSION




BIBLIOGRAFÍA

http://www.repsol.com/pe_es/productos_y_servicios/productos/peasfaltos/

fisicoquimica/composicion/Default.aspx

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ANEXOS


tecnología del asfalto origen y composición del asfalto (1)

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