Envejecimiento de Asfaltos y Mezclas Asfálticas: Estado del

conocimiento

Wilmar Darío Fernández-Gómez*, Hugo Rondón Quintana*, Fredy Reyes Lizcano**

*Universidad Distrital Francisco José de Caldas grupo de Topografía e Infraestructura Vial TOPOVIAL,

**Pontificia Universidad Javeriana, Centro de estudios en carreteras, transportes y afines CECATA,

2011

INTRODUCCION

Uno de los daños superficiales que contribuyen al deterioro en el tiempo de las mezclas asfálticas

es el proceso de envejecimiento. Este fenómeno es atribuible a diferentes causas y en él

intervienen diferentes variables. Las causas están asociadas a variables intrínsecas o sea las

características propias de la mezcla asfáltica a saber: el cemento asfáltico, los agregados, el

contenido de vacíos y la película de asfalto que recubre los agregados. De otro lado también

influyen las variables externas que ofrecen algún tipo de alteración en el proceso de producción

de la mezcla, el almacenamiento y transporte y la construcción de la capa asfáltica, ellas se

reconocen como variables extrínsecas y son la temperatura de producción de la mezcla, la

humedad, la radiación ultra violeta y la temperatura ambiente.

Los mecanismos que interviene en el proceso están asociados a cambios de orden químico, físico,

mecánico y reológico. En general las alteraciones de orden químico como la volatilización, la

oxidación y la polimerización producen un reacomodamiento en la estructura molecular del

asfalto y la manifestación de respuesta a estos cambios radica en el endurecimiento de las

mezclas y por consiguiente la mezcla se convierte lentamente en un material frágil susceptible a

agrietarse. La consecuencia de estos cambios es la aparición de grietas por donde se inicia un

proceso de ingreso de agua y vapor al interior de la mezcla lo que conlleva a otros procesos de

pérdida de cohesión y daños por humedad, lo que reduce el desempeño del pavimento asfáltico.

Con ayuda de una amplia revisión bibliográfica, en este documento se explica el fenómeno de

envejecimiento y se describen las variables intrínsecas y extrínsecas que intervienen en el

proceso. En una segunda parte se mencionan las pruebas de laboratorio que se han utilizado para

simular procesos de envejecimiento acelerado con tratamientos de temperatura, oxidación y

radiación ultra violeta. En la tercera parte que presentan loes efectos que el envejecimiento

produce en el desempeño de los pavimentos y por último se muestran las diferentes ecuaciones

que los investigadores han propuesto para describir y predecir matemáticamente el fenómeno.

1. EL FENOMENO DE ENVEJECIMIENTO

El envejecimiento de las mezclas asfálticas es un proceso complejo el cual ocurre durante el

mezclado en la planta, la construcción de la carretera y la vida de servicio. En el mundo es

ampliamente aceptado que el mecanismo de funcionamiento del envejecimiento ocurre en dos

etapas a saber: el envejecimiento a corto y a largo plazo. La primera etapa del fenómeno se debe

a la pérdida de componentes volátiles mientras la mezcla está caliente y la segunda se produce

por las condiciones ambientales y los efectos del clima que generan una oxidación progresiva

durante el tiempo de servicio (Bell et al., 1991).

Aunque el método de diseño de la mezcla asfáltica permite establecer sus cantidades

volumétricas, así como se conocen las propiedades de cada material por separado, no se puede

afirmar que solamente el envejecimiento del asfalto o de los agregados predice el envejecimiento

de la mezcla. Es así que investigadores que han estudiado los efectos del envejecimiento sobre

asfaltos convencionales y asfaltos modificados han establecido que la temperatura, la radiación

ultravioleta, la presión, la humedad generan procesos de oxidación que producen envejecimiento

en los materiales (Traxler, 1963; Vallerga, 1981). En contraste, otros estudios concluyen que los

cambios en las propiedades reológicas, físicas y químicas dependen directamente de los

materiales que componen la mezcla, las condiciones de exposición a las condiciones ambientales

y el tiempo (Abbas et al., 2002; Lau et al., 1992; Lee, 1973). Así mismo, otros investigadores

explican que el espesor de la película de asfalto en la mezcla y que el contenido de vacíos tiene

también alguna influencia (Kandhal & Chakraborty, 1996). En consecuencia, para estudiar el

envejecimiento se requiere, de un lado, el análisis de variables intrínsecas de la mezcla, sus

componentes, el asfalto, los agregados, los vacíos con aire y el espesor de la película de asfalto y,

del otro lado, se deben estudiar las variables extrínsecas que producen el efecto del

envejecimiento como la temperatura, la presión atmosférica, el agua lluvia, la humedad relativa

del ambiente, la radiación ultra violeta, el viento, las cargas del transito y el tiempo de servicio.

Como resultado de la interacción de las variables mencionadas, la mezcla asfáltica experimenta

cambios de orden físico, mecánico, químico y reológico. Respecto a los cambios físicos,

resultados de laboratorio (Siddiqui & Ali, 1999a) han mostrado que al envejecerse el asfalto

disminuye la penetración y la ductilidad y aumenta la temperatura del punto de ablandamiento y

del punto de ignición. Adicionalmente desde el punto de vista mecánico y dinámico se observa

un incremento en la relación de los módulos antes y después del envejecimiento, corresponde a

un incremento en el módulo, es decir el endurecimiento del material, el ahuellamiento se reduce

como la vida de fatiga y se incrementa el agrietamiento (Bell, 1989; Bell & Kliewer, 1995). De

igual manera, los cambios químicos que se experimentan corresponden a un reacomodo de las

moléculas de asfalto por efecto de la volatilización y la oxidación que producen cambios en los

grupos de saturados, asfaltenos, resinas y aromáticos (Lesueur, 2009). Además, se evidencia la

formación de grupos funcionales carbonilos y sulfoxidos en las mezclas con asfaltos envejecidos

(Qi et al., 2009; Qi & Wang, 2004; Siddiqui & Ali, 1999). Así mismo, durante la oxidación, la

respuesta elástica del asfalto se incrementa más rápidamente que la respuesta viscosa, debido al

incremento en el tamaño de las moléculas por la presencia de oxigeno. Tal parece que las

aglomeraciones moleculares pierden movilidad para fluir, el ángulo de fase decrece y se

incrementa la viscosidad (Petersen, 2009), lo que corresponde a cambios manifiestos en las

propiedades reológicas (Y. Qi & Wang, 2003, 2004a).

1.1 Definición de envejecimiento

De acuerdo con las consideraciones previas, se puede establecer que el envejecimiento en las

mezclas asfálticas es un fenómeno producido por la interacción de variables intrínsecas y

extrínsecas, las cuales producen un efecto de endurecimiento en la mezcla. Los términos

endurecimiento por la edad (age hardening) o envejecimiento (aging) son regularmente usados

para describir el fenómeno de endurecimiento (Bell, 1989). El endurecimiento se produce por tres

mecanismos a saber: la volatilización de componentes del asfalto mientras está caliente en la

planta, la prolongada oxidación por la acción de las variables ambientales durante la vida de

servicio y el endurecimiento esterítico del asfalto producido por los cambios de temperatura

cercana a la temperatura ambiente.

Es necesario considerar que los mecanismos de volatilización y oxidación, son de carácter

químico y por tanto, irreversibles (Lu & Isacsson, 2000) pues alteran la composición química del

asfalto, mientras que el endurecimiento esterítico corresponde a un reacomodamiento estructural

el cual se puede revertir mediante la exposición al calor o al trabajo mecánico (Swiertz, 2010).

Como resultado de estos mecanismos, el envejecimiento produce un endurecimiento global del

material el cual incrementa la probabilidad de agrietamiento de las mezclas asfálticas iniciando

en la superficie de la capa expuesta a las condiciones ambientales.

1.2 Variables que intervienen en el proceso de envejecimiento

1.2.1 Variables intrínsecas

Las variables intrínsecas corresponden a las características propias de la mezcla asfáltica, es decir

los materiales y las características de fabricación. Entre ellas se cuenta el asfalto y los agregados,

referidos a los materiales y el contenido de vacios con aire y la permeabilidad como

características propias de la fabricación de la mezcla.

El Asfalto

Muchas y diferentes definiciones se tienen para explicar el asfalto, en general es un material

producto derivado del petróleo con una gran cantidad de componentes hidrocarburos. Los asfaltos

son constituidos por la fracción más pesada obtenida de la destilación al vacío del crudo reducido

(fondos de la destilación atmosférica del petróleo). Normalmente son hidrocarburos pesados,

solubles de color oscuro, y pueden ser líquidos o sólidos (Ecopetrol, 2011). El asfalto es un

material con comportamiento viscoso o viscoelástico dependiendo de la temperatura en la que se

encuentre. A temperaturas bajas se comporta como un material sólido (elástico) y a medida que la

temperatura se incrementa presenta comportamiento fluido (viscoso). En Europa es comúnmente

llamado bitumen y en América el término utilizado para su descripción es cemento asfáltico,

ligante asfáltico o asfalto.

La composición química del asfalto es bastante compleja. Los elementos químicos presentes en

mayor proporción son el carbono (80-88%) y el hidrogeno (8 - 12%), y en menor proporción se

encuentran el oxigeno (0-2%), nitrógeno (0-2%), azufre (0-9%), adicionalmente se encuentran

trazas de metales como níquel, vanadio y manganeso entre otros (Speight, 2007) . Debe anotarse

que esta composición es particular de cada asfalto y que los asfaltos provenientes de diferentes

sitios tienen composiciones diferentes. Dada esta complejidad química del asfalto, en la

actualidad el modelo que mejor describe el asfalto es modelo coloidal en el cual las partículas

sólidas (los asfaltenos) están dispersos en una matriz liquida aceitosa (los maltenos). La

temperatura hace que el material se presente como un sólido elástico o como un fluido

newtoniano, la transición entre los dos estados se debe a los cambios de estado de la matriz de

maltenos (Lesueur, 2009).

Hacia 1836, Boussingault separó por destilación dos componentes de un asfalto de la ciudad de

Brechelmon – Francia, el 85% de la destilación correspondió a un material que denominó

petroleno y el 15% restante fue una fracción sólida a la que llamó asfalteno. A este primer

fraccionamiento siguió una serie de intentos de separación de los componentes del asfalto en

fracciones utilizando solventes como alcohol, éter y cloroformo (Kayser, 1879); nafta y

tetracloruro de carbono (Richardson ,1910), pentano (Hoiberg et al., 1939). En 1908 Corbett

propuso una separación de las fracciones del asfalto mediante una elución-absorción en una

columna de cromatografía liquida en alumina activada con solventes que incrementaron la

polaridad y la aromaticidad. Con esta técnica es posible separar el asfalto en fracciones de

saturados, aromáticos y resinas, gracias a este método, la composición del asfalto se da en

términos de las cantidades relativas de cuatro fracciones denominadas SARA (fig. 1), o las

correspondientes fracciones de saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos (Lesueur, 2009). Es

importante destacar que este procedimiento se encuentra vigente en la actualidad bajo la norma

D4124 (ASTM, 2009).

Con respecto a la funcionalidad de las fracciones, Corbett (1970) describió los efectos sobre las

propiedades físicas del asfalto, describió que los asfaltenos funcionan como espesantes, la fluidez

está dada por los saturados y los aromáticos; las resinas proveen la ductilidad de los asfaltos y los

saturados y los aromáticos en combinación con los asfaltenos producen las condiciones de flujo

en el asfalto. En resumen, el concluyó que cada fracción o combinación de fracciones presentan

funciones separadas con respecto a las propiedades físicas y como es lógico asumir el total de las

propiedades físicas de un asfalto es dependiente de la combinación de esas fracciones y de las

proporciones en las cuales están presentes.

Figura 1. Separación en fracciones SARA para algunos asfaltos

(Mortazavi & Moulthrop, 1993).

La importancia de la descomposición del asfalto en las fracciones SARA radica en que las

alteraciones químicas que se producen en el asfalto se evidencian en los cambios de estas

fracciones, así por ejemplo los efectos del envejecimiento producen una reducción en el

contenido de aromáticos y un aumento en las resinas, lo que a su vez incrementa los asfaltenos,

mientras que los saturados en general no presentan cambios tal vez por su baja reactividad

química (Petersen, 2009; Qi & Wang, 2003, 2004a, 2004b; Siddiqui & Ali, 1999a, 1999b; Farcas,

1996; Petersen, 1984).

La película de asfalto

La película de asfalto en un pavimento es del orden de 15 a 20 micrones (Petersen, 1989) y el

espesor mínimo recomendado es del orden de 6 a 8 micrones, sin embargo no hay suficiente

evidencia en la literatura que soporte esa recomendación (Kandhal & Chakraborty, 1996). Es de

anotar que el espesor de la película de asfalto no es constante en toda la mezcla, los agregados

finos puede tener una capa de mayor espesor que los agregados gruesos, por lo que generalmente

se considera un espesor promedio.

En general, un adecuado espesor de la película alrededor de los agregados asegura una razonable

durabilidad a la mezcla asfáltica. Esta película es la que realmente experimenta la acción del

envejecimiento y en consecuencia es la que se endurece, por esta razón los ensayos de laboratorio

para simular el envejecimiento se realizan sobre muestras de película delgada de asfalto del orden

de uno a tres milímetros de espesor. Los cambios de temperatura producidos por el clima y el

tránsito hacen que a medida que pasa el tiempo el asfalto se oxide y presente comportamiento

quebradizo con la consecuente aparición de grietas. El espesor de la película de asfalto sobre los

agregados y la cantidad de vacios en la mezcla inciden directamente en el endurecimiento -

envejecimiento de las mezclas asfálticas (Campen et al., 1959; Goode & Lufsey, 1965; Kumar &

Goetz, 1977)

Los agregados

Realmente es escasa la evidencia científica sobre la incidencia de los agregados en el fenómeno

de envejecimiento, de hecho se considera que los agregados son materiales inertes o áridos que

no son objeto de reacciones químicas que alteren su composición al ser mezclados con otros

materiales. Sin embargo, se ha podido comprobar que la presencia del agua en la mezcla en

servicio cambia el PH de los agregados y en consecuencia se reduce la adhesión y por tanto

desprendimiento de la película de asfalto, fenómeno conocido como Stripping (Kiggundu &

Roberts, 1988). El envejecimiento de la mezcla se da por el intercambio de oxigeno entre el agua

y el asfalto y la pérdida de cohesión se da por el cambio del PH de los agregados.

Es probable que algunos agregados, particularmente agregados silíceos, tiendan a formar las

mezclas susceptibles al daño por humedad sin importar el tipo de asfalto con el que se combinen.

Algunos asfaltos puros o no modificados tienden a formar mezclas resistentes al agua con todos

los agregados incluso con los algunos de baja calidad, pero algunos asfaltos tenderán a separarse

incluso con agregados buenos. La resistencia al daño del agua parece no relacionarse con la

cantidad original de moléculas orgánicas polares en asfaltos puros. Durante el envejecimiento

oxidativo de los asfaltos, se generan las moléculas polares que pueden mejorar resistencia al daño

del agua. Los compuestos de similar estructura pueden demostrar ser agentes eficaces de la anti-

stripping (Huang et al., 2003). Adicionalmente los agregados con agua se cargan de manera negativa en diferentes proporciones.

Los asfaltos en presencia de agua producen las moléculas ácidas del asfalto se separan en dos

iones, al anión carboxilo y el protón de hidrogeno, causando una polaridad negativa en la

superficie del asfalto. La interacción de uno de los dos procesos trae como resultado una fuerza

repulsiva que al desarrollarse separa el sistema agregado asfalto. La influencia de los agregados

radica en la calidad de la mezcla asfáltica producida siempre y cuando se cumplan las

condiciones para la producción de la mezcla. Esas condiciones se refieren a la gradación y

limpieza de los agregados, las características de absorción del asfalto en el momento de la

mezcla, así como la temperatura previa a la mezcla, la ausencia de humedad y el espesor de la

película asfalto que los envuelve. Algunos autores expresan que mas importante que los agregados es el espesor de la película de

asfalto que los envuelve y por esta razón los agregados no generan influencia alguna en el

envejecimiento de las mezclas asfálticas (Kandhal & Chakraborty, 1996; Santucci et al., 1981;

Kumar & Goetz, 1977; Goode & Lufsey, 1965), además la mineralogía de los agregados no

incide en el desempeño de la mezcla (Kanitpong & Bahia, 2008), quizás el elemento que tiene

mayor influencia en el envejecimiento es el contenido de llenante mineral o filler.

El llenante mineral es un material fino que pasa la malla No. 200 que unido al asfalto conforman

un sistema denominado mastic o mástico. La incorporación del llenante mineral genera cambios

en las propiedades del medio continuo bituminoso, hace del asfalto una capa más gruesa con

condiciones diferentes de fluidez, mejora la adherencia y provee un mayor espesor que recubre

los agregados, lo que ayuda a retardar el envejecimiento (Bianchetto et al., 2006). Diferentes

estudios han mostrado los beneficios que ofrece el filler para reducir los efectos del

envejecimiento, los materiales comúnmente usados son el calcio carbonatado, la cal hidratada, el

cemento portland o arenas finas. El tratamiento con llenantes minerales en diferentes cantidades

genera pequeñas reducciones en la penetración, pequeños incrementos en la temperatura del

punto de ablandamiento y pequeños incrementos en la viscosidad, indicadores que dejan ver que

el envejecimiento es menor (Miró et al., 2005). De la misma forma algunos filleres tienen

impactos significativos en la reducción del agrietamiento de las mezclas y en el mejoramiento del

comportamiento visco elástico (Lesueur & Little, 1999; Kim et al. 2003; Little & Petersen, 2005;

Plancher et al., 1976).

El contenido de vacíos con aire.

El tamaño y la distribución de los vacios con aire en las mezclas asfálticas dependen de las

propiedades de los agregados, el diseño de la mezcla y el proceso de compactación. (Chen et al.,

2004) clasificaron el contenido de aire en las mezclas en tres categorías: el contenido de vacios

efectivo, semi efectivo e impermeable, figura 2, la consideración de efectividad se interpreta

como la conectividad de los vacios dentro de la mezcla, lo que permite un reacomodamiento de la

mezcla en los cambios térmicos por efecto del clima y el transito, pero además la circulación del

agua y aire dentro de la misma.

Figura. 2. Clasificación de los vacios en las mezclas asfálticas (adaptado de Ch

en et al. 2004)

La función de los vacíos en la mezcla es la de generar unos espacios de estabilización de la

mezcla en si, ya que en el momento de incrementarse la temperatura por efecto del clima o por el

transito vehicular, el asfalto tiende a fluir y puede ocupar esos espacios vacíos. De hecho, debe

existir un equilibrio en la cantidad y distribución de los vacíos pues el exceso de ellos genera

deformaciones plásticas y se permite el paso de agua y vapor, por el contrario contenidos de

vacíos muy bajos producen además de deformaciones plásticas, problemas de exudación.

En general el contenido de vacios es una variable importante que afecta el desempeño, la

deformación permanente y la fatiga de una mezcla asfáltica (Harvey et al., 1994; Masad et al.,

1999). El flujo de aire y agua a través de los vacíos permite la oxidación de los asfaltos, lo que se

traduce en el envejecimiento de la mezcla asfáltica. Entre mayor sea la percolación de aire y agua

en la capa de rodadura mayor será la oxidación del asfalto (Swiertz, 2010). El concreto asfáltico

con alto contenido de vacíos experimenta un incremento significativo en el módulo de resiliencia,

en la viscosidad y en grupos carbonilos (Martin et al., 1990). En contraste, mezclas con

contenidos de vacíos bajos experimentan un leve incremento en el módulo pero sus valores son

cercanos al inicial (Bell, 1989; Bell & Kliewer, 1995). Estudios sobre asfaltos han demostrado

que entre mayor sea el contenido de vacíos en las mezclas, los asfaltos recuperados de las

mismas, experimentan una reducción significativa en la penetración, lo que indica un

endurecimiento de la mezcla en el tiempo de servicio (Said, 2005). Mezclas con vacíos reducidos,

donde la circulación de aire es baja, reducen la velocidad de endurecimiento de la película de

asfalto sobre los agregados (Woo et al., 2008).

1.2.2 Variables extrínsecas

Temperatura

La temperatura es sin duda el primer agente externo al cual es sometida la mezcla asfáltica para

su elaboración, el asfalto es elevado a temperaturas entre 150 y 170 grados centígrados, ambiente

en el cual ocurre la volatilización del asfalto y en consecuencia ocurre alguna pérdida de masa,

adicionalmente ocurre la polimerización de algunas moléculas pequeñas. La volatilización del

asfalto inicia a los 150 °C y la cantidad de volátiles se puede incrementar al doble cada 10 o

12°C adicionales, este proceso ocurre por la evaporación de los componentes aromáticos del

asfalto y en todos los casos la volatilización está acompañada de reacciones de oxidación lo que

influye directamente en el incremento de la rigidez (Swiertz, 2010).

La temperatura es una variable a controlar cuidadosamente en los procesos de transporte del

asfalto, producción y colocación de la mezcla ya que de exceder los valores mencionados se

producirá un envejecimiento prematuro del asfalto lo que reduce la vida de servicio de la mezcla

asfáltica. Dessouky et al., (2011) encontraron que el manejo del asfalto a temperaturas cercanas a

143 °C induce menor envejecimiento que a temperaturas cercanas a 185°C.

Entonces, durante la vida de servicio la mezcla asfáltica está expuesta a dos temperaturas, la

primera en el proceso de mezclado, almacenamiento y construcción proceso que se denomina

envejecimiento de corto plazo y la segunda durante la vida de servicio en el que ocurre el

envejecimiento de largo plazo.

La humedad

La humedad es uno de los factores que afecta en mayor grado el desempeño de la mezcla

asfáltica debido a que produce una degradación en las propiedades mecánicas del material por la

presencia de agua en forma líquida o como vapor (Caro et al., 2008). La degradación de las

propiedades mecánicas se da por la pérdida de adhesividad entre el asfalto y el agregado y la

pérdida de resistencia cohesiva en el cemento asfáltico por la presencia de agua (Kiggundu &

Roberts, 1988). Para que esto ocurra es necesario que exista algún elemento que permita el

ingreso de agua o vapor dentro de la mezcla y esta situación es atribuible a una deficiente

superficie de rodadura y a problemas de drenaje (Kandhal, 1992).

El stripping es asociado a cinco diferentes mecanismos de funcionamiento, los cuales operan de

manera individual o algunas veces de manera conjunta. Los mecanismos asociados al stripping

son: el desprendimiento asociado por el rompimiento de los vínculos generados por la polaridad

de los materiales y el agua, el desplazamiento por efecto de la penetración del agua en el

agregado a causa del rompimiento de la película de asfalto, la formación de emulsiones

espontaneas donde el asfalto representa la fase continua y el agua la fase discontinua, la presión

de poros excesiva en mezclas asfálticas con alto contenido de vacios producida por el tráfico el

cual induce presiones sobre el agua contenida en los poros y por último el bombeo de agua

producido por las llantas de los vehículos sobre las mezclas asfálticas saturadas. El problema del

daño por humedad conocido como ―stripping‖, es un problema que está regido por el transporte

de agua en medios porosos y la interacción con los materiales que componen la mezcla asfáltica

(Taylor & Khosla, 1983).

Los efectos derivados del stripping corresponden a una reducción en la cohesión de la carpeta

asfáltica y la pérdida de adhesión entre la carpeta de asfalto y la superficie del agregado. En

consecuencia, este daño afecta el desempeño del pavimento asfáltico con respecto a su modulo

dinámico y la resistencia a la tensión (Hammons et al., 2006). Según inspecciones de campo se ha

encontrado que el stripping comienza en el fondo de la capa y trabaja hacia arriba atacando sobre

todo el agregado grueso (Taylor & Khosla, 1983).

En comparación con el envejecimiento el stripping genera daños respecto de la cohesión y

adhesividad del asfalto en la mezcla evolucionando de manera vertical de abajo hacia arriba

mientras que el envejecimiento produce el endurecimiento de la carpeta asfáltica por efecto de los

mecanismos mencionados y su evolución se produce desde la superficie hacia abajo. El stripping

es considerado como un daño funcional del pavimento mientras que el envejecimiento se

considera como un daño superficial pero que a la postre contribuye en el deterioro del pavimento

ya que al producirse el endurecimiento y fragilidad de la película de asfalto, se forma

agrietamiento que permite el ingreso del agua al interior de la capa de pavimento.

Radiación UV

La luz solar está conformada por un conjunto de radiaciones electromagnéticas de muy alta

frecuencia que están agrupadas dentro de un cierto rango, llamado espectro luminoso. Las ondas

de baja frecuencia del espectro solar (infrarrojo) proporcionan calor y las de alta frecuencia

(ultravioleta) hacen posible el proceso de fotosíntesis o el bronceado de la piel. Los datos

disponibles acerca de la distribución de la radiación solar fuera de la atmosfera indican que la luz

en forma de radiación electromagnética tiene una longitud de onda entre 0.2 y 3μm. Del total del

espectro el 7% que se recibe es radiación ultravioleta entre 0.2 y 0.4 μm, el 42% corresponde al

área visible entre 0.4 y 0.8 μm y el 51% restante corresponde al área infra roja entre 0.8 y 3 μm

(Bocci & Cerni, 2000).

La densidad de potencia de la radiación solar es la energía por unidad de área incidente en una

superficie ortogonal a los rayos del sol. De acuerdo con mediciones realizadas por la NASA, la

constante solar tiene una media anual equivalente a 1353 W/m2 y experimenta oscilaciones de

más o menos tres por ciento durante el año debido a los movimientos propios de la tierra. De esta

manera, fuera de la atmosfera la radiación obtenida por la banda ultra violeta es de 95 W/m2, sin

embargo al pasar la atmosfera, la radiación es atenuada por dispersión y la absorción de las

partículas del aire y esa magnitud depende de la concentración de vapor de agua, ozono y polvo.

La reducción por estos efectos puede alcanzar hasta un 10%, principalmente en casos de polución

alta o polvo, pero la reducción de la capa de ozono del 1% puede llegar a incrementar la radiación

hasta en un 4% (Herman et al., 2009).

El espectro ultra violeta está dividido en tres sub rangos denominadas UV A (315-400 nm), UV

B (280-315 nm) y UV C(240-280 nm), la importancia relativa de cada uno radica en la intensidad

y la longitud de onda, algunos estudios han establecido que la radiación producida por unos tiene

efectos más destructivos que los otros. La radiación UV B es quizá la responsable de producir las

mayores variaciones en la estructura de los materiales que los daños comparados con la UV A o

la UV C (Afanasieva & Cifuentes, 2002; Montepara et al., 1996).

Los efectos de la radiación ultra violeta en el cemento asfaltico pueden cambiar la estructura

molecular del mismo, así como pueden acelerar los procesos de envejecimiento térmico o alterar

la susceptibilidad al agua de las mezclas (Cortes et al., 2010). Esta situación puede presentarse

ya que tres mecanismos de envejecimiento se pueden dar simultáneamente, volatilización,

oxidación y polimerización. Cuando la radiación alcanza el material, diferentes moléculas pueden

experimentar una gran cantidad de niveles de energía, así en algunos casos la degradación

molecular puede ocurrir, las cadenas de carbono-carbono se pueden romper y se pueden

combinar con el aire (oxidación), adicionalmente la degradación puede llevar a la pérdida de

materiales livianos (volatilización). Como resultado de la degradación puede presentarse además

la formación de radicales libres y esto puede estimular la combinación y formación de nuevas

moléculas (polimerización). La consecuencia de estos procesos corresponde al endurecimiento

superficial de la capa de rodadura, la fragilidad de la misma y la aparición de grietas (Montepara

et al., 1996). Similares resultados fueron encontrados al realizar pruebas de foto degradación con

xenón (Yamaguch et al., 2005)

Tiempo de exposición

El tiempo de exposición es quizás la variable que los investigadores han intentado predecir en las

diferentes pruebas y ensayos de laboratorio. La búsqueda de la duración del tipo de la prueba que

sea equivalente al proceso de envejecimiento de corto plazo y la duración de la prueba que sea

equivalente al envejecimiento de largo plazo. El proyecto SHRP (Strategic Highaway Research

Program 1987 - 1993) , al establecer el grado de desempeño de los asfaltos determinó que el

efecto que produce el RTFOT durante 85 minutos y a 163 grados centígrados, equivale al

envejecimiento de corto plazo y que el residuo del proceso anterior sometido en un vaso a presión

PAV durante 20 horas a 100 grados centígrados y 2,07 MPa de presión, equivale al

envejecimiento de largo plazo aproximadamente 8 años de servicio de la superficie de rodadura

(Bahia & Anderson, 1995; Bahia et al., 1999; Bahia et al, 1998). Sin embargo, estas

aproximaciones están dadas para algunos de los cementos asfálticos utilizados en los Estados

Unidos, pero es evidente que para otras localizaciones y otros tipos de materiales esa

equivalencia no es del todo correcta.

De todas maneras es aceptado a nivel mundial que el envejecimiento sucede en dos etapas la

primera el envejecimiento a corto plazo que ocurre en el momento de la mezcla, el transporte y la

construcción. Esta etapa se caracteriza por que la mezcla experimenta la volatilización y una

parte de la oxidación de una manera muy rápida, el proceso es llevado a cabo en cuestión de

horas. La segunda etapa corresponde al envejecimiento de largo plazo asociado exclusivamente a

la vida de servicio del pavimento. Allí las moléculas superficiales del pavimento reaccionan con

las condiciones ambientales y se presentan procesos de oxidación, en contraste con la primera

etapa, este proceso es lento y sus efectos se detectan con el paso de los años. Los efectos del

envejecimiento a largo plazo son el incremento de la viscosidad y la rigidez de la mezcla

asfáltica. La figura 3 muestra de manera esquemática las fases del envejecimiento.

Figura 3. Etapas en el proceso de envejecimiento (Read & Whiteoak, 2003)

2 PRUEBAS DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO

Diferentes estudios se han realizado con el fin de simular procesos de envejecimiento acelerado

utilizando varios tipos de hornos y cámaras sometiendo el asfalto y/o la mezclas asfáltica a

diferentes temperaturas, oxidación por presión con oxigeno o aire, radiación de diferentes tipos; a

continuación se describen las diferentes pruebas a las que los investigadores han sometido los

materiales para determinar el envejecimiento.

2.1 Envejecimiento de cementos asfálticos

Diversos estudios se han realizado con el fin de correlacionar el envejecimiento producido en el

laboratorio mediante la utilización de diferentes equipos, con el envejecimiento real ocurrido en

campo. La hipótesis general es que el envejecimiento/ endurecimiento que ocurre en la mezcla se

debe en su totalidad a las alteraciones que experimenta el asfalto por condiciones de temperatura,

humedad, radiación ultravioleta y las cargas del tránsito. La

En el método de diseño Superpave®, se utiliza como norma el envejecimiento de corto plazo de

los cementos asfálticos la prueba RTFOT (Prueba de horno de película delgada en movimiento,

por sus siglas en ingles) y la prueba PAV (Vaso de envejecimiento a presión, por sus siglas en

inglés) como envejecimiento de largo plazo. Estas dos pruebas son aceptadas alrededor del

mundo como las pruebas que mejor predicen el comportamiento de los ligantes asfálticos en el

tiempo, sin embargo como las condiciones climáticas son particulares en cada sitio y los ligantes

tienen igualmente características particulares es necesario establecer la equivalencia en años con

respecto al desempeño del material en la vía.

Tabla 1, presenta los métodos utilizados para realizar envejecimiento acelerado a los cementos

asfálticos con respecto a procesos de calor extendido y oxidación.

Las pruebas en general consisten en someter películas delgadas de asfaltos de diferentes

espesores a diferentes tiempos de exposición al calor en condiciones de movimiento o estáticas, a

diferentes temperaturas y con suministro de oxigeno o aire a presión. El efecto de estas pruebas

se puede considerar en dos sentidos, el primero la simulación del envejecimiento ocurrido en la

producción de la mezcla o envejecimiento de corto plazo y el segundo el envejecimiento ocurrido

en la mezcla en servicio o de largo plazo.

En el método de diseño Superpave®, se utiliza como norma el envejecimiento de corto plazo de

los cementos asfálticos la prueba RTFOT (Prueba de horno de película delgada en movimiento,

por sus siglas en ingles) y la prueba PAV (Vaso de envejecimiento a presión, por sus siglas en

inglés) como envejecimiento de largo plazo. Estas dos pruebas son aceptadas alrededor del

mundo como las pruebas que mejor predicen el comportamiento de los ligantes asfálticos en el

tiempo, sin embargo como las condiciones climáticas son particulares en cada sitio y los ligantes

tienen igualmente características particulares es necesario establecer la equivalencia en años con

respecto al desempeño del material en la vía.

Tabla 1. Métodos de envejecimiento acelerado de cementos asfálticos (modificado de Airey

2003)

Autor (año) Prueba o ensayo Temperatura °C Duración Peso

Muestra

gr.

Espesor

lámina

Otras

características

Lewis & Welborn

(1940)

Horno de película delgada

TFOT

163 5 h 50 3,2 mm

Edler et al., 1985) TFOT Modificado 163 24 h 100 μm

Hveem et al. (1963) Horno rotatorio de película

delgada RTFOT

163 75 min 35 1,25 mm Flujo de aire 4000

ml/min

Edler et al., (1985) Horno rotatorio de película

delgada extendido ERTFOT

163 8 h 35 1,25 mm Flujo de aire 4000

ml/min

Parmeggiani, (2000) Horno rotatorio de película

delgada con nitrógeno NRTFOT

163 75 min 35 1,25 Flujo de N2 4000

ml/min

DIN (1988) Prueba de frasco giratorio 165 150 in 100 - Frasco giratorio 20

rpm

Griffin. et al. (1955) Prueba de micro película de

Shell

107 2 h - 5 μm

Hveem et al. (1963) Prueba modificada de

micropelícula de Shell

99 24 h - 20 μm

Traxler (1961),

Halstead & Zenewitz

(1961)

Prueba modificada de

micropelícula de Shell

107 2 h - 15 μm

Schmidt & Santucci

(1969)

Prueba rotatoria de

micropelícula RMFOT

99 24 h 0,5 20 μm Solvente Benzeno

Schmidt (1973) RMFOT modificada 99 48 h 0,5 20 μm orificio abierto de

1,04 mm de

diametro

Kemp & Prodoehl

(1981)

Prueba de durabilidad en horno

inclinado TDOT

113 168 h 35 1,25 mm

McHattie (1983) TODT altenativo 115 100 h 35 1,25 mm

Petersen (1989) Prueba de envejecimiento

acelerado de película delgada

130 o 113 24 o 72 h 4 160 μm orificio abierto de 3

mm de diametro

Bahia et al. (1998) Prueba modificada Horno

rotatorio de película delgada

RTFOT

163 75 min 35 1,25 mm

Barras de acero

Lee (1973) Prueba de durabilidad de Iowa

(IDT)

65 1000 h Residuo

TFOT - 50

3,2 mm 2,07 Mpa, oxigeno

puro

Edler et al. (1985) Bomba de oxidación a presión

(POB)

65 96 h Residuo

de

ERTFOT

30 μm 2,07 Mpa, oxigeno

puro

Verhassellet &

Croquet (1991)

Prueba de envejecimiento

acelerado de película delgada

(RCAT), con cilindro rotatorio

70-110 144 h 500 2 mm 4-5 l/h de oxigeno

puro

Christensen &

Anderson (1992)

Vaso de envejecimiento a

presión PAV

90-110 20 h Residuo

RTFOT/

TFOT -50

3,2 mm

2,07 Mpa, aire

Hayton et al. (1999) Prueba de envejecimiento de alta

presión (HiPAT)

85 65 h Residuo

RTFOT -

50

3,2 mm

2,07 Mpa, aire

Qi & Wang (2002) Envejecimiento por absorción e

oxigeno (OAA)

50 125 h 1 mm 0.133 MPa (O2) en

la oscuridad

2.2 Pruebas de envejecimiento acelerado en mezclas asfálticas

Diferentes estudios se han realizado con el fin de simular procesos de envejecimiento acelerado

utilizando varios tipos de hornos y cámaras sometiendo la mezcla asfáltica y en algunos casos

probando los materiales que la componen por separado.

2.2.1 Tratamientos de calor extendido en laboratorio

Los trabajos realizados para evaluar el envejecimiento de mezclas asfálticas son menores en

cantidad comparados con los trabajos en cementos asfálticos. Desde 1903 se realizaron

investigaciones de mezclas de arenas finas con asfaltos (Dow, 1903) sometidas a tratamientos de

calor extendido. Una vez realizado el tratamiento se evaluaron los efectos en la penetración de los

asfaltos recuperados antes y después del envejecimiento. Trabajos posteriores utilizaron el mismo

procedimiento de evaluación de los asfaltos recuperados de las mezclas, comparando propiedades

antes y después de los tratamientos de envejecimiento (Hubbard & Gollomb, 1937; Hugo &

Kennedy, 1985; Kemp & Predoehl, 1981; Pauls & Welborn, 1952; Plancher et al., 1976;

Shattuck, 1940).

Los tratamientos en general consistieron en exponer las muestras a periodos de calor extendido

en hornos los cuales generalmente se realizaban sobre muestras compactas (C. Bell et al., 1991;

P. Kandhal & Koehler, 1984; Kemp & Predoehl, 1981; Kumar & Goetz, 1977; Lee, 1973;

Plancher et al., 1976; Ruth & Potts, 1974; Santucci et al., 1981). Hacia 1988 se expusieron a

similares tratamientos muestras de mezclas asfálticas sueltas con el fin de simular condiciones de

envejecimiento en planta (Von Quintus et al., 1991).

La tabla 2 resume algunos procedimientos utilizados para envejecer mezclas asfálticas, en la tabla

se observa que los tratamientos que simulan el envejecimiento de corto plazo se llevan a la

temperatura de mezclado de 135°C o más con duraciones en horas y utilizando mezclas sueltas.

En contraste, los que simulan el envejecimiento de largo plazo se realizan a temperaturas bajas de

107°C o menos, con duraciones en días y mezclas compactas. Lo que no se ha podido establecer

en estos estudios es en primer lugar la duración adecuada o la duración de la prueba que simule o

que produzca los mismos efectos del mezclado en planta y el transporte al sitio de construcción

en el caso del envejecimiento de corto plazo y en segundo lugar la relación entre la temperatura

del horno en la prueba y la temperatura de funcionamiento de la mezcla en la vía.

Tabla 2. Métodos utilizados para evaluar el envejecimiento por temperatura de las mezclas

asfálticas (modificado de Airey, 2003) Autor (año) Prueba o ensayo Temperatura

°C Duración Muestra Otras características

Von Quintas (1988) Envejecimiento en planta 135 8,16,24,36 h Material suelto

SHRP (1991) Short term aging test STOA

135 4 h Material suelto

Scholz (1995) Bitutest protocol 135 2 h Material suelto

Pauls & Welborn (1952)

Mezcla arena Otawa + asfalto

163 Varios periodos

50 * 50 mm2

Plancher et al (1976) 150 5 h 25 * 40 mm2 φ

Kemp & Prodoehl (1981)

Otawa sand mixtures 60 1200 h

Hugo y Kennedy

(1985)

100 4 o 7 días 80% humedad relativa

Bell et al. (1991) Short Term Aging STA 135 y 163 0, 6 y 15 h Material suelto Compactación amasado

250 y 500 psi

Bell et al. (1991) Extended mixing EM 135 y 163 0, 10, 120 y 360 min

Material suelto Horno giratorio y compactación por

amasado

Von Quintas (1988) Long Term ageing 60 2 días Muestra compacta

Pre acondicionamiento

107 3 días

Bell et al. (1991) Long Term aging LTA 40 y 60 107

2 días 0, 2 y 7 días

Muestra compacta

Muestra

compacta

Pre acondicionamiento

SHRP (1991) Long-Term oven ageing

LTOA

85 5 días Muestra

compacta

Scholz, (1995) Long Term Oven Aging – LTOA

85 120 h Muestra compacta

Scholz (1995) Bitutest protocol 85 5 días Muestra compacta

A manera de síntesis se puede afirmar que aún no se encuentra un tratamiento normalizado en

laboratorio que prediga los efectos de envejecimiento de mezclas asfálticas en el tiempo. Es

evidente que encontrar las duraciones adecuadas de las pruebas depende directamente de las

condiciones climáticas del lugar y de las características propias de las mezclas asfálticas.

2.2.2 Tratamientos de oxidación

La reacción del asfalto con el oxigeno de la atmosfera es quizá el factor principal que produce el

endurecimiento y lleva a la fragilidad del mismo, el endurecimiento es un resultado de la

polaridad del oxigeno contenido en las fracciones del asfalto el cual aumenta la consistencia del

asfalto por el incremento de las fuerzas de interacción molecular (Petersen, 2000).

Adicionalmente, las moléculas pueden desarrollar envejecimiento químico irreversible el cual

generalmente parece ser la suma de las reacciones con el oxigeno y de la polimerización de la

oxidación y la evaporación de los componentes volátiles (Lesueur, 2009). Igual que los

tratamientos de calor extendido, algunos investigadores han realizado pruebas de laboratorio para

producir envejecimiento acelerado en las mezclas asfálticas mediante inyección de oxigeno y aire

a las mezclas (Tabla 3).

Tabla 3. Métodos para evaluar el envejecimiento por oxidación en mezclas asfálticas (modificado

de Airey, 2003) Autor (año) Prueba o ensayo Temperatura

°C

Duración Muestra Otras características

Kumar y Goetz (1977) Mixture oxidation 60 1,2,4,6,10

días

Muestra

compacta

Aire a 0.5 mm de agua

(Von Quintas, 1988) Long Term ageing 60 5 y 10 días Muestra

compacta

Aire a 0.7 Mpa.

Kim et al. (1986) Oregon mixtures 60 0,1,2,3,5 días Muestra Aire a 0.7 Mpa.

compacta SHRP (1991) Low pressure

oxidation LPO

60 u 85 5 días Muestra

compacta

de STOA

Oxigeno a 1.9 l/min.

Bell et al. (1991) Pressure Oxidation

Vessel

25

60

2 días

7 días

Muestra

compacta

Oxigeno a 100 psi

Oxigeno a 300 psi

Khalid & Walsh (2000) 60 Más de 25 días

Muestra compacta

Aire a 3 l/mibn

Korsgaard (1996) PAV mixtures 100 72 h Muestra

compacta

Aire a 2.07 Mpa.

Para el análisis de la oxidación, se realiza un análisis químico del asfalto recuperado de las

mezclas asfálticas envejecidas, el asfalto es extraído mediante el uso de solventes, centrifugado y

roto evaporación. Los solventes utilizados comúnmente son el tetracloruro de carbono, el

tricloroetileno, el tolueno, el varsol o la gasolina blanca, sin embargo, se ha podido establecer

que los solventes generan en el asfalto extraído alteraciones que no han sido del todo

determinadas, estudios realizados por (Burr et al., 1991)Burr et al., (1991), explicaron que los

solventes producen un envejecimiento del asfalto en el momento de ser separado de los

agregados, que no se ha determinado. Como este proceso se realiza en ausencia de oxigeno, es

posible que el endurecimiento por oxidación no exista, entonces para contrarrestar de alguna

manera su acción debe realizarse el procedimiento de extracción en frio y evaluar las propiedades

del asfalto en el menor tiempo posible después de la extracción.

La absorción de oxigeno produce la formación de nuevos grupos funcionales como sulfoxidos,

anhídridos, ácidos carboxílicos y cetonas. Desde hace varios años se estableció que la oxidación

en los asfaltos es representada con buena precisión por la aparición de grupo carbonilo que se

observa a través de la medición de la absorbancia o reflectancia en una prueba de cromatografía

de infrarrojo (Domke et al., 1997; Lau et al., 1992; Martin et al., , 1990)

La figura 2, muestra la evidencia del crecimiento del área de carbonilo en un asfalto tipo AC-20 a

diferentes temperaturas y tiempos de envejecimiento.

Figura 2. Crecimiento de la banda infrarroja de Carbonilo a

diferentes temperaturas en un asfalto AC-20. (Despúes de Lau et al., 1992)

Diferentes asfaltos presentan diferentes velocidades de reacción a la misma temperatura y

muestran diferentes energías de activación, como resultado un asfalto puede envejecer más rápido

a una temperatura que otro, mientras que este puede envejecer más despacio a otra temperatura,

este cruce en la rata de envejecimiento es de un gran significado en el diseño de pruebas para el

envejecimiento de carreteras, figura 3. La pendiente de esta relación corresponde a la

susceptibilidad al endurecimiento del asfalto.

Figura 3. Susceptibilidad al endurecimiento en mezclas asfálticas con dos asfaltos diferentes, dos

agregados diferentes y tratamientos diferentes. (Lau et al., 1992)

Otros estudios se realizaron para modelar el envejecimiento de los asfaltos recuperados de

mezclas, basado en la oxidación. Chen y Huang (2000) sometieron a espectroscopia de infrarrojo

(FTIR) para medir la cantidad de luz transmitida que se absorbió sobre una longitud de onda

nominal de 4000 a 400 cm-1

, en la figura 4 se observa que a medida que progresa el tiempo de

oxidación se incrementa la absorción que se produce por el crecimiento de grupos funcionales

sulfoxidos en el asfalto.

Figura 4. Espectro Infra Rojo banda sulfoxidos. Temperatura 60°C,

12 horas de exposición, asfalto 60/70. (Chen y Huang 2000).

Las muestras antes y después del envejecimiento se han sometido a ensayos de separación de

componentes del asfalto es decir cantidades de saturados, aromáticos, resinas y saturados. Al

observar los resultados, el contenido de los compuestos saturados, aromáticos y resinas de los

asfaltos envejecidos disminuyen, mientras que el contenido de asfaltenos aumenta. Los

compuestos aromáticos se convierten en parte en resinas, así que el contenido de los compuestos

aromáticos disminuye en consecuencia y finalmente las resinas cambian a asfaltenos. (Y. Qi &

Wang, 2004a, 2004b), tabla 4.

Tabla 4. Cambios en la composición de los grupos químicos de tres asfaltos después de

Envejecimiento por absorción de oxigeno (OAA). (Y. Qi & Wang, 2004a)

SJS (%) SHL (%) REQ (%)

Muestras Original Envejecido Diferencia original Envejecido diferencia original Envejecido Diferencia

Saturados 19,13 18,54 -0,59 17,18 15,04 -2,14 14,68 13,3 -1,34

Aromaticos 26,28 23,89 -2,39 32,49 26,64 -5,85 27,67 22,08 -5,59

Resinas 38,53 34,99 -3,54 31,88 28,78 -3,1 45,28 40,02 -5,26

Asfaltenos 16,06 22,58 6,52 18,45 29,54 11,09 12,37 24,6 12,23

2.2.3 Tratamientos de foto degradación

En relación con la degradación a causa de la luz, algunos investigadores estudiaron los cambios

en el comportamiento de los asfaltos y de las mezclas asfálticas, como se puede observar en la

tabla 5. En estos ensayos se intenta reproducir el efecto que produce la luz del día o la radiación

producida por el sol.

Tabla 5. Métodos para evaluar el envejecimiento por efectos de luz y radiación en mezclas

asfáltica.

Autor (año) Prueba o ensayo Temperatura

°C

Duración Muestra Otras caracteristicas

Traxler (1963) Foto oxidación 87.7 18 h Asfalto

3 μm

Mazda Sum Lamp (175

Watt) Hveem (1963) Radiación Infra

roja

60 1000 h Mezcla con

arena 5 a 7

μm

Corriente de aire a 41C

Kemp y Predoehl (1981) Foto degradación

luz actínica

35 18 h Asfalto 1000 MW/cm2

Hugo y Kennedy (1985) Foto oxidación - 54 h mezclas asfálticas

Mezclas de laboratorio y de campo. Mazda Sum

Lamp (175 Watt)

Hugo y Kennedy (1985) Weatherometro - 14 d (336 h) mezclas asfálticas

Radiación ultra violeta

Tia et al. (1988) Calor y radiación

UV

60 1,7, 28 y 90

días

Mezclas

asfálticas

Montepara et al. (2000) Cámara de

radicaciónn

- 450 dias lámparas de gas de

mercurio de 125W

(PHILIPS HPK)

Martinez y Caicedo (2005) Weatherometro - 504 horas Asfaltos y

mezclas asfálticas

Radiación ultravioleta

tipo B

Reyes y Camacho (2008) Weatherometro - 1350 horas Mezclas

asfálticas

Rayos UV de 11,2W,

irradiancia 3.700

μW/m2 Mo et al., (2010) Cámara ultra

violeta

40 1000 horas Concreto

asfáltico

poroso

luz Ultra Violeta UV

(60 w/m2, 300-400

wavelength)

La consecuencia más importante de envejecimiento acelerado por acción de la luz o la radiación

ultravioleta, corresponde a un incremento significativo en la viscosidad del material (Coons,

1965; Montepara & Giuliani, 2000; Tia et al., 1988; Traxler, 1963; Traxler, 1961), con respecto a

los cambios químicos se pudo evidenciar la formación de enlaces carbonilos que cambian la

estructura del asfalto y que estimulan el proceso de polimerización (Montepara & Giuliani,

2000), así mismo se encontró que el modulo complejo se incrementó y descendió el Angulo de

fase (Martínez & Caicedo, 2005; Mo er al., 2010). Con respecto a los cambios mecánicos se

observó un incremento en la estabilidad Marshall en las mezclas, lo que produjo un incremento

en la rigidez, el flujo en cambio descendió con la exposición al igual que la deformación

permanente lo que produce estructuras con mayor susceptibilidad a la rotura frágil. Con respecto

al modulo resiliente se encontró un incremento considerable, hasta de un 50% después de la

exposición a la radiación ultravioleta (Mo et al., 2010; Reyes & Camacho, 2008; Rondón et al.,

2010; Rondón & Reyes, 2009).

Es evidente que el efecto se produce en la superficie de rodadura pero también afecta una

profundidad significativa de la mezcla y la profundidad del daño depende del tiempo de

exposición, por ejemplo para 18 horas de exposición se encontró una profundidad de daño de 5

micrones (Kemp y Predoehl, (1981) mientras que una exposición de 504 horas el daño alcanzó

valores hasta de 15 mm, (Martínez & Caicedo, 2005). Aunque estos estudios han considerado los

efectos y las profundidades, no se sabe con certeza la equivalencia en años de servicio con

respecto a los periodos de exposición, estas equivalencia de igual manera que los tratamiento

abordados anteriormente, dependen de los materiales y las condiciones climáticas de la zona

explicados, estudios realizados por Hveem et al, (1963) concluyeron que 1000 horas de foto

degradación equivalen a 5 años en la vía para mezclas asfálticas con arena de Otawa.

2.2.4 Evaluación del envejecimiento en condiciones de campo

Algunos investigadores han evaluado el desempeño de los pavimentos asfálticos en campo con el

fin de establecer correlaciones y modelos con respecto al comportamiento encontrado en el

laboratorio después de someter las mezclas asfálticas a los diferentes tratamientos mencionados.

En general el procedimiento adoptado consiste en extraer núcleos de vías en servicio y de ellos

extraer alguna porción del asfalto contenido con el fin de evaluar las propiedades físicas,

químicas, mecánicas, dinámicas y reológicas. Estos estudios se realizan bajo la hipótesis que el

envejecimiento de la mezcla se atribuye en mayor proporción al envejecimiento que sufre el

asfalto en la vida de servicio y en menor proporción a los agregados que componen la mezcla.

En una investigación realizada por Martin et al. (1990) donde se tomaron núcleos de pavimentos

en servicio de diferentes vías en los Estados Unidos, se analizaron parámetros como viscosidad,

porcentaje de vacíos, áreas de carbonilo y sulfoxido mediante cromatografía de columna de gel,

índice de envejecimiento a 140° y 275 °F en la que concluyeron sobre la importancia de los

vacíos en la mezcla, figura 5. Afirmaron que el contenido de vacíos con aire es uno, sino el más

importante factor que afecta la velocidad de envejecimiento en los pavimentos asfálticos. De

acuerdo con ellos la influencia de esta variable parece ser tan marcada que opaca el desempeño

del tipo de asfalto, el agregado, la densidad del tráfico y las diferencias micro climáticas.

Figura 7. Índice de envejecimiento a 140 °F con diferentes porcentajes de vacíos. (Martin et al.,

1990).

Rondón y Reyes (2009) evaluaron el cambio que experimenta el módulo resiliente, la

deformación permanente y la resistencia última bajo carga monotónica de una mezcla asfáltica

densa en caliente cuando es expuesta al ambiente de la ciudad de Bogotá D.C. (Colombia). Las

mezclas se fabricaron utilizando diferentes cementos asfálticos, y se evaluó su evolución en el

tiempo evaluando los parámetros mencionados cada 3 meses en un tiempo de observación de 20

meses. De los estudios se concluye que el comportamiento que experimentan las mezclas

depende del tipo de asfalto utilizado. Adicionalmente, la tendencia de las mezclas con los tres

tipos de CA es experimentar un aumento en los valores de rigidez con el tiempo de exposición al

ambiente debido principalmente a procesos de endurecimiento por envejecimiento de los ligantes

asfálticos.

3. EFECTOS DEL ENVEJECIMIENTO EN EL DESEMPEÑO DE LAS MEZCLAS

ASFALTICAS

Módulos

En los reportes de los investigadores se observa que la relación modular para mezclas asfálticas

antes y después del envejecimiento presenta un incremento significativo, de hasta 5 veces,

dependiendo del volumen de vacios de la mezcla (C. Bell et al., 1991; Kim, Bell, Wilson, &

Boyle, 1987; H. L. Von Quintus et al., 1991).

Figura 8. Relación de módulos de envejecimiento para tres mezclas asfálticas, a) al 88% y b)

94% de compactación (Kim et al. 1987).

3.2 Ahuellamiento

El ahuellamiento (rutting) en la capa superior del pavimento se produce por la acumulación de la

deformación plástica en la mezcla como resultado de la repetición de cargas y se considera una

falla estructural de los pavimentos asfálticos. Este fenómeno ocurre con mayor severidad a altas

temperaturas de funcionamiento de la mezcla y produce un mayor impacto en los asfaltos sin

envejecer que los envejecidos. Por tal razón se hizo necesario relacionar la respuesta elástica del

pavimento con las cargas dinámicas del transito

Con respecto al tránsito y a partir de observaciones, se consideró que la aplicación promedio de la

carga a través de la llanta de un camión a una velocidad de 80 Km/h corresponde a un tiempo de

0.1 segundos, tiempo en el cual se produce la respuesta viscoelástica del material. Ese valor de

0.1 segundos en una carga de tipo sinusoidal corresponde a 10 rad/s (1.6 Hz). Con respecto al

material, los asfaltos envejecidos son mas rígidos que los asfaltos naturales, por esta razón el

control de ahuellamiento se realiza con asfaltos sometidos a envejecimiento de corto plazo o sea

el envejecimiento por producción, transporte, almacenamiento y construcción, proceso que se

simula en laboratorio mediante el la aplicación de la prueba TFOT o RTFOT.

Para contrarrestar esta falla estructural en la vida temprana del pavimento se consideró que debe

realizarse un control en el pavimento que va a ser construido, teniendo en cuenta que el asfalto

viene del proceso de envejecimiento de corto plazo, para lo cual el SHRP en la clasificación PG

de desempeño de los cementos asfálticos, recomienda tener en cuenta que el parámetro G*/sin

debe ser mayor que 1 kPa, basado en el criterio de la deformación no recuperable. La escogencia

de este valor correspondió a un análisis del comportamiento de diversos cementos asfálticos

contra los resultados de wheel-tracking. (Figura 9.) (Bouldin, 1992).

Figura 9. Pérdida de compliance con respecto a resultados de Wheel tracking

3.3 Fatiga

La fatiga es un fenómeno que ocurre en los materiales debido a la acción de cargas repetitivas o

ciclos de carga. En tal sentido, la fatiga se asocia con la fractura de los materiales en procesos a

largo plazo, en el caso de los cementos asfálticos la fatiga se relaciona con la energía disipada en

la carpeta de asfalto durante cada ciclo de carga. El establecimiento de una norma adecuada para

la evaluación de la fatiga ha sido una tarea complicada ya que, los resultados de laboratorio han

sido contradictorios, por un lado asfaltos rígidos resultan resistentes a la fractura por fatiga en un

ensayo de esfuerzo controlado y por otro lado los asfaltos suaves resultan también resistentes a la

fractura por fatiga en un ensayo de deformación controlada.

El criterio para evaluar el desempeño a la fatiga de un cemento asfáltico es la pérdida de la

componente viscosa del modulo complejo G‖ = G* sin a 10 rad/s y a la temperatura de

operación, el cual debe ser como máximo mayor a 5 MPa (Petersen et al., 1993). Es de anotar

que dicha evaluación debe realizarse en un material envejecido a largo plazo, por esta razón las

pruebas en laboratorio se realizan sobre asfaltos que han pasado por el tratamiento PAV.

Con respecto a los resultados de fatiga en mezclas asfálticas, figura 3 obtenidos por Kim et al.

(1987), presentan un incremento constante con el tratamiento en la cámara de presión de oxigeno

(POV), las muestras de menor compactación presentaron mayor tiempo de vida a la fatiga. Esos

ensayos se realizaron aplicando esfuerzo de tensión controlado y por lo tanto las mezclas más

rígidas experimentaron menores niveles de deformación. Una tendencia diferente se podría

esperar si se realiza el ensayo a deformación controlada.

Figura 9. Vida de fatiga de tres mezclas asfálticas, a) al 88% y b) al 94% de compactación. (Kim

et al., 1986).

La vida de fatiga depende de la estructura de la mezcla asfáltica, es decir, de la película de

asfalto, de la granulometría y del contenido de vacíos. En el mismo sentido como se estableció

con anterioridad, un mayor espesor de la película de asfalto produce una mayor resistencia al

envejecimiento y también una mejor resistencia a la fatiga, como lo demuestra un estudio llevado

por Hajj et al., (2005), en el cual las mezclas con contenidos de asfalto cerca del 8% obtuvieron

un mejor desempeño a fatiga que las mezclas con contenidos de asfalto cercanos a 5%.

3.4 Agrietamiento térmico

El incremento de la viscosidad y la reducción de la ductilidad de los asfaltos en las mezclas

producen paulatinamente el agrietamiento (cracking) de la superficie de la capa de rodadura.

Ensayos de campo realizados por (Ruan et al., 2003) establecen que la prolongada oxidación

produce estos efectos. El agrietamiento por temperatura puede producirse por dos situaciones, la

primera por un descenso puntual de la temperatura que rompe la carpeta de asfalto y la segunda

por la fatiga del material debido a la repetición de cargas, esta última condición es denominada

fatiga térmica, analizada en la sección anterior. Las dos condiciones mencionadas involucran la

propagación de grietas en la carpeta de asfalto.

El concepto de temperatura crítica de agrietamiento que ocurre como resultado de un ciclo de

enfriamiento, requiere el concepto de temperatura limite de rigidez. Esto ocurre cuando la carpeta

asfáltica alcanza una temperatura en la cual existe un modulo de rigidez critico producido por un

carga, que propicia la formación de grietas. En la primera aproximación de la medición de esta

parámetro se escogió la temperatura a la cual una rigidez de 200 MPa era obtenida en un tiempo

de carga de 2 horas. Como el tiempo de respuesta de cada asfalto es particular, fue necesario

incluir la curva maestra del mismo, por lo cual se estableció que la pendiente de la curva del

creep m=d log J(T)/d log t

3.5 Viscosidad

Las viscosidades dinámicas se midieron a diferentes temperaturas usando un reómetro mecánico

dinámico, con el dispositivo de platos paralelos de 25 mm de diámetro y 1 mm de altura para

disponer la muestra de asfalto (gap). El ensayo se realizo a bajas frecuencias de 0.1, 0.01 y 0.005

sec-1

dependiendo de la dureza del asfalto, para aproximarse a los valores limites de baja

frecuencia y denotados como η0*, figura 5.

Figura 10. Viscosidad dinámica al endurecimiento con el tiempo de un asfalto AC-20 a cuatro

temperaturas. (Lau et al., 1992)

Huh y Robertson (1996) realizaron un estudio para determinar los cambios en la viscosidad como

medida del progreso del envejecimiento, por efecto de la oxidación del asfalto. Utilizaron el PAV

con una presión de 2.07 Mpa (300 psi) a temperaturas de 60° C por 800 hr, 80°C por 400 hr y

100°C por 96 hr, previo a ello envejecieron muestras de película delgada en el TFO (Thin Film

Oven), por cinco horas a 163°C para determinar la pérdida de volátiles simulando el

envejecimiento a corto plazo. Para determinar la viscosidad utilizaron un Reometro Mecánico

(Modelo 605 Rheometrics), con el dispositivo de platos paralelos. La viscosidad dinámica a 0.1

rad/seg y 60°C fue utilizada como medida del cambio de la viscosidad debido a la oxidación en el

PAV a las temperaturas dadas, figura 8.

Figura 11. Cambio de la viscosidad debido a la Oxidación en PAV, de dos asfaltos diferentes

(Huh y Robertson, 1996)

4 MODELOS PROPUESTOS SOBRE EL ENVEJECMIENTO DE ASFALTOS Y

MEZCLAS ASFALTICAS

Los investigadores en los diversos estudios realizados han tratado de describir de

matemáticamente algunas relaciones que reproduzcan el envejecimiento de los cementos

asfálticos, esas ecuaciones por o general describen el comportamiento de los asfaltos envejecidos

pues se parte de la hipótesis que el envejecimiento ocurre en su totalidad en el asfalto y no así en

los agregados. En consecuencia, se han podido establecer diferentes variables que afectan el

desempeño del asfalto en el tiempo, es asi como la temperatura, la presión, la radiación ultra

violeta, la humedad contribuyen de manera significativa en la oxidación y el endurecimiento de

los asfaltos, la observación de los efectos producidos por esas variables simulados en el

laboratorio y observados en las vias reales han permitido establecer diferentes modelos.

Una de las primeras expresiones matemáticas que relacionan el endurecimiento de los asfaltos

corresponde al Índice de Envejecimiento (AI) dado por la relación de la viscosidad de un asfalto

antes y después del envejecimiento, el envejecimiento se produjo a una película de asfalto5

micrones de espesor dispuesta entre dos platos de vidrio durante 2 horas a una temperatura de

2107°C, la viscosidad se obtuvo en ambos casos (original y envejecido ) a la misma tasa de

esfuerzo de corte, los resultados indican que un menor valor de índice de envejecimiento significa

una mayor durabilidad de los asfaltos analizados (Griffin et al., 1955):

B

AAI (1)

Donde AI es el índice de envejecimiento y ηA es la viscosidad después del proceso de

envejecimiento y ηB es la viscosidad antes del proceso o la viscosidad del asfalto original.

Gaestel (1971), estableció el Índice de estabilidad coloidal el cual establece una relación entre

las fracciones generales del asfalto de la siguiente manera:

cos%sinRe%

%%

Aromatias

SaturadosAsfaltenosIC (2)

Lee en el año (1973), estudió el cambio en el comportamiento químico y reológico de 8 cementos

asfálticos que se utilizaron en proyectos viales en el estado de Iowa y le realizo seguimiento

durante 48 meses y de la misma manera se realizo el envejecimiento en laboratorio combinado la

prueba TFOT y el tratamiento de oxigenación por presión por un tiempo de 1000 horas. Los

datos obtenidos en el terreno y en el laboratorio permitieron realizar correlaciones y por ende se

estableció una función hiperbólica para estimar la evolución de las propiedades físicas en el

tiempo.

f

f

bTa

TT1log (3)

Donde T1 corresponde al tiempo en el laboratorio en horas para alcanzar el valor de la propiedad

buscada, Tf es el tiempo equivalente en campo, en meses, para alcanzar el mismo valor de la

misma propiedad buscada en el mismo asfalto y a y b son constantes. Con el uso de esta ecuación

se estableció que 46 horas de envejecimiento en el laboratorio corresponden a 60 meses en las

vías en servicio.

En el año (1976), Benson direccionó su trabajo en analizar el fracturamiento a baja temperatura

en los pavimentos del estado de Texas y el endurecimiento del asfalto en nueve secciones viales,

para ello evaluó las características físicas de los asfaltos y las relacionó con el desempeño de los

mismos. En consecuencia, encontró buenas correlaciones entre la viscosidad a 25°C, el índice de

envejecimiento y el contenido de vacios con el desempeño y sus resultados fueron muy similares

a los encontrados por Lee (1973). Benson prefirió utilizar un modelo exponencial en lugar del

hiperbólico utilizado por Lee, con el cual encontró mejores coeficientes de correlación con los

datos de penetración y atribuyó la pobre correlación con la viscosidad debido a la complejidad

del ensayo de micro viscosidad.

batV (4)

atbaP ln (5)

Benson notó que el parámetro a es una medida del endurecimiento a corto plazo, y t corresponde

al tiempo de servicio en meses. P es la penetración, el parámetro b se relacionan con la curvatura

del modelo y representa la susceptibilidad del envejecimiento a largo plazo. La ecuación de

predicción para a fue desarrollada desde un análisis de multi-regresión (ver ecuación 6), donde

ORP corresponde a la penetración original así:

252.0 ORPa (6)

Con estos modelos aplicados en las vías analizadas obtuvo correlaciones superiores a 0.95

Figura 12. Curvas típicas de endurecimiento (Benson, 1976).

Shiau et al. (1992) , desarrollaron un modelo lineal incuyendo el tipo de asfalto (A), la tempertura

del tratamiento (T), el tipo de horno utilizado para envejecer (O) y las interacciones entre cada

variable, para integrar esa relación utilizaron 20 asfaltos, dos hornos y tres niveles de

temperatura, de lo cual surgió la siguiente expresión:

ijkjkikijkjiijk OTOATAOTAmy (7)

Donde y es la respuesta general del asfalto iésimoi, la temperatura j-ésima, y el horno k-ésimo, m

la media total, A el principal efecto del asfalto i, T el principal efecto de la temperatura j, O el

principal efecto del horno k, AT interacción Asfalto-Temperatura, AO interacción, TO

interacción Temperatura-Horno y, εijk es el error experimental.

Los resultados mostraron que la viscosidad fue afectada por la temperatura como era de esperarse

pero las alteraciones fueron mayores en el rango de temperatura entre 163 y 185 C que entre 140

y 163 C. En efecto, el tratamiento con el horno RTFOT fue mas severo que el horno TFOT para

temperaturas de 140 y 163C, en ese sentido un cálculo aproximado el envejecimiento en los

hornos mencionados a 60 C durante 14 dias corresponde a 3 meses de envejecimiento en un

pavimento en las condiciones climáticas de La Florida. Y en las mismas condiciones del

tratamiento en horno a 163 C se puede obtener el envejecimiento de un periodo de 6 a 9 meses.

Posteriormente Huang et al. (1996) trabajaron en el modelo propuesto por Shiau (1992)

utilizando asfaltos modificados. Los resultados indicaron que los asfaltos envejecidos

artificialmente en el laboratorio mediante TFOT, RTFOT, horno inclinado de California y

Camara de envejecimiento a presion PAV, generan alteraciones en la reologia de los asfaltos

similares a las que suceden en campo. En ese sentido aplicar el tratamiento RTFOT durante 75

minutos a 185 C simula 1 año de envejecimeinto en campo en las condiciones climáticas de La

Florida y someter el asfalto a 168 horas en el horno inclinado de California equivale a 8 años de

envejecimiento en campo en La Florida.

Al mismo tiempo Huh & Robertson (1996) utilizaron la Cámara de Envejecimiento a Presión

PAV, con 2,07 Mpa y 60, 80 y 100 C y diferentes tiempos de exposición hasta alcanzar 800

horas. Ellos adaptaron la expresión desarrollada por Arrhenius (1889) en la cual se considera la

dependencia velocidad constante (cinética) de las reacciones químicas con la temperatura a la

que se lleva a cabo la reacción y la Energia de Activación por difusión, como sigue:

TR

Ea

Aetk (8)

Donde k(t) es el numero de colisiones que resultan en una reacción por segundo, A es un factor

de frecuencia de la reacción o el número total de colisiones por segundo, Ea es la energía de

activación por difusión, R es la constante de los gases y T es la temperatura, el factor

exponencial es la probabilidad que cualquier colisión dada dará lugar a una reacción. Se observó

un incremento en la viscosidad por la formación del grupo funcional sulfoxido en las primeras

horas de oxidación (0-200 horas) y despues se mantiene constante y al final del proceso

nuevamente se incrementa la viscosidad por la formación del grupo funcional carbonilo, en

efecto la formación de esos dos grupos quimicos funcionales indicados llegan a ser las mayores

causas del incremento de la viscosidad.

Mas adelante en 1998, Daniel et al. (1998), investigaron los efectos del envejecimiento en las

mezclas asfálticas, para realizarlo aplicaron el principio de correspondencia elástico – visco

elástico de Schapery en el sentido de validar los mencionados efectos. Para analizar los efectos,

se estudió mediante los cambios en las propiedades viscoelásticas y obteniendo el modulo

dinámico, modulo de relajación y ángulo de fase del asfalto, mediante una ecuación de la ley de

potencia:

tn

o

oo

t

tEtEtEtE

1

, (9)

En esta expresión t corresponde al tiempo de envejecimiento, (t-τ) es el tiempo de carga, E es el

modulo de relajación. En la ley de potencia E0, Eω, τ0 y n, corresponden a cuatro coeficientes que

se obtienen de las curvas de relajación de envejecimiento dadas por las curvas de creep

compilance ploteadas con respecto al tiempo de envejecimiento. Al aplicar los modelos se

establece que el envejecimiento de las mezcla asfálticas produce una disminución en la pendiente

de las zonas lineales de las curvas de creep y del modulo de relajación, los módulos dinámicos se

incrementan y los ángulos de fase disminuyen en altos niveles de envejecimiento. La ecuación

maestra (9) representa satisfactoriamente el modulo de relajación a cualquier envejecimiento y

tiempo de carga y permito determinar las seudo deformaciones.

Chen y Huang (2000) estudiaron el efecto de la oxidación en los asfaltos, para ello llevaron a

cabo pruebas en el RTFOT y en el PAV para simular el envejecimiento en el campo,

adicionalmente una pista de prueba fue construida con el fin de hallar el proceso real del

envejecimiento en campo. Los datos se mostraron comparando los ligantes asfalticos tratados en

laboratorio (60°C y presión de 20 Kg/cm2) y en campo y la duración del tratamiento dependió del

tiempo de uso en la pista de prueba. Como resultados, en general se encontraron buenas

correlaciones entre los datos de campo y laboratorio y por consiguiente plantearon un modelo que

permite predecir los cambios en los ligantes asfalticos durante el tiempo de endurecimiento.

r t

o eUAI

UAI

x

txAI

11

' (10)

Donde x(t) es una medida del la asociación molecular en el tiempo t, x’(t) tasa de cambio en x

con el tiempo, UAI corresponde al índice de envejecimiento último que es la relación entre el

valor máximo y el valor inicial de x(t), en otras palabras éste representa el incremento final en x

con el incremento de tiempo y el parámetro r es la tasa de envejecimiento que indica una medida

de la tasa de incremento en x sobre el rango UAI, estos dos parámetros pueden ser usados para

comparar la tasa de envejecimiento y la magnitud de envejecimiento de diferentes pavimentos.

Said (2005) desarrolló el Indice de Envejecimiento (AI) para comparar el comportamiento de las

mezclas, éste lo definió como el incremento relativo de la modulo de rigides por año expresado

en porcentaje, de acuerdo con las siguinetes expresiones:

100*365*)( 010

01

ttS

SSAI

t

ttPLTA (11)

100*365*)( 11

1)0(

ttS

SSAI

t

ttt

LTA (12)

Donde: AI PLTA es el indice de envejecimiento pre-largo plazo el cual representa el primer año de

servicio, mientras que el AI LTA es el envejecimiento de largo plazo que representa la vida de

servicio del pavimento despues del primer año. S es el modulo de rigidez en diferentes

momentos, t es el tiempo en días, t1 es el primero año de servicio (365 dias) y t0 es el tiempo entre

15 y 30 dias. Como resultado, se encontró un incremento cerca del 27% durante el primer año

despues de la construcción, un incremento de sólo el 3.5% por año durante el segundo y cuarto

años y probablemente menos del 3% despues del cuarto año de servicio

Como comentario final, los ejemplos mostrados han estudiado las condiciones del asfalto antes y

después del proceso de envejecimiento. Esos asfaltos se han evaluado de manera separada según

los cambios en sus propiedades químicas, mecánicas y reológicas por efecto del envejecimiento,

pero esta condición no reproduce de manera exacta los sucesos de campo. Por ejemplo, el índice

de envejecimiento AI propuesto por Griffin evalúa los cambios reológicos de unas muestras

sometidas a diferentes cambios de temperatura, mientras que el modelo mecánico de Daniel

evalúa los cambios a deformación de una muestra sometida a diferentes cargas y en la realidad

ocurren los dos efectos al mismo tiempo. En efecto, no es posible comparar dichos modelos y por

lo mismo no existe aún un modelo que integre la variables intrínsecas y extrínsecas para definir el

comportamiento de una mezcla asfáltica sujeta a los mecanismos del envejecimiento.

CONCLUSIONES

El proceso de envejecimiento es un proceso complejo que es tratado en la actualidad como una

falla funcional de los pavimentos a nivel superficial, pero por el mecanismo y evolución del

fenómeno incide en el tiempo hasta generar patologías que reducen significativamente el

desempeño de las mezclas asfálticas en servicio sobre todo en cuanto al agrietamiento superficial

y la reducción de la vida de fatiga.

En general el envejecimiento se produce por la incidencia de las variables ambientales o externas

del medio donde se encuentra el pavimento flexible, sobre los materiales o variables intrínsecas

de la mezcla. Los efectos que se producen corresponden en todos los casos a modificaciones de

orden químico, es decir a modificación en la estructura del asfalto y en las relaciones moleculares

del mismo. Los procesos químicos que se presentan son la volatilización de las resinas y

componentes livianos del asfalto por el incremento de la temperatura, la oxidación por la

presencia de humedad y/o vapor de agua en la superficie de rodadura, la formación de grupos

carbonilos por el rompimiento de los enlaces carbono y la polimerización.

Con el fin de entender la magnitud del proceso, los investigadores han diferenciado dos etapas

importantes en la ocurrencia del envejecimiento. La primera corresponde al envejecimiento de

corto plazo el cual ocurre en la mezcla en planta, el almacenamiento, el transporte y la

disposición en la obra, en este corto periodo de tiempo ocurre la mayor parte del daño pues

ocurre la volatilización, oxidación y polimerización. En la segunda etapa, denominada la vida de

servicio, ocurre una lenta y prolongada oxidación producida por el contacto de la superficie de

rodadura con la radiación solar, la humedad del ambiente y la lluvia.

Los efectos que generan estos procesos consisten en el endurecimiento de la parte superior de la

capa de rodadura, se ha podido demostrar que ese endurecimiento con el paso del tiempo alcanza

profundidades hasta de 15 milímetros. El endurecimiento aumenta el modulo de rigidez de la

mezcla y la convierte en un material frágil susceptible a agrietarse y por tanto su vida a la fatiga

se reduce.

Hasta el momento los modelos propuestos para entender el envejecimiento no reproducen del

todo las condiciones de lo que ocurre en campo, los modelos estudiados corresponden a modelos

de carácter empírico y semi empírico, pero ninguno de ellos ha podido predecir con exactitud la

reducción de la vida de servicio por efecto del envejecimiento. Así mismo, esta variable no es

tenida en cuenta aún en todos los métodos de diseño de pavimentos. Las investigaciones futuras

debe orientarse en ese esfuerzo ya que encontrando la forma adecuada de controlar o prevenir el

envejecimiento producirá pavimentos flexibles mas durables.

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