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Tratamientos agresivos, razón por la que el asfalto dura menos

Según el Reporte Global de Competitividad 2018-2019, del Foro Económico Mundial, en 2018 Colombia ocupó el puesto 97 en conectividad vial, entre 140 países. Un año antes en esa misma clasificación el país ocupó el puesto 102, lo cual da cuenta de que mejorar la calidad y la cantidad de la infraestructura vial es uno de los mayores retos del país.

Lo anterior se hace evidente si se tiene en cuenta, por ejemplo, que en excelentes condiciones solo se encuentra el 13,61 % de los 7.019 kilómetros de la red vial primaria (las grandes carreteras que están a cargo de la nación), administrada por el Instituto Nacional de Vías (Invías). En un informe publicado en diciembre de 2018 por esa institución se detalla que de todos los tramos pavimentados, el 33,58 % está en buen estado, el 34,28 % en regular, el 17,68 % es malo, el 0,86 % es muy malo, y, como ya se anotó, el 13,61% es óptimo.

Para superar el rezago histórico acumulado en materia vial se requiere no solo aumentar la cobertura de la infraestructura de carreteras, sino también atender las necesidades de mantenimiento de la red existente, por efecto del envejecimiento, aspectos que exigen inversiones económicas elevadas.

El profesor Ferney Betancourt Cardozo, de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Colombia (UN), ofrece un abordaje de este tema. Él indagó temas relacionados con la durabilidad y el envejecimiento del asfalto contenido en las capas de rodadura de muchas de las vías que atraviesan el país.

Durante su investigación para la tesis doctoral en Ingeniería – Ciencia y Tecnología de Materiales, encontró que tratamientos previos y agresivos, enmarcados dentro del envejecimiento a corto plazo del asfalto, y derivados de los procesos de producción y de construcción con las mezclas asfálticas en caliente, propician cambios en su comportamiento, con manifestaciones de deterioros físicos, mecánicos y químicos significativos.

Asfaltos susceptibles al envejecimiento

El asfalto es una mezcla compleja de compuestos orgánicos en la que predominan hidrocarburos pesados, que en su forma más elaborada se obtiene como fondo de refinación de residuos de vacío del petróleo.

De las casi 100 millones de toneladas de asfalto que se producen en el mundo cada año, el 95 % se usan en la industria de la pavimentación, especialmente como cementante en agregados minerales para fabricar las mezclas asfálticas de las capas de rodadura.

Al respecto, el profesor Betancourt señala que “la vida útil de estas capas en las obras viales tiende a ser relativamente corta y a requerir de inversiones económicas elevadas, aunque es dependiente tanto del origen y de la susceptibilidad al deterioro de los asfaltos componentes como de las características de los procesos empleados para su producción y construcción”.

En su trabajo doctoral el docente menciona que el asfalto colombiano presenta deficiencias como cementante para garantizar la obtención de mezclas asfálticas con desempeño confiable y de larga duración, y con frecuencia contribuye al deterioro prematuro de los pavimentos flexibles.

Una explicación es que como Ecopetrol es el único proveedor oficial, ofrece un solo tipo de asfalto que se usa en la gran variedad de obras viales que se desarrollan en la diversa topografía nacional con necesidades técnicas particulares.

El experto afirma que “se ha intentado mejorar esta situación desde cuatro grandes empresas consumidoras, dedicadas a intervenir el asfalto para adecuarlo a las condiciones requeridas en los proyectos del país, pero finalmente quedan como intermediarias entre Ecopetrol y el consumidor final”. Así, una parte de su investigación se centró en el reconocimiento en campo de las plantas que consumen ese asfalto, ya sea en condición original o del procesado en las empresas intermediarias.

Lea la tesis doctoral “Evaluación de los cambios químicos que experimenta el asfalto durante el proceso de envejecimiento a corto plazo y su relación con algunas propiedades físico-mecánicas”

Mezclas in situ

Para la evaluación, el ingeniero contactó diez plantas de producción de mezclas asfálticas en caliente –la modalidad más genérica en Colombia– para que facilitaran muestras tanto de asfaltos frescos en la planta como de mezclas asfálticas en el frente de obra empleadas en cada planta. Dichas compañías reciben y depositan el material en grandes tanques de almacenamiento con control térmico para garantizar la fluidez requerida en la producción de las mezclas.

Al respecto, señala que “estas mezclas se toman en el frente de obra en el momento de la construcción, durante la instalación de los materiales, para que tengan todos los efectos del calentamiento desde el inicio con la producción en la planta, el transporte, la instalación y el enfriamiento al final”.

De esta manera estableció una referencia más real de los niveles de envejecimiento a corto plazo del asfalto que se podrían generar por los procesos de producción y construcción realizados a altas temperaturas y con tiempos de exposición variables, además de los efectos ocasionados por las condiciones particulares de cada planta de producción.

Las muestras se analizaron en varias etapas para ir más allá de los parámetros físicos comúnmente empleados para el control de la calidad de la pavimentación, contenidos en las normas para ensayo y en las especificaciones generales para la construcción de carreteras del Invías.

Primero realizó una valoración física rutinaria; luego se adelantaron caracterizaciones complementarias que dieran visos y claridad sobre cómo se comporta el asfalto ante eventos más controlados, a partir de parámetros reológicos, que es el análisis del comportamiento de la deformación de los cuerpos, y termogravimétricos, una tecnología avanzada de la que dispone la Facultad de Ingeniería de la UN.

De esta manera constató cómo reacciona el material ante la temperatura, la velocidad, la aplicación de cargas y el nivel de deformación por corte que se le provoca; en otras palabras, es una aproximación más detallada de los cambios del asfalto desde el principio hasta el final de la obra.

Cuestión de química

En una segunda parte de su investigación doctoral, el profesor Betancourt asumió el reto de realizar caracterizaciones químicas del asfalto, una parte más exigente debido a la complejidad de la composición del material, que corresponde a una mezcla diversa de compuestos orgánicos que queda como residuo en la destilación controlada del crudo de petróleo.

Lo que queda de este proceso es un producto altamente viscoso y con unas fracciones pesadas, que solían analizarse con procesos que las separaban en grandes grupos. El investigador optó por examinar el asfalto a través de resonancia magnética nuclear, un método muy complejo que adoptó de una investigación previa realizada para caracterizar crudos pesados de petróleo.

Con dicha técnica identificó los fragmentos que componían el asfalto para los estados iniciales y finales, para poder contrastarlos con otras condiciones de envejecimiento. Complementó esta tarea con el análisis elemental de los elementos químicos orgánicos que componen el asfalto (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre), para establecer cómo evolucionan en los procesos de envejecimiento a corto plazo.

Para mejorar las carreteras

Entender la influencia de los procesos previos a la construcción de la obra sobre el envejecimiento del asfalto fue uno de los aportes más relevantes para los profesores Carlos Alexander Trujillo y Eliseo Avella Moreno, de la Facultad de Ciencias, directores de la tesis del doctor Betancourt.

“Estamos dañando el asfalto antes de ponerlo y esa es solo una de las razones por las cuales nuestra vías duran tan poco. Un reto para la ingeniería nacional es encontrar métodos para que eso no suceda; un ejemplo es el aporte del trabajo del profesor Betancourt, y es que ahora sabemos cómo disminuir la velocidad a la que se daña el asfalto una vez puesto”, comentan los directores.

Gracias a la investigación “se logró mejorar los niveles de envejecimiento; así, si unas plantas producen bajo nivel de envejecimiento, esto queda reflejado en el modelo, lo mismo si tienen procesos muy agresivos”, sostiene el investigador Betancourt.

Este estudio también llevó a desarrollar en paralelo de un proyecto de extensión entre la UN y la Unidad de Mantenimiento de la Malla Vial de Bogotá (UAERMV), con apoyo de un grupo de trabajo liderado por los profesores Betancourt y Octavio Coronado García, con el propósito de experimentar con mezclas asfálticas alternativas para mejorar la durabilidad.

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