El betún o bitumen, el aglutinante negro que mantiene unidas las pequeña piedras en el asfalto, es un elemento fundamental para la durabilidad de este. A medida que el bitumen envejece, puede cambiar sus propiedades y volverse frágil, causando finalmente el agrietamiento del asfalto. 

Por pura casualidad, Johannes Mirwald del Instituto de Transporte de la Universidad Técnica de Viena, ha encontrado con un efecto sorprendente: en contra de lo que se suponía hasta ahora, la luz visible en la gama de azules y verdes puede hacer que el betún envejezca de forma más intensa y en muy poco tiempo. 

Los resultados de la investigación, recientemente publicados en “Construction and Building Materials”, muestran que al considerar los datos espectrales solares, la luz azul en el rango de 405 nm contribuye significativamente a la oxidación del betún. Además, un perfil de oxidación inesperado y característico muestra niveles de oxidación más altos alrededor de la luz en los rangos de longitud de onda azul (405 nm) y verde (525 nm). 

Esto proporciona la primera evidencia de cómo la luz visible puede causar una oxidación significativa del bitumen en los pavimentos asfálticos. Los conocimientos obtenidos se pueden utilizar para comprender mejor qué parámetros contribuyen al proceso de envejecimiento en el campo y para proporcionar soluciones adecuadas para el envejecimiento de laboratorio.

Posibilidades descubiertas en laboratorio

“El proyecto de investigación partió de algunas observaciones extrañas que nadie podía explicar al principio. Teníamos muestras de betún en recipientes de cristal en el laboratorio y, al examinarlas con detenimiento, nos dimos cuenta de que su superficie había cambiado después de un tiempo relativamente corto”, relata el profesor del Instituto de Transporte de la Universidad Técnica de Viena, Bernhard Hofko. 

Estos cambios podrían esperarse a altas temperaturas, pero no a las temperaturas ambiente del laboratorio. La intensa radiación ultravioleta también podría considerarse como una explicación a tales cambios, pero el vidrio en realidad absorbe la mayor parte de esta radiación y sólo deja pasar la parte visible de la luz solar. Así que los investigadores decidieron observar más de cerca este extraño fenómeno con microscopios especiales. 

Las muestras de bitumen se iluminaron de una manera muy especial, con diferentes colores de luz definidos con precisión, desde el rojo con una longitud de onda bastante larga hasta la gama ultravioleta (UV) con longitudes de onda corta. En concreto, se utilizó una fuente de luz que contiene 15 LED diferentes que van desde los 365-770 nm. Estas longitudes de onda cubren toda la gama de luz visible, así como algunas partes de los rayos UV-A e infrarrojos.

“Hasta ahora, se suponía que la luz UV de alta energía era la que más influía en el envejecimiento del bitumen. No se esperaba que la luz visible tuviera algún efecto significativo”, explica Johannes Mirwald. 

Pero las mediciones lo demostraron claramente: en todas las longitudes de onda de la luz examinadas, los cambios en la superficie del bitumen podrían detectarse después de 15-20 minutos de exposición. El efecto más fuerte se produce en la gama de rayos UV, pero los efectos de la luz visible son igualmente drásticos, con un máximo adicional en la gama de longitudes de onda de la luz azul y verde. 

Si también se tiene en cuenta el estado de la luz en la superficie terrestre y la influencia de la atmósfera, por la que la luz UV se atenúa mucho más que la luz azul o verde, resulta evidente que la luz azul es la que provoca el mayor efecto de envejecimiento en la superficie de las carreteras.

La oxidación provoca grietas

El comportamiento del envejecimiento del bitumen es un fenómeno complejo que se aborda con muchos estudios en el laboratorio y en el campo. Si bien en el laboratorio se han utilizado parámetros de envejecimiento como la temperatura, la humedad, los gases reactivos o la luz UV, el impacto de la luz visible aún no se ha abordado. 

La luz acelera la oxidación del material, cuanto el betún se oxida, sus propiedades mecánicas cambian. Se vuelve más rígido y, por tanto, más susceptible a agrietarse. 

“Inicialmente, la oxidación bajo la influencia de la luz sólo tiene lugar en las capas superiores del material, en los micrométros más externos de la muestra de bitumen. Pero esto no es más que la chispa inicial de un efecto a gran alcance: las pequeñas grietas hacen que el oxígeno puede penetrar más profundamente en el material, se desarrollan tensiones en el interior del material, las grietas se hacen más profundas y, el última instancia, esto puede provocar daños duraderos en el asfalto”, explica Mirwald. 

Hasta ahora, los experimentos de envejecimiento del bitumen se han realizado principalmente en la oscuridad. Esto puede cambiar ahora. “Nuestras mediciones lo demuestran. Si se quiere predecir la durabilidad del asfalto, hay que tener en cuenta la radiación solar. Además, en los lugares donde la radiación solar es especialmente alta, suele haber también altas temperaturas, lo que intensifica aún más el efecto. Es un resultado absolutamente sorprendente que nadie esperaba; algo así no ocurre a menudo en la investigación”, afirma Bernhard Hofko. 

En general, estos hallazgos proporcionan información espectroscópica sobre cuán significativa es la luz visible para el envejecimiento del betún. En cualquier caso, este nuevo hallazgo supondrá importantes cambios para la ciencia de la ingeniería vial.

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