Asfáltica #70

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ABRIL-JUNIO 2022 Verificación de la calidad de los cementos asfálticos en México Uso de plástico reciclado postconsumo (PCR) en la construcción de carreteras Evaluación de la resistencia como un criterio adicional de aceptación de la susceptibilidad a la humedad de mezclas asfálticas Buenas prácticas en el procesamiento del material RAP para su reutilización en planta Ejercicio comparativo entre módulos elástico, resiliente, dinámico y de sitio a partir de deflectómetro de impacto (FWD) Nuevo método de prueba para determinar el potencial de fractura del ligante asfáltico

ISSN 007-2473

SUMARIO Presidente Víctor Manuel Cincire Romero Aburto

5

Verificación de la calidad de los cementos asfálticos en México

Vicepresidentes Mauricio Centeno Ortiz Salvador Fernández Ayala Antonio Martín del Campo Cerda

19

Uso de plástico reciclado postconsumo (PCR) en la

Secretario

construcción de carreteras

Javier Herrera de León Tesorero Juan Adrián Ramírez Aldaco

31

Evaluación de la resistencia como un

Consejeros

criterio adicional de aceptación de

Luis Manuel Pimentel Miranda

la susceptibilidad a la humedad de

Paul Garnica Anguas

mezclas asfálticas

Hugo Bandala Vázquez Israel Sandoval Navarro Leonardo Ambrosio Ochoa Ambriz Francisco Javier Romero Lozano J. Jesús Martín del Campo Limón

41

Buenas prácticas en el procesamiento del material RAP para su reutilización

Alejandro Padilla Rodríguez

en planta

Comité de vigilancia Luis Guillermo Limón Garduño Raúl Vicente Orozco Santoyo † Ricardo Buzo Romero

61

Ejercicio comparativo entre módulos elástico, resiliente, dinámico y de

Comisión de honor José Jorge López Urtusuástegui

sitio a partir de deflectómetro

Verónica Flores Déleon

de impacto (FWD)

Raymundo Benitez López Director General Raúl V. Orozco Escoto dg@amaac.org.mx www.amaac.org.mx

79

Nuevo método de prueba para determinar el potencial de fractura del ligante asfáltico

ASFÁLTICA, año 17, núm. 70, abril-junio 2022, es una publicación trimestral editada por la Asociación Mexicana del Asfalto, A.C.,

Producción editorial

Camino a Sta. Teresa 187, Parques del Pedregal, Tlalpan, 14010, Ciudad de México. Tel. +52 55 5606 7962, asfaltica@amaac.org.mx.

CODEXMAS, S. de R.L. de CV.

Editor responsable: Raúl Vicente Orozco Escoto. Reservas de Derechos al uso exclusivo Núm. 04-2013-012513385100-102, ISSN: 2007-2473. Licitud de Título Núm. 13611, Licitud de Contenido Núm. 11184, ambos otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso sepomex Núm. PP09-1532. Este número se terminó el 31 de marzo de 2022 en su versión impresa y digital. • Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización.

EDITORIAL El tiempo avanza y ya estamos en el segundo trimestre de 2022. El inicio del año ha estado marcado por un incremento global de la inflación, resultado de los conflictos internacionales, lo que provoca una mayor inestabilidad internacional y en consecuencia el alza de precios del crudo. Sin embargo es alentador que hay signos favorables de que la pandemia mundial de COVID-19 se está controlando.

En la Asociación Mexicana del Asfalto, A.C. (AMAAC) tenemos confianza en que lograremos superar este panorama desalentador a través del trabajo constante y la unidad, aportando nuestra gota de asfalto en el quehacer diario. Continuamos esforzándonos día a día para lograr los objetivos planteados en la difusión del conocimiento de los pavimentos asfálticos y contribuyendo a obtener mejores soluciones.

Los presupuestos asignados a la construcción y conservación de carreteras nos empujan a trabajar de forma más inteligente, y a buscar soluciones alternas y efectivas a la problemática del comportamiento de los pavimentos.

En este constante andar, nuestra revista ASFÁLTICA sigue siendo un referente en la difusión del conocimiento de temas de gran interés relacionados con los pavimentos asfálticos, que aporten propuestas para lograr mejores soluciones. A partir de esta edición, iniciamos cambios que esperamos sean de su agrado.

El contenido de la revista se compone de los artículos que aportan los comités técnicos de la asociación, a los que se suma el Comité de Gestión y Evaluación de Pavimentos, de reciente creación.

Para el segundo trimestre del 2022, la AMAAC continuará con los cursos de capacitación, entre ellos, los dirigidos a dependencias como las Direcciones Generales de Servicios Técnicos y de Conservación de Carreteras de la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes (SICT). Asimismo, estamos preparando los diplomados correspondientes a este año, que difundiremos en su oportunidad.

Tenemos programado el curso de Diseño Balanceado de Mezclas Asfálticas y Tratamientos de Preservación de Pavimentos, que se llevará a cabo en el National Center for Asphalt Technology (Por sus siglas en inglés, NCAT) en la Universidad de Auburn, Alabama, totalmente en español, así como una interesante mesa de trabajo en donde se presentarán tecnologías de interés que pueden implementarse en nuestro país o mejorar las que ya utilizamos, con la asistencia de representantes de las dependencias que nos acompañen en el evento.

El próximo 7 de agosto la AMAAC conmemora los primeros 25 años de su creaVíctor M. Cincire R. A. Presidente Decimosegundo Consejo Directivo

ción y avanzamos en los festejos que tendrán lugar el 5 de agosto de este año, donde habrá diferentes actividades que seguramente serán del interés de todos nuestros asociados y de quienes nos siguen a través de los medios de comunicación.

Los invitamos a participar activamente en nuestra asociación y a contribuir para lograr el objetivo fundamental que es la difusión del conocimiento relacionado con pavimentos asfálticos. Les enviamos un fuerte abrazo y un afectuoso saludo, deseándoles salud y bienestar a todos ustedes y a sus seres queridos.

VERIFICACIÓN DE LA CALIDAD DE LOS CEMENTOS ASFÁLTICOS EN MÉXICO Vinicio Andrés Serment Guerrero

Secretaría de Infraestrcutura, Comunicaciones y Transportes, Ciudad de México, México, vserment@sct.gob.mx

José Francisco Ramos Herrera

Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes, Ciudad de México, México, jose.ramos@sct.gob.mx

COMITÉ DE MATERIALES ASFÁLTICOS Rosita Martínez Arroyo Norberto Cano César Álvarez Ricardo Salazar

INTRODUCCIÓN

Raymundo Benítez

El cemento asfáltico es el insumo con mayor impacto económico

Israel Sandoval Navarro Álvaro Muñoz Gabriel Hernández Zamora Andrés Guerrero Alondra Vanessa López

dentro de los trabajos de construcción, modernización, reconstrucción y conservación de las obras a cargo de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT). En la actualidad, la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes (SICT) ha destinado gran parte de sus recursos a la conservación de la Red Carretera Federal, por lo que es prioridad preservar el estado de serviciabilidad que deben guardar las vialidades del país, así como conocer los factores que mejoran o afectan las inversiones en este tipo de obras y, con ello, el nivel de servicio entregado al usuario [1].

Al ser el cemento asfáltico un componente fundamental en la conformación y desempeño de la mezcla asfáltica, ya sea como capa estructural o de rodadura, la calidad de éste influye directamente en la calidad del pavimento y en el desempeño que podrá presentar a lo largo de la vida útil proyectada.

Desde 2017, la SCT, a través de la Dirección General de Servicios Técnicos (DGST), lleva a cabo la verificación de calidad de los cementos asfálticos a utilizar en las obras a su cargo. De acuerdo con la Normativa para la Infraestructura del Transporte (NIT) de la SCT, estos materiales se pueden clasificar por su viscosidad dinámica a 60 °C [7], por su tipo de material modificador o por su grado de desempeño.

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VERIFICACIÓN DE LA CALIDAD DE LOS CEMENTOS ASFÁLTICOS En el Programa de Verificación de la Calidad de los Cementos Asfálticos (de 2017-a la fecha), se han evaluado más de 4000 muestras de cemento asfáltico de diferentes partes de México, como AC-20 (191 muestras), PG 64-22 (1112 muestras), PG 70-22 (1135 muestras), PG 76-22 (1654 muestras) y PG 82-22 (40 muestras) que se obtuvieron de obras a cargo de los 31 Centros SCT.

Figura 1. Muestras de asfalto ensayadas de 2017 a la fecha por la SICT.

Los muestreos estuvieron a cargo de las Unidades Generales de Servicios Técnicos (UGST) de cada Centro SCT, y se realizaron a través de las empresas de verificación de calidad de cada entidad. Durante el muestreo se invitó a las residencias generales, residencias de obra, constructoras y su laboratorio de control de calidad, UGST y verificadoras, que presenciaron y constataron que el muestreo se realizó de acuerdo con lo establecido en el manual M·MMP·4·05·001/00, “Muestreo de Materiales Asfálticos”, firmaron las hojas de identificación de las muestras, y posteriormente, se enviaron las mismas a la DGST. Los cementos asfálticos se ensayaron de acuerdo con la metodología establecida en cada proyecto, sin embargo, por lo general se referenció a la NIT de la SICT, ya sea a la norma N·CMT·4·05·001/06, “Calidad de Materiales Asfálticos” [2], o a la N·CMT·4·05·004/08, “Calidad de Materiales Asfálticos Grado PG” [3]. Para efectos de este análisis se utilizaron los datos obtenidos de los cementos asfálticos clasificados de acuerdo con su grado de desempeño.

En la verificación de calidad de los cementos asfálticos 2017 y 2018, se realizaron los ensayes contenidos en la norma publicada en 2008: punto de inflamación en la copa de Cleveland [4];

viscosidad dinámica a 135 °C [5]; módulo reológico de corte dinámico (DSM, Dynamic

Shear Modulus) [6] del asfalto original, envejecido a corto plazo y envejecido a largo plazo; obtención de la pérdida de masa por calentamiento a través del envejecimiento a corto plazo en el horno RTFO (Rolling Thin-Film Oven) [7]; envejecimiento a largo plazo en la vasija PAV (Pressurized Aging Vessel) y el horno de desgasificación al vacío (VDO, Vacuum Degassing Oven) [8]; módulo reológico del asfalto envejecido a largo plazo obtenido con el reómetro de la viga a flexión (BBR, Bending Beam Rheometer) [9].

Cabe señalar que, en 2018, la norma de cementos asfálticos Grado PG presentó una actualización, y como resultado se obtuvo la norma N·CMT·4·05·004/18, “Calidad de Cementos Asfálticos según su Grado de Desempeño (PG)” [10], por tal motivo, esta es la que se utilizó en la verificación de calidad de 2019, 2020 y 2021, y donde se incluyeron los ensayes de punto de reblandecimiento [11], separación diferencia anillo y esfera [12], recuperación elástica por 6

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torsión a 25 °C [13], recuperación elástica en ductilómetro a 25 °C [14], prueba esfuerzo, deformación-recuperación múltiple (MSCR) [15], con la que se obtiene deformación no recuperable (Jnr) y respuesta elástica a 3.2 kPa. Para realizar el presente análisis se tomaron como referencia los requisitos de calidad establecidos en la norma publicada en 2018 (Tabla 1). En la verificación de 2017 y 2018 no se realizaron todos los ensayes establecidos en la norma de referencia, se tomó como el total de ensayes los reportados en este documento y no la totalidad de muestras ensayadas en los 5 años.

Tabla 1. Requisitos de calidad de los cementos asfálticos de acuerdo con su grado de desempeño.

Nomenclatura

Característica

Indicador

Especificación

Unidad

Asfalto original M·MMP·4·05·007/00

Punto de inflamación Cleveland

Seguridad

>230

°C

M·MMP·4·05·005/02

Viscosidad dinámica a 135 °C

Consistencia

<3

kPa

M·MMP·4·05·009/00

Punto de reblandecimiento

Cambio de fase

>48 (PG 64); >55 (PG 70, 76 y 82)

°C

M·MMP·4·05·022/02

Separación, diferencia anillo y esfera

Estabilidad modificación

<2

°C

M·MMP·4·05·024/02

Recuperación elástica por torsión a 25 °C

Respuesta elástica

>35

%

M·MMP·4·05·025/02

Módulo reológico de corte dinámico

Clasificación

>1.0

kPa

ASTM D2872

Envejecimiento a corto plazo en RTFO Pérdida por calentamiento

% de agentes volátiles

<1

%

ASTM D6084M-13

Recuperación elástica por ductilómetro

Respuesta elástica

>75

%

M·MMP·4·05·025/02

Módulo reológico de corte dinámico en residuo de película delgada

Clasificación

> 2.2

kPa

M·MMP·4·05·055/17

Deformación no recuperable (Jnr a 3.2 kPa en MSCR)

Deformación no recuperable

<0.5 (E); <1.0 (V); <2.0 (H); <4.0 (S)

kPa¯¹

M·MMP·4·05·055/17

Respuesta elástica, RE a 3.2 kPa en MSCR

Respuesta elástica

>25 (S, H); >30 (V); >40 (E)

%

ASTM D2872

ASTM D6521

Envejecimiento a largo plazo en vasija PAV Módulo reológico de corte dinámico en residuo de PAV

Resistencia a fatiga

<5000

kPa

ASTM D6648

Rigidez de flexión

Clasificación

<300

MPa

ASTM D6648

Valor pendiente “m”

Clasificación

>0.300

M·MMP·4·05·025/02

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De las 3941 muestras de cementos asfálticos evaluadas de acuerdo con su grado de desempeño, 55 % no cumplen los requisitos de calidad establecidos en la norma SCT de referencia, mientras que el 45 % sí los cumplen. Los cementos asfálticos PG 82 son los que, en mayor medida, incumplen los requisitos de calidad, seguidos de los PG 70 y PG 76, mientras que el 62.3 % de los PG 64 alcanzan la calidad solicitada, como se puede observar en la Figura 2.

Figura 2. Muestras que cumplen / no cumplen los requisitos de calidad.

La pendiente “m” es una propiedad obtenida a través del ensaye de la viga a flexión BBR del asfalto envejecido en RTFO y PAV, también es la propiedad que más incumplen los cementos asfálticos, con 22 %; seguido del DSM del asfalto en estado original, con 11 %; y por la pérdida de masa por calentamiento (PMC), con el 10 %. Los cementos asfálticos que requieren modificación para alcanzar el grado de desempeño deseado son los PG 70, PG 76 y PG 82, y las propiedades que más incumplen son la recuperación elástica en ductilómetro (RED), con 44 %; respuesta elástica a 3.2 kPa de la prueba MSCR, con 28 %; y la recuperación elástica por torsión (RET), con 16 %, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Porcentaje de muestras que no cumplen con los diferentes ensayes.

Es importante conocer qué propiedades se cumplen para cada grado de desempeño, y por esto se realizó un análisis de las diferentes propiedades para cada una de las cuatro clasificaciones de asfalto ensayado. En la Figura 4 se aprecia que el porcentaje de cumplimiento varía de acuerdo con el grado de desempeño del asfalto. En el caso de los cementos asfálticos PG 64, la propiedad que más incumple es la pendiente “m”, con 8

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21.8 %; seguido de la PMC, con 17.4 %; y el punto de reblandecimiento, con 16 %.

Figura 4. Porcentaje de muestras que no cumplen en los diferentes ensayes por grado de desempeño.

En lo que se refiere a los PG 70, las propiedades que más incumplen son la RED, con 60.4 %; la RE en MSCR, con 32.3 %; y la RET, con 25.1 %. En los cementos asfálticos PG 76, la propiedad que más se incumple es la RED, con 32.9 %; seguida de la RE en MSCR, con 25.4 %; y la pendiente “m”, con 19.8 %. Los PG 82 presentan la RED como la propiedad con mayor incumplimiento, con 50 %; seguido de la pendiente “m” y el DSM después de RTFO, con 30 % cada una.

En la Figura 5 se observa que el punto de reblandecimiento incrementa conforme aumenta el grado de desempeño, e igualmente, los cementos asfálticos modificados presentan valores superiores a los 48 °C, sin embargo, existe un porcentaje considerable que no cumple con el requisito de calidad para este tipo de cementos asfálticos con 55 °C como mínimo.

Figura 5. Frecuencia de resultados en el ensaye de punto de reblandecimiento.

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En la Figura 6 se registra que la recuperación elástica por torsión se cumple en la mayoría de los cementos asfálticos; sin embargo, hay algunos que presentan un valor de entre 5 y 15 %, indicador de que no presentan una modificación adecuada.

Figura 6. Frecuencia de resultados en el ensaye de RET.

En la Figura 7 se aprecia que la tendencia de los cementos asfálticos ensayados indica que mientras más alto es el desempeño, menor es su valor de módulo reológico de corte dinámico en el asfalto después de RTFO. En la Figura 8 se observa que la recuperación elástica en ductilómetro de los cementos asfálticos PG 70 es inferior que la de los PG 76 y PG 82.

Figura 7. Frecuencia de resultados en el ensaye de DSM envejecidos en RTFO.

Figura 8. Frecuencia de resultados en el ensaye de RED. 10

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En la Figura 9 se muestra que los cementos asfálticos PG 82 presentan valores de respuesta elástica a 3.2 kPa de MSCR, por debajo de 10 %.

En la Figura 10 se aprecia que la mayoría, independientemente de su grado de desempeño, presentan valores en la pendiente “m” entre 0.271 y 0.330. Ya que los cementos asfálticos fueron solicitados con grado de desempeño a temperatura baja como PG-22, se evaluó en la totalidad a una temperatura de -12 °C, y se encontró que el 22.7 % no cumplen con la pendiente “m”, por lo que se considera que están mal clasificados.

Figura 9. Frecuencia de resultados de RE en el ensaye de MSCR.

Figura 10. Frecuencia de resultados de la pendiente “m” del ensaye en el BBR.

En la Figura 11 se observa que los cementos asfálticos PG 64 son los que menos incumplen en su calidad, ya que son menos pruebas las que se les realizan, además de que sus propiedades no se modifican. Los PG 82 son los que presentan mayor cantidad de parámetros en incumplimiento, seguidos de los PG 76 y PG 70.

Figura 11. Porcentaje de parámetros de las muestras ensayadas con incumplimiento.

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A través de los años se registra una disminución de muestras que incumplen con su desempeño, como se ve en la Figura 12. A partir del año 2020 y 2021, los cementos asfálticos PG 64, PG 70 y PG 76 han disminuido sus deficiencias, no obstante, es necesario continuar este proceso de verificación periódicamente con la intención de que se cumplan los requisitos de calidad establecidos en los proyectos de obra. Los PG 82 son los que menos se emplean en las obras de infraestructura carretera a cargo de la SCT, sin embargo, de acuerdo con el estudio realizado a lo largo de los 5 años que lleva el programa, son los que más deficiencias presentan.

Figura 12. Porcentaje de muestras que incumplen por grado de desempeño por año.

CORRELACIÓN DE LOS MÓDULOS REOLÓGICOS DE CORTE DINÁMICO DEL ASFALTO ORIGINAL Y DEL ASFALTO DESPUÉS DE RTFO El 11 % de las muestras incumplen con el DSM del asfalto original y el 7 %, con el DSM del asfalto después de RTFO. En estas últimas, la disminución de la proporción de deficiencias respecto a las del asfalto original se debe a un incremento en su rigidez. Puesto que el 10 % de los cementos asfálticos incumplen con la pérdida de masa por calentamiento, se buscó la relación existente entre los módulos DSM [16], graficando los resultados del DSM del asfalto en estado original obtenidos de las muestras en el eje de las ordenadas, mientras que, en el eje de las abscisas, se colocaron los resultados del DSM del asfalto envejecido a corto plazo en el horno RTFO, como se muestra en la Figura 13. En esta misma gráfica se colocaron los límites establecidos en la Normativa de la SCT, donde el límite inferior es 1.0 kPa para DSM del asfalto original, mientras que el límite inferior de 2.2 kPa corresponde al asfalto después de RTFO. Al graficar estos límites se obtienen 4 cuadrantes.

Figura 13. Correlación de los DSMs. 12

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En el cuadrante I, las muestras cumplen con ambos requisitos de calidad; en el II, cumplen con el requisito para asfalto original, pero no con el requisito para asfalto después de RTFO; en el III, no cumplen con ninguno de los dos requisitos de calidad; y en el cuadrante IV, no cumplen con el requisito para asfalto original, pero sí con el requisito para asfalto después de RTFO. Cada cuadrante presenta amplia información al respecto. Lo ideal es que los valores se encuentren en el cuadrante I, cercanos a la línea correspondiente a la relación 2, 2 a 1,0, y lo más cercano a ambos límites establecidos. No todos los cementos asfálticos dentro del cuadrante I pueden considerarse de una óptima rigidez, y mientras más se alejen los valores de los límites establecidos, indican que, a la temperatura de ensayo, el asfalto presenta mayor rigidez.

En el cuadrante I se sitúa el 85.5 % de los resultados de las muestras; en el II, el 3.6 %; en el cuadrante III, el 3.1 %; y en el IV, el 7.8 %. Las muestras de cemento asfáltico cuyos valores se concentraron dentro del cuadrante I más próximos a ambos límites son los que mejor desempeño tuvieron a la temperatura de prueba; los que se alejan del límite 2.2 kPa y se encuentran por debajo de la relación 2.2/1.0 presentan una alta relación entre los módulos, lo que puede indicar que las muestras tuvieron gran pérdida de agentes volátiles, y eso ocasiona un incremento en su rigidez. Los que están sobre la línea de la relación 2.2/1.0 presentan una baja diferencia en rigidez, lo que posibilita que las muestras hayan tenido una baja pérdida de agentes volátiles.

Ya que existen muestras en el cuadrante I con valores que presentan una alta relación 2.2/1.0, se considera que son cementos asfálticos mal clasificados, es decir, tienen un grado de desempeño superior al de prueba. Por el contrario, aquellas muestras que se encuentran en el cuadrante III, igualmente están mal clasificadas, ya que son cementos asfálticos con grado de desempeño inferior al de prueba.

Las muestras que se encuentran en el cuadrante II presentan una baja relación entre los módulos, por lo que existe la posibilidad de que los cementos asfálticos presenten una baja pérdida de agentes volátiles, a diferencia de las muestras en el cuadrante IV, que presentan una alta relación entre los módulos, y existe la posibilidad de hayan tenido una alta pérdida de agentes volátiles.

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RELACIÓN DE LOS DSM DEL ASFALTO ORIGINAL Y DESPUÉS DE RTFO COMPARADA CON LA PÉRDIDA MASA POR CALENTAMIENTO En la Figura 13 se presentó el comportamiento de la relación entre los DSM de las muestras, y también se observó una variación entre los módulos. Se estableció que estas variaciones pueden ser posibles por la relación entre los módulos y la pérdida de agentes volátiles en las muestras en el horno RTFO. Por lo anterior, se realizó una gráfica que ilustra la relación de los DSM del asfalto original y después de RTFO, dividiendo el DSM RTFO entre el DSM Original, obteniendo la relación de módulos 2.2/1.0 de cada muestra de cemento asfáltico. En el eje de las ordenadas, del lado izquierdo, se grafica la relación 2.2/1.0, en el eje de las abscisas, las muestras ensayadas con un orden en la relación de módulos de menor a mayor, y en el eje de las ordenadas, del lado derecho, se muestra el valor de pérdida por calentamiento para cada una de las muestras, como se muestra en la Figura 14.

Al no cumplir con el valor máximo de 1.0 % en la pérdida de masa por calentamiento, la tendencia de la relación de los módulos incrementa y sobrepasa la relación 2.2/1 varias veces.

Por lo anterior, al presentar una pérdida de masa por calentamiento superior al máximo permitido, el asfalto aumenta su rigidez y puede afectar su desempeño a largo plazo.

Figura 14. Comparativa de valores de pérdida de masa por calentamiento y relación de DSMs.

PÉRDIDA POR CALENTAMIENTO POR CUADRANTE Al obtener la correlación de los valores de DSM de cemento asfáltico original y después de RTFO, junto con los cuadrantes en la Figura 13, y al identificar en la Figura 14 que al incrementar la pérdida de masa por calentamiento, también lo hace la relación 2.2/1.0 de los módulos DSM, es necesario identificar este mismo factor en cada uno de los cuadrantes de la Figura 13.

En la Figura 15, en el cuadrante I, se observa que el 95 % de las muestras de cemento asfáltico presenta una pérdida de masa por calentamiento menor o igual a 1.0 %, mientras que el 100 % de las muestras en el cuadrante II presentan menos de 1 % de pérdida de masa; las que se encuentran en el cuadrante III tienden a presentar un comportamiento parecido a aquellas que están en el cuadrante I, sin embargo, el 22 % presentan pérdida por calentamiento de 1.0 a 3.0 %; mientras que la mayoría de las situadas en el cuadrante IV presenta una pérdida de masa por calentamiento superior al 1.0 %. Estos datos comprueban lo analizado en las 14

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gráficas anteriores: las muestras de cementos asfálticos ubicados en el cuadrante IV se consideran mal clasificadas y presentan una pérdida considerable de agentes volátiles, lo cual incrementa su relación de rigidez en gran medida.

Se obtuvo el porcentaje de las muestras del cuadrante IV entre el total de muestras de cada rango de valores de pérdida por calentamiento, que puede verse en la Figura 1. Mientras más pérdida de masa presenten, mayor es la posibilidad de ubicarse dentro de este cuadrante.

Figura 15. Relación de la pérdida de masa y el porcentaje de cada cuadrante.

Figura 16. Relación de muestras en cuadrante IV vs. pérdida por calentamiento.

RELACIÓN DE PUNTO DE INFLAMACIÓN Y PÉRDIDA POR CALENTAMIENTO Puesto que existe un vínculo entre el contenido de agentes volátiles y la rigidez que gana el asfalto una vez envejecido, se correlacionó el punto de inflamación obtenido con la copa Cleveland y la pérdida de masa por calentamiento de las muestras analizadas, como se muestra en la Figura 17, y aunque el punto de inflamación es un parámetro de seguridad, va directamente relacionado con la pérdida de agentes volátiles.

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15

El 68 % de los cementos asfálticos presentan un punto de inflamación superior a los 275 °C; 97 % de estos presentan menos del 1.0 % de pérdida de masa por calentamiento, por lo que, además de ser un parámetro de seguridad, puede llegar a ser una referencia del comportamiento que se puede presentar ante la pérdida de volátiles y rigidización del material.

Figura 17. Punto de inflamación y pérdida de masa por calentamiento.

CONCLUSIONES Más del 50 % de los cementos asfálticos evaluados no cumplen con los requisitos de calidad de la Normativa SCT. La calidad de los cementos asfálticos que se aplican en obras de la infraestructura carretera a cargo de la SCT ha mejorado con la aplicación de este Programa de Verificación de la Calidad de los Cementos Asfálticos mediante el monitoreo constante de las propiedades de los mismos con equipo e instalaciones de laboratorio actualizados a las necesidades de las pruebas y personal capacitado.

Los cementos asfálticos PG 64 han presentado mejor comportamiento en sus propiedades de acuerdo con lo establecido en la Normativa SCT. Los cementos asfálticos modificados presentan incumplimiento en sus propiedades elásticas, y se estima que puede ser debido principalmente a problemas en el proceso de modificación.

Los cementos asfálticos PG 82 han presentado mayor deficiencia en su calidad debido a problemas en el proceso de modificación.

El parámetro que más se incumple es el de la pendiente “m”. Ya que todos se evaluaron como PG-22, se consideró la conveniencia de solicitar este grado de desempeño solo para obras que lo requieran, y el PG-16 en las demás.

Existe una relación directa entre los valores de DSM del asfalto original con los de DSM después de su envejecimiento a corto plazo con la cantidad de agentes volátiles que presente la muestra de cemento asfáltico.

16

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Hay una relación directa entre la pérdida de masa por calentamiento y el punto de inflamación Cleveland, por lo que este parámetro puede ser una referencia en obra en poco tiempo para estimar el posible comportamiento del asfalto ante dicha pérdida.

Mientras más pérdida de masa presenten los cementos asfálticos, mayor será la diferencia de la rigidez presentada antes y después de ser envejecido en el horno rotatorio de película delgada.

Controlar la calidad de los cementos asfálticos empleados en una obra garantiza el desempeño requerido en el proyecto; si éstos poseen una relación de rigidez, antes y después del RTFO superior a la requisitada, presentarán envejecimiento prematuro y disminución de su desempeño a largo plazo respecto de lo solicitado.

Es una necesidad latente continuar evaluando puntualmente los parámetros de calidad de los cementos asfálticos en lo referente a sus gradientes de desempeño, tanto para las temperaturas bajas como para las altas.

REFERENCIAS [1]

Dirección General de Servicios Técnicos (2014). Guía de Procedimientos y Técnicas para la Conservación de la Carreteras en México, Tomo 1. México: Secretaría de Comunicaciones y Transportes.

[2]

Secretaría de Comunicaciones y Transportes (2006). N·CMT·4·05·001, Calidad de Materiales Asfálticos. México: Normativa para la Infraestructura del Transporte.

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[4]

Secretaría de Comunicaciones y Transportes (2000). M·MMP·4·05·007, Punto de Inflamación Cleveland en Cementos Asfálticos. México: Normativa para la Infraestructura del Transporte.

[5]

Secretaría de Comunicaciones y Transportes (2002). M·MMP·4·05·002, Viscosidad Dinámica de Cementos y Residuos Asfálticos. México: Normativa para la Infraestructura del Transporte.

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American Society for Testing and Materials (2019). D2872, Standard Test Method for Effect of Heat and Air on a Moving Film of 0. + Testing and Materials (2019). D6521, Standard Practice for Accelerated Aging of Asphalt Binder Using a Pressurized Aging Vessel (PAV). USA: ASTM International.

[9]

American Society for Testing and Materials (2016). D6648-08, Standard Test Method for Determining the Flexural Creep Stiffness of Asphalt Binder Using the Bending Beam Rheometer (BBR). USA: ASTM International.

[10] Secretaría de Comunicaciones y Transportes (2018). N·CMT·4·05·004, Calidad de Cementos Asfálticos según su Grado de Desempeño. México: Normativa para la Infraestructura del Transporte.

[11] Secretaría de Comunicaciones y Transportes (2000). M·MMP·4·05·009, Punto de Reblandecimiento en Cementos Asfálticos.

México: Normativa para la Infraestructura del Transporte.

[12] Secretaría de Comunicaciones y Transportes (2002). M·MMP·4·05·022, Separación en Cementos Asfálticos Modificados.

México: Normativa para la Infraestructura del Transporte.

[13] Secretaría de Comunicaciones y Transportes (2002). M·MMP·4·05·024, Recuperación Elástica por Torsión en Cementos Asfálticos Modificados. México: Normativa para la Infraestructura del Transporte.

[14] American Society for Testing and Materials (2013). D6084M, Standard Test Method for Elastic Recovery of Bituminous Materials by Ductilometer. USA: ASTM International.

[15] Secretaría de Comunicaciones y Transportes (2017). M·MMP·4·05·055, Prueba de Esfuerzo-Deformación-Recuperación Multiple (MSCR). México: Normativa para la Infraestructura del Transporte.

[16] Francisco Ramos. et. al. (2019). Importancia de la calidad de los asfaltos, en el control de sus propiedades fisicoquímicas.

México: XXCILA.

ASFÁLTICA 70

17

DISTRIBUIDOR EXCLUSIVO PARA MÉXICO, CENTROAMÉRICA Y EL CARIBE

VANGUARDIA TECNOLÓGICA.

SERVICIO TÉCNICO DE ALTO NIVEL.

4PB AUTÓNOMO SERVO-NEUMÁTICO, FATIGA (NIVEL IV) PRENSA TSR (NIVEL I), MARSHALL, SCB, CBR, TRIAXIAL

PRENSA SERVO-HIDRÁULICA 30 KN, MÓDULO DINÁMICO (NIVEL III) HORNO DE PELÍCULA DELGADA, RTFO (ASTM D2872)

OLLA DE DESGASIFICACIÓN, VDO (ASTM D6521)

OLLA DE PRESIÓN, PAV (ASTM D6521)

COMPACTADOR GIRATORIO, (NIVEL I)

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NUESTRAS MARCAS

18

ABRIL-JUNIO 2022

Certificadas en ISO 9001 Estricta conformidad Protocolo AMAAC, Normas AASHTO y ASTM

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USO DE PLÁSTICO RECICLADO POSTCONSUMO (PCR) EN LA CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS Israel Sandoval Navarro

LASFALTO, Zapopan, México, israel@lasfalto.com.mx

Claudia Hernández | Iván Trillo Minutti

DOW Química Mexicana, México, chernandez@dow.com, itrillominutti@dow.com

Jesús Martín del Campo Limón

Constructora VISE, León, México, jmartin@vise.com.mx COMITÉ DE MATERIALES RECICLADOS Rey Omar Adame Hernández Pedro Limón Covarrubias Eymard Ávila Vázquez Guillermo Alfredo Flores C. Sergio Nicolás Rodríguez N. Rodolfo Villalobos Dávila

INTRODUCCIÓN Desechos plásticos [1]

César Martín López Vázquez

El planeta enfrenta la mayor crisis climática y de pérdida de biodi-

Leonardo Ambrosio Ochoa A.

versidad que haya presenciado la humanidad. La acelerada pér-

Luis Enrique Ramírez Soto Sergio Serment Moreno

dida de especies es un síntoma inequívoco de la degradación

Jossue Torres Sotelo

de los hábitats y conlleva un daño a los servicios ecosistémicos

Carlos Humberto Fonseca R.

fundamentales para nuestra supervivencia como especie, como

Alfonso Díaz Pichardo

son el acceso a alimentos o agua limpia, entre otros. Hacer algo está en nuestras manos, pero poco se logrará sin realizar cambios sistémicos y de fondo a un modelo de consumo que se basa en la extracción de materias primas, la manufactura de productos y el consumo excesivo que demanda recursos que sobrepasan la capacidad del planeta.

Los plásticos son un elemento característico de este modelo de sobreconsumo: numerosos empaques, envases y embalajes están diseñados para ser desechables o para tener uno o pocos usos, además muchos de ellos no son reciclados si no que terminan en el medio ambiente y pueden permanecer en la naturaleza entre cientos y miles de años, lo cual es un gran problema. En virtud de ello, hoy en día, se reconoce que los desechos plásticos son una grave amenaza a escala global.

La producción de plásticos mundial alcanzó 380 millones de toneladas durante 2015 y se pronostica que en 2050 esta cifra se cuatriplique. Más de 90 % del plástico se produce con resina ASFÁLTICA 70

19

virgen, es decir a partir de la transformación

trece mil toneladas de residuos, es decir,

directa de los derivados del petróleo, lo que

1.4 kilogramos por persona, cifra que desde

representa más de 6 % del consumo mun-

2014 aumenta a razón de 45 toneladas dia-

dial del hidrocarburo y para 2050 se estima

rias según el Inventario de Residuos Sólidos

que ese índice llegue a 20 %. Esto significa

de la Ciudad de México. De ellos, entre 12 y

que en tres décadas más, los plásticos van

15 % son residuos plásticos.

a representar 15 % del presupuesto de emi-

La justificación de tal generación de resi-

siones de carbono necesario para mantener

duos plásticos recae en la promesa de que

por debajo de 2 °C el aumento global de

serán reciclados y por consiguiente incre-

temperatura. Sin embargo, la comunidad

mentarán la oferta de empleos dirigidos a

científica, a través del Panel Interguberna-

la recuperación de residuos potencialmente

mental de Cambio Climático (IPCC, por sus

valorizables. Pero la realidad es otra: los

siglas en inglés), ha sido enfática al señalar

porcentajes de reciclaje son bajos y del total

que el aumento de la temperatura global

de residuos valorizables solo se recupera

no debe exceder de 1.5 °C y con esa meta

y recicla una pequeña fracción de los resi-

es imperativo reducir a la mitad las emisio-

duos generados (6.1 %). Cabe destacar que

nes de gases de efecto invernadero para

la mayoría de los empleos relacionados con

2030. Por tanto, disminuir la producción de

esta actividad (67.3 %) es de tipo informal,

plásticos constituye una oportunidad única

de mala calidad y se realiza en condicio-

para alcanzar las metas de disminución de

nes precarias.

emisiones desde su origen, el uso de com-

El panorama mexicano no difiere del

bustibles fósiles. Aunque China encabeza

mundial, donde apenas 9 % de los plás-

la producción de plástico mundial, Amé-

ticos producidos entre 1950-2015 fueron

rica del Norte (México, Estados Unidos y

reciclados. De hecho, se calcula que 95 %

Canadá) sigue al país asiático con 18 % de

del valor del material destinado a empa-

la producción.

ques y embalajes de primer uso, y tras cua-

De acuerdo con la Asociación Nacional

tro décadas de haberse introducido en los

de la Industria del Plástico (ANIPAC), en

envases plásticos la conocida etiqueta de

México se producen más de 7 millones de

reciclaje (Figura 1), solo el 14 % de éstos

toneladas de este material al año, 48 %

han sido efectivamente recolectados para

de ellas destinadas a envases, empaques y

su posterior valorización.

embalajes. A muchos de estos productos se les denomina plásticos de un solo uso (SUP, por sus siglas en inglés) y dan forma a bolsas, popotes o vajilla desechable, botellas de agua y refrescos, empaques de snacks, así como contenedores de aceites, lavavajillas, detergentes, champú y otros variados artículos de aseo. Solamente en la Ciudad de México se producen cada día más de 20

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 1. Ícono de reciclaje.

Economía Circular [2, 3] La Economía Circular es un modelo de producción y consumo que busca cambiar el modelo lineal de fabricar, usar y tirar, por uno que imite los ciclos biológicos en la naturaleza (Figura 2). Sustituye el concepto de “caducidad” por el de “restauración”, se desplaza hacia el uso de energías renovables, reemplazando el uso de químicos tóxicos que perjudican la reutilización, y el retorno a la biosfera, y busca en su lugar, la eliminación de residuos mediante un diseño optimizado de materiales, productos y sistemas y, dentro de estos modelos de negocio.

Figura 2. Modelo de la Economía Circular en la industria del plástico.

El objetivo de la Economía Circular es conseguir que los productos, componentes y materiales mantengan su utilidad y valor en todo momento. Busca desvincular la actividad económica del consumo de recursos finitos.

Se basa en tres principios: 1) Regenerar los sistemas naturales, 2) mantener los productos y materiales en uso y 3) diseñar los residuos y contaminación del sistema. Se determina a partir de las siguientes características: 1) Los residuos no existen y se eliminan en el diseño. 2) La energía necesaria para impulsar la economía circular debe ser de carácter renovable, para reducir la dependencia de los recursos. 3) El pensamiento en cascadas ofrece la oportunidad de extraer un valor adicional a los productos y materiales mediante su paso en cascada por otras aplicaciones.

Nueva economía de los plásticos [4] Los plásticos son una parte integral de la economía global y brindan muchos beneficios, sin embargo, las cadenas de valor comúnmente lineales implican inconvenientes significativos.

ASFÁLTICA 70

21

La Nueva Economía de los Plásticos (NEP) es una iniciativa para generar un sistema de plásticos que funcione. Incorpora los principios de la economía circular y reúne a las partes interesadas para rediseñar el futuro de los plásticos, comenzando desde el empaque.

Sus objetivos son: crear un modelo económico donde los plásticos se reincorporen como material valioso en lugar de desecharse; unir compañías líderes para completar proyectos de colaboración; proporcionar un objetivo común para innovar y permitir la creación de mercados efectivos; movilizar innovaciones para una nueva economía.

PROYECTO Participantes Este proyecto se realizó en colaboración con tres empresas con los siguientes perfiles: Dow, empresa productora de polímeros, quien aportó el plástico reciclado; Constructora VISE quien gestionó la autorización del tramo de prueba y llevó a cabo la fabricación del asfalto modificado, producción de mezcla y construcción, y Lasfalto quien desarrolló la formulación del asfalto modificado para cumplir con el desempeño esperado, el diseño de la mezcla asfáltica, el desarrollo de pruebas de desempeño y el control de calidad durante la producción de asfalto modificado, producción de la mezcla y tendido de la carpeta asfáltica. Además, se contó con la aprobación y supervisión de la SCT. Materiales La incorporación de materiales reciclados puede afectar el desempeño del asfalto y/o de la mezcla asfáltica, por lo que al emplear este tipo de materiales es necesario pensar en cómo mantener o —de preferencia— mejorar el desempeño del producto que contiene en su fórmula un material reciclado. Por ejemplo, cuando se emplea RAP en una mezcla asfáltica es recomendable —y muchas veces necesario— el empleo de un aditivo rejuvenecedor para mejorar el estado del asfalto contenido en el RAP y que no se vean afectadas las propiedades de la mezcla por la inclusión del material reciclado.

En el caso de este proyecto se empleó un plástico reciclado postconsumo PCR (Figura 3), en forma de pellets, este tipo de productos pueden aumentar el módulo de los asfaltos, bajar su penetración y hacerlos menos susceptibles a la temperatura, 22

ABRIL-JUNIO 2022

pero a temperaturas relativamente altas puede afectar el comportamiento reológico del asfalto haciéndolo más propenso a la deformación. Por esta razón fue necesario emplear un modificador que ayudara a mejorar las propiedades reológicas del asfalto y que en el conjunto permitiera la mejora del asfalto modificado resultante.

Se empleó un polímero tipo RET (Figura 4) y el respectivo catalizador, que apoyaron a mejorar el desempeño del asfalto modificado. El asfalto base fue PG64-16, de la refinería de Salamanca.

Figura 3. Plástico reciclado postconsumo PCR.

Formulación del asfalto Se probaron distintas formulaciones para determinar el asfalto a usar. De igual forma, se buscó que el asfalto resultante tuviera un desempeño mejor que el establecido para el proyecto general —para el cual estaba establecido un PG 64-16—. Es importante señalar que la incursión de materiales reciclados en el asfalto no debe regirse necesariamente por la normativa actualmente establecida, sino que debe basarse principalmente en su desempeño, tanto del asfalto como (primordialmente) de la mezcla asfáltica. En la Tabla 1 se presentan los resultados obtenidos con la formulación de

Figura 4. Polímero tipo RET.

asfalto modificado con PCR y polímero RET con la que se decidió trabajar en el proyecto.

Para este asfalto se determinaron las temperaturas de mezclado y compactación mediante el método de Viscosidad a Corte Cero [5]. Estas temperaturas se emplearon tanto para los trabajos de diseño como para las producciones y construcción en campo, y se obtuvo buenos resultados. En la Figura 5 y en la Tabla 2, se presentan los valores determinados.

ASFÁLTICA 70

23

Tabla 1. Caracterización del asfalto modificado.

Análisis al asfalto original Tipo de prueba

Resultado

Método de prueba

Punto de inflamación Cleveland (°C)

>300

ASTM D 92

Viscosidad rotacional a 135 °C SC4-27 12 rpm (cP)

1573

ASTM D 4402

Módulo reológico de corte dinámico a 76 °C [G*/senδ] (kPa)

1470

ASTM D 7175

Ángulo de fase (δ) a 76 °C (°)

74.84

ASTM D 7175

Análisis del residuo de la prueba de la película delgada

RTFO

ASTM D 2872

Resultado

Método de prueba

Pérdida de masa por calentamiento a 163 °C, (%)

0.36

ASTM D 2872

Módulo reológico de corte dinámico a 76 °C [G*/senδ] (kPa)

4735

ASTM D 7175

Ángulo de fase (δ) a 76 °C (°)

65.25

ASTM D 7175

PAV

ASTM D 6521

Resultado

Método de prueba

Módulo reológico de corte dinámico a 31 °C [G*senδ] (kPa)

2055

ASTM D 7175

Rigidez en creep a -6 °C, 60s S(t), (MPa)

65.72

ASTM D 6648

Valor m(t) A -6 °C, 60s S(t), (adimensional)

0.321

ASTM D 6648

Respuesta elástica 100 Pa A 76 ºC, (%)

49.35

AASHTO T-350

Respuesta elástica 3200 Pa A 76 ºC, (%)

30.75

AASHTO T-350

Diferencia en respuesta elástica a 76 ºC, (%)

37.68

AASHTO T-350

Creep compilance Jnr100 A 76 ºC, (kPa-1)

0.7235

AASHTO T-350

Creep compilance Jnr3200 A 76 ºC, (kPa-1)

0.9836

AASHTO T-350

35.95

AASHTO T-350

Tipo de prueba

Análisis del residuo de la prueba de envejecimiento a presión Tipo de prueba

Determinación de índice de tráfico Jnr (RTFO)

Diferencia creep compliance Jnr A 76 ºC, (%)

Figura 5. Temperaturas de mezclado y compactación mediante la Viscosidad a Corte Cero, VCC. 24

ABRIL-JUNIO 2022

Tabla 2. Temperaturas de mezclado y compactación mediante la Viscosidad a Corte Cero, VCC. Temperatura de mezclado

Temperatura de compactación

169 - 165 °C

160 - 156 °C

Los agregados pétreos son procedentes del estado de Guanajuato.

Por cuestiones de espacio no se reportan las granulometrías de cada fracción ni las características de los agregados, estos cumplen con las especificaciones establecidas en el proyecto y en el método de diseño.

DISEÑO La mezcla asfáltica se diseñó bajo el método Marshall, la combinación de las fracciones de agregados para lograr la distribución granulométrica de diseño se presenta en la Tabla 3.

Tabla 3. Combinación granulométrica.

Material

Proporción

Material grueso de 1/2”

22 %

Material sello de 3/8”

29 %

Material arena

49 %

En la Tabla 4 y Figura 6 se muestran los límites granulométricos y la granulometría de diseño.

Tabla 4. Granulometría de diseño.

Malla

Granulometría % que pasa

Límites granulométricos

1”

100

100

¾”

100

100

½”

93.6

90 - 100

3/8”

82.0

76 - 90

1/4”

66.0

56 - 69

N° 4

52.0

45 - 59

N° 10

29.6

25 - 35

N° 20

18.8

15 -22

N° 40

12.7

11 -16

N° 60

9.8

8 -13

N° 100

8.3

5 - 10

N° 200

6.4

2-6

ASFÁLTICA 70

25

Figura 6. Límites granulométricos.

En la Tabla 5 se muestra el contenido de asfalto óptimo de 6.2 % respecto al agregado y 5.8 % respecto a la mezcla, y las propiedades volumétricas.

Tabla 5. Contenido de asfalto óptimo y propiedades volumétricas.

Contenido de asfalto r/ agregado (%)

Contenido de asfalto r/mezcla (%)

Densidad máxima teórica (gr/cm3)

Densidad mezcla compactada (gr/cm3)

Vacíos (%)

VAM (%)

VFA (%)

Proporción de polvo (%)

Estabilidad (kg)

Flujo (mm)

6.0

5.6

2.456

2.322

5.4

17.18

68.2

1.23

1502

2.9

6.2

5.8

2.449

2.333

4.7

16.94

72.0

1.19

1459

3.2

6.5

6.1

2.440

2.338

4.2

16.99

75.4

1.13

1395

3.4

N/A

N/A

3-5

14 mín.

-

0.6 - 1.2

816 mín.

2-3.5

Especificación habitual

La mezcla asfáltica de diseño se evaluó mediante pruebas de desempeño obteniendo los resultados que se muestran en la Tabla 6.

Tabla 6. Resultados de la mezcla asfáltica.

Propiedad

TSR (%)

Rueda de Hamburgo 50 °C, (mm)

Módulo resiliente 1Hz, 20 °C, 150 ciclos (MPa)

Método

AASHTO T-283

RA 01/2011

ASTM D 4123

Resultado

100

3.69

5332

Espec.

80

10 máx.

N/A

Fatiga 400 ms

Fatiga 500 ms

Fatiga 600 ms

AASHTO T-321 830 833

563 034

76 829

N/A

PROCESO CONSTRUCTIVO La producción de la mezcla asfáltica se llevó a cabo al día siguiente de la producción del asfalto modificado en la planta de la constructora (Figura 7). El proceso de mezclado se realizó a 170 °C. 26

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 7. Planta de producción de mezcla en caliente.

La pavimentación se realizó en la carretera Salamanca-Valle de Santiago con las siguientes características (Tabla 7).

Tabla 7. Características del tramo.

Fecha y hora: Carretera:

1 de agosto de 2019, 12:00 a 21:45 Salamanca-Valle de Santiago

Cadenamiento de inicio:

101 + 080

Cadenamiento de término:

103 + 241

Longitud:

2161 m

Espesor tendido:

6 cm

Espesor compactado:

5 cm

Liga:

Emulsión asfáltica

Durante el tendido y compactación de la mezcla se verificaron y registraron temperaturas de trabajo, las temperaturas de tendido y compactación se mantuvieron alrededor de los 162 y 155 °C, respectivamente. Se utilizó un patrón de compactación con dos a cuatro pasadas de compactador metálico y de seis a siete pasadas del compactador neumático. Este proceso se describe en la Figuras 8 y 9. La Figura 10 muestra la mezcla compactada.

Figura 8. Tendido de la mezcla asfáltica y toma de temperaturas.

ASFÁLTICA 70

27

Figura 9. Compactación con rodillo metálico y neumático.

Figura 10. Superficie de la carpeta asfáltica compactada.

En la Tabla 8 se presentan los resultados obtenidos en testigos y mezcla muestreados en campo.

Tabla 8. Resultados de los testigos y mezcla asfáltica muestreados en campo.

Propiedad

TSR (%)

Rueda de Hamburgo 50 °C, (mm)

Módulo resiliente 1Hz, 20 °C, 150 ciclos (MPa)

Método

AASHTO T-283

RA 01/2011

ASTM D 4123

Resultado

96.6

4.85

2864

Espec.

80

10 máx.

N/A

Fatiga 400 ms

Fatiga 500 ms

Fatiga 600 ms

AASHTO T-321 582 766

334 330

20 384

N/A

De acuerdo con la tabla anterior se puede observar que, aunque hay diferencias en comparación con lo obtenido en el diseño, los resultados son muy buenos y demuestran que tanto el proceso de modificación de asfalto como el de tendido y compactación de la mezcla fueron adecuados y se obtuvo un buen desempeño.

ESTADO ACTUAL Y CONCLUSIONES Como se comentó anteriormente este tramo carretero donde se empleó plástico reciclado postconsumo PCR, se construyó en agosto de 2019, en las Figuras 11 a 16 se muestra el 28

ABRIL-JUNIO 2022

estado actual de la superficie, estas fotografías fueron tomadas el 26 de agosto de 2021.

Como se puede observar a dos años de su construcción la carpeta asfáltica presenta muy buen aspecto no se encontraron deformaciones, agrietamientos o ninguna otra patología.

En la Figura 17 se muestran algunos de los participantes en este proyecto. Cabe mencionar que este proyecto fue galardonado por la ILAN (Israel-Latin America Network) en 2020, con el premio “Shimon Peres” a la innovación tecnológica con alto impacto social.

Con la experiencia obtenida se puede concluir hasta el momento que es viable el empleo de plástico reciclado en la construcción de algunos tramos carreteros, pero es muy importante tomar en cuenta que se debe priorizar el desempeño de la mezcla, este no se debe demeritar por el uso de reciclados, también es importante reforzar el cuidado del método constructivo para que el tendido sea lo más parecido posible al diseño. Lo más importante es no perder de vista que el pavimento no es un basurero.

Figura 11. Parte inicial del tendido.

Figura 12. Tipo de vehículos que transitan.

Figura 13. Parte media del tendido.

Figura 14. Parte media del tendido.

Figura 15. Tipo de vehículos que circulan.

Figura 16. Aspecto de la superficie.

ASFÁLTICA 70

29

Figura 17. Algunos participantes del proyecto.

REFERENCIAS [1]

Rivera-Garibay Omar Oslet, Álvarez-Filip Lorenzo, Rivas

[4]

nueva-economia-de-los-plasticos/.

y Estrada-Saldivar Nuria (2020). Impacto de la contaminación por plástico en áreas naturales protegidas [2] [3]

Nueva Economía de los Plásticos, (Asociación Nacional de Industrias del Plástico A.C.), https://anipac.org.mx/

Miguel, Garelli-Ríos Ornela, Pérez-Cervantes Esmeralda [5]

Sandoval-Navarro Israel, Ruiz-Zárate Edgar, Ramírez-

mexicanas. Greenpeace México.

Muñoz Ignacio, Villa-Huerta Enrique, Cremades-Ibáñez

Economía Circular, ANIPAC (Asociación Nacional de Indus-

Ignacio (2017). Determinación de las temperaturas de

trias del Plástico A.C.), https://anipac.org.mx/que-es/.

mezclado y compactación mediante la Viscosidad a

Economía Circular, Fundación Ellen Macarthur, https://

Corte Cero. CILA 2017.

archive.ellenmacarthurfoundation.org/es/economíacircular/concepto.

EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA COMO UN CRITERIO ADICIONAL DE ACEPTACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS Aldo Zayd Salazar Rivera

Asociación Mexicana del Asfalto, Querétaro, México, asalazar@amaac.org.mx

Horacio Delgado Alamilla

Instituto Mexicano del Transporte, Querétaro, México, hdelgado@imt.mx

COMITÉ CONTROL DE CALIDAD Y SUPERVISIÓN Horacio Delgado Jaime Eduardo Ángeles Francisco Ramos Carlos Alberto Jiménez García Freddy Sánchez José Jorge López Urtusuástegui Carlos Orlando Gaona Rauda

INTRODUCCIÓN El ensayo de susceptibilidad al daño por humedad y tensión indirecta es uno de los más analizados para el control de calidad en las obras y para el diseño de mezclas asfálticas. En México uno de los grandes problemas en los pavimentos es la presencia de agua, por lo cual se han implementado técnicas a lo largo de los años para mitigar esta problemática desde el control en los procesos constructivos hasta la incorporación de aditivos de adherencia. Sin embargo, en algunos casos no se han tenido los resultados esperados. El ensayo de TSR tiene un criterio de aceptación o rechazo para una mezcla asfáltica en la normativa actual en México, pero debemos recordar que el TSR es únicamente una relación de resistencias obtenidas del propio ensayo y no se toman en cuenta los valores de los esfuerzos debido a que no existen criterios de aceptación o rechazo en la normativa. Se han monitoreado mezclas asfálticas que cumplen con la relación a la tensión indirecta, pero presentan pérdida de cohesión por acción del agua. Por lo cual es importante definir un valor de aceptación de granulometría densa.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS Para la evaluación experimental se consideraron tres granulometrías densas con dos tipos de agregados pétreos de distintas zonas geográficas. La Tabla 1 presenta el tipo de material pétreo que se utilizó para la elaboración de las mezclas asfálticas.

ASFÁLTICA 70

31

Tabla 1. Características de los materiales.

Mezcla asfáltica 1

Mezcla asfáltica 2

Mezcla asfáltica 3

Grava

Caliza Agregados Caliza Bernal, Qro.

Basalto Banco La Cañada Querétaro

Basalto Banco La Cañada Querétaro

Sello

Caliza Agregados Caliza Bernal, Qro.

-

-

Arena

Caliza Agregados Caliza Bernal, Qro.

Basalto Banco La Cañada Querétaro

Basalto Banco La Cañada Querétaro

Con los materiales utilizados en la Tabla 1 se construyó una estructura granular para cada tipo de mezcla asfáltica. Para determinar el contenido de asfalto de cada una de las granulometrías evaluadas se compactaron especímenes cilíndricos a 100 giros en el compactador giratorio con una dimensión de 150 mm de diámetro y 115 ± 5 mm de altura con un porcentaje de vacíos de aire de 4.0 %. La Tabla 2 presenta las características de cada una de las mezclas asfálticas analizadas.

Tabla 2. Características de las mezclas asfálticas.

TN

Mezcla asfáltica 1

Mezcla asfáltica 2

Mezcla asfáltica 3

12.5 mm

12.5 mm

19.05 mm

Abertura malla (mm)

% Que pasa

25.00

100.0

100.0

100.0

19.00

96.1

100.0

100.0

12.50

76.8

94.0

85.7

9.50

65.2

80.6

65.3

4.75

41.7

51.6

37.5

2.36

28.1

37.1

26.3

1.18

18.4

23.7

18.6

0.60

13.2

15.8

13.8

0.30

9.2

9.9

10.4

0.15

6.6

7.9

8.2

0.075

4.7

6.7

6.0

Gmb

2.374

2.450

2.399

Gmm

2.479

2.554

2.527

% CA

4.6

5.5

5.6

DISTRIBUCIÓN DE LOS LABORATORIOS En el programa de reconocimiento AMAAC-IMT se modifica el banco de materiales para los ensayos de referencia (agregado pétreo y mezclas asfálticas) con una frecuencia aproximada 32

ABRIL-JUNIO 2022

de dos años, esto con la finalidad de que los laboratorios que vayan a renovar su certificación no evalúen las mismas muestras que ya habían trabajado en su inscripción anterior. Respecto a las tres mezclas asfálticas analizadas se tienen los siguientes datos. Para la mezcla asfáltica 1 que comprende de septiembre 2019 – julio 2021 se obtuvieron un total de 34 valores de los laboratorios inscritos de los siguientes estados: Baja California Norte, Sonora, Sinaloa, Coahuila, Nuevo León, Aguascalientes, Zacatecas, Jalisco, Michoacán, Guanajuato, Querétaro, CDMX y Puebla. Respecto a la mezcla asfáltica 2, que comprende de julio 2017 – julio 2019 se obtuvieron un total de 30 valores de los laboratorios inscritos de los siguientes estados: Baja California Norte, Sonora, Sinaloa, Coahuila, Nuevo León, Aguascalientes, Zacatecas, Jalisco, Guanajuato, San Luis Potosí, Querétaro, CDMX, Estado de México, Puebla y Veracruz. Para la mezcla asfáltica que comprende de marzo de 2016 – mayo 2017 se obtuvieron un total de 24 datos de los laboratorios inscritos de los siguientes estados: Baja California Norte, Sonora, Sinaloa, Nuevo León, Aguascalientes, Durango, Jalisco, Guanajuato, Querétaro, CDMX, Estado de México, Puebla y Veracruz. La Figura 1 presenta los estados de los laboratorios participantes por tipo de mezcla.

Figura 1. Ubicación de laboratorios evaluados por estado con la mezcla asfáltica 1 (izquierda), mezcla asfáltica 2 (centro), mezcla asfáltica 3 (derecha).

Respecto a la Figura 1 se puede observar que los estados del Sureste (Tabasco, Campeche, Quintana Roo y Yucatán), Suroeste (Guerrero, Oaxaca y Chiapas), Chihuahua, Nayarit, Morelos, Nayarit, Tlaxcala e Hidalgo no cuentan con laboratorios inscritos o certificados en el programa de laboratorios AMAAC-IMT. ANÁLISIS DE RESULTADOS Primeramente se analizó la variación de los resultados de TSR de las tres mezclas asfálticas, las cuales fueron comparadas con los criterios de aceptación del ensayo. Los resultados obtenidos se presentan en la Figura 2. En esta se puede observar que los resultados en general cumplen la especificación y solo tres de los ochenta y seis presentan un incumplimiento. De estos valores que incumplen se observa que dos de ellos tienen valores de TSR superiores al 100 %, aunque estos valores están dentro de la dispersión establecida (líneas punteadas), se considera como criterio superior de aceptación un valor de 100 % (línea roja).

En la Figura 3 se analiza en forma individual dos de las mezclas asfálticas, considerando la dispersión en función de un valor de referencia. Se observa que, en general, los resultados están por debajo del valor de referencia. En lo que se refiere al coeficiente de variación estos se ASFÁLTICA 70

33

encuentran por debajo del 20 %, siendo sola-

En principio se evaluó la mezcla asfáltica

mente el resultado del laboratorio 12 el que

2, dado que fue la mezcla que tiene menos

tiene una dispersión superior a este valor, lo

dispersión en los resultados de TSR. La

cual coincide con el incumplimiento del TSR

Figura 4 presenta los resultados de la eva-

observado en la Figura 2.

luación de la resistencia a la tensión indirecta (RTI) y la dispersión de los resultados con respecto a un valor de referencia bajo las dos condiciones de ensayo (Acondicionada y No Acondicionada).

De estos resultados podemos observar que las tendencias de los valores de RTI son similares en ambas condiciones lo cual puede descartar errores en la elaboración de los especímenes de ensayo y se considera

Figura 2. Análisis de resultados de TSR de las diferentes mezclas evaluadas.

que la diferencia es asociada al proceso de acondicionamiento. Sin embargo, los valores de dispersión son mayores que los observa-

Bajo este análisis, parece que este pará-

dos para el parámetro TSR, siendo que el

metro es suficiente para evaluar los resulta-

coeficiente de variación llega a valores cerca-

dos obtenidos de este ensayo. Sin embargo,

nos al 100 % para algunos puntos.

se ha detectado que en algunas ocasiones

En esta figura las líneas rojas represen-

se cumple con el valor de TSR y se presen-

tan las tolerancias definidas en la Norma

tan problemas de desprendimientos asocia-

ASTM D4867, las cuales están solamente

dos a la pérdida de cohesión de la mezcla

especificadas para criterios de repetibilidad

asfáltica. Por lo cual, es necesario realizar

y diferencia entre dos valores (±159 kPa),

un análisis más detallado de todos los pará-

debido a que los valores del estudio están

metros evaluados en el ensayo (valores de

en condición de reproducibilidad estos lími-

resistencia a la tensión indirecta).

tes solo fueron utilizados como referencia y

Figura 3. Análisis del coeficiente de variación de resultados de TSR. Mezcla asfáltica 1 (izquierda), Mezcla asfáltica 2 (derecha).

34

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 4. Análisis de la resistencia a la tensión indirecta de la mezcla asfáltica 1. Acondicionadas (izquierda), No Acondicionadas (derecha).

un punto de partida de análisis. Con estos límites aproximadamente el 30 % de los valores están fuera de las especificaciones, aunque la mayoría de estos valores deberían cumplir, existen algunos puntos que se ven muy alejados del valor de referencia, sin embargo, al no haber valores especificados de coeficiente de variación en condición de repetibilidad estos puntos no pueden ser descartados durante la evaluación.

La Figura 5 y Figura 6 presentan los resultados de la evaluación de la resistencia a la tensión indirecta (RTI) y la dispersión de los resultados con respecto a un valor de referencia bajo las dos condiciones de ensayo (Acondicionada y No Acondicionada) para la mezcla asfáltica 2 y mezcla asfáltica 3.

Figura 5. Análisis de la resistencia a la tensión indirecta de la mezcla asfáltica 2. Acondicionadas (izquierda), No Acondicionadas (derecha).

CRITERIO DE REPRODUCIBILIDAD EN LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN INDIRECTA Como observamos en el punto anterior, no existe un valor de reproducibilidad definido para los ensayos de resistencia a la tensión indirecta, lo cual no permite establecer si el resultado se puede considerar como aceptable con respecto a un valor de referencia. Para establecer estos criterios es necesario realizar un estudio de repetibilidad y reproducibilidad (r&R).

ASFÁLTICA 70

35

Figura 6. Análisis de la resistencia a la tensión indirecta de la mezcla asfáltica 3. Acondicionadas (izquierda), No Acondicionadas (derecha).

Como se comentó al inicio, los resultados presentados en el análisis forman parte de las evaluaciones realizadas en el programa de reconocimiento AMAAC-IMT en el periodo de julio 2017 – julio 2021. Estas evaluaciones no fueron diseñadas para ser un estudio r&R. No obstante, al considerar tres diferentes tipos de mezclas asfálticas, las cuales fueron evaluadas por laboratorios ubicados en diferentes regiones, la dispersión encontrada es representativa de los laboratorios del país y puede servir como un valor de referencia para el análisis de la evaluación de la resistencia a la tensión indirecta.

En las Figuras 4, 5 y 6 se pudo observar que algunos resultados de RTI estaban muy alejados del valor de referencia (puntos en rojo). Para establecer de forma sencilla si estos valores pueden ser considerados como puntos atípicos y excluirlos del análisis de dispersión, se realizó un diagrama de caja y se evaluó los percentiles. Finalmente se elaboró el cálculo de los datos atípicos extremos, el cual se presenta en la Figura 7. Con este análisis se confirma que los puntos marcados en rojo deben ser considerados como puntos atípicos y por lo tanto excluidos del análisis de dispersión.

El procedimiento que se utilizó para calcular el criterio de dispersión con respecto a un valor de referencia fue la determinación de la desviación estándar (eliminando los puntos raros),

Figura 7. Diagrama de caja de los resultados de RTI de las tres mezclas evaluadas.

36

ABRIL-JUNIO 2022

la cual es denominada 1s. Para evaluar el resultado con respecto a un valor de referencia se debe determinar el valor de 2s o d2s como indica la norma ASTM C670, el cual se calcula de la siguiente manera: (1)

2𝜎𝜎𝜎𝜎 = 1.96 ∗ √2 ∗ (1𝜎𝜎𝜎𝜎)

Con este valor de 2s se establece un rango aceptable entre dos resultados de ensayo, lo cual permite evaluar el resultado con respecto a un valor de referencia. Se observa que los valores de 2s varían con el tipo de mezcla, lo cual es un indicador que la dispersión está asociada al valor promedio. Para el análisis lo recomendable es utilizar como parámetro el coeficiente de variación (CV = s /m), siendo el valor promedio de d2s % para los resultados de RTI de 40.5 %.

Tabla 3. Valores de dispersión de ensayos de RTI y TSR.

Parámetro

Mezcla 1

Mezcla 2

Mezcla 3

A

NA

TSR

A

NA

TSR

A

NA

TSR

1s (kPa)

147.8

177.2

5.0

116.2

156.6

6.8

79.2

82.8

6.4

d2s (kPa)

409.7

491.1

13.7

322.1

434.2

18.8

219.5

739.0

17.8

CV (%),

15.0

16.4

5.6

15.8

18.3

7.9

11.6

10.5

7.4

d2s % (%)

41.7

45.5

15.4

43.8

50.7

21.9

32.2

29.0

20.5

A=Acondicionadas, NA=No Acondicionadas, TSR=Valor de susceptibilidad a la humedad

La Figura 8 presenta los resultados de los ensayos de RTI de las tres mezclas evaluadas.

Estos límites logran identificar los puntos atípicos, además de dos valores de RTI fuera de especificación. Con esta evaluación, el rango de dispersión propuesto (d2s % = 40.5 %) parece adecuado y pertinente de ser incorporado en la evaluación de la susceptibilidad de la humedad de la mezcla asfáltica.

En lo que respecta al valor promedio d2s % del ensayo de TSR se obtuvo un valor de 19.3 %, el cual concuerda con el valor propuesto en la norma ASTM D4867 que es de 23 %, dado que este valor es obtenido con una muestra de datos más robusta. Esta confirmación es muy importante, ya que les otorga una validez a las dispersiones obtenidas para la RTI. Esta determinación tiene dos aplicaciones directas, la primera es en el “programa de reconocimiento AMAAC-IMT”, en donde se podrá incorporar un nuevo criterio para la evaluación de los laboratorios participantes en la categoría de mezclas asfálticas Nivel I y II. La segunda es para el control de calidad ya que se pueden establecer límites de variación de los resultados de RTI de los núcleos obtenidos de campo tomando como valor de referencia los resultados del diseño de la mezcla asfáltica.

ASFÁLTICA 70

37

Figura 8. Evaluación de la dispersión de resultados de RTI con el valor de d2s % calculado.

CONCLUSIONES La investigación presentó el análisis de resultados del ensayo de susceptibilidad a la humedad de la mezcla asfáltica mediante el ensayo de tensión indirecta obtenidos del programa de reconocimiento AMAAC-IMT de 2016 a 2021. De estos resultados se pudo observar que la evaluación de este ensayo considera dos parámetros: la resistencia a la tensión indirecta (RTI) y la relación de resistencias o como es comúnmente conocido susceptibilidad a la humedad.

La evaluación de los laboratorios en este ensayo solo considera el valor de susceptibilidad a la humedad, ya que no existen parámetros de dispersión para el valor de RTI en condición de reproducibilidad. Sin embargo, se ha observado que este parámetro es insuficiente para discriminar el comportamiento de la mezcla asfáltica. Afectando los procesos de evaluación de los laboratorios en el programa de reconocimiento, al igual que en los procesos de control de calidad de los pavimentos asfálticos.

38

ABRIL-JUNIO 2022

Se propone un valor estimado de reproducibilidad para la medición de la resistencia a la tensión indirecta —tanto en condición saturada como no saturada (d2s % de 40.5 %)— el cual parece ser un valor congruente y logra discriminar los puntos dispersos de las mediciones. No obstante, se requiere realizar un estudio r y R de este parámetro para confirmar el valor de dispersión propuesto.

REFERENCIAS [1]

AMAAC PA-MA-022 (2016). Control y aseguramiento de calidad para mezclas asfálticas en caliente de granulometría densa de alto desempeño. Ciudad de México: Asociación Mexicana del Asfalto, A.C.

[2]

AMAAC PA-MA-013 (2013). Diseño de mezclas asfálticas de granulometría densa de alto desempeño. Ciudad de México: Asociación Mexicana del Asfalto, A.C. ISBN: 978-607-8134-19-9.

[3]

Ayala, Y., Delgado, H., Guzmán, D. & Salazar, A. (2018). Manual de ensayos para laboratorio: Mezclas asfálticas en caliente (MAC), parte I. Publicación técnica núm. 516.

San Fandila, Qro. pp 41-48.

ASFÁLTICA 70

39

BUENAS PRÁCTICAS EN EL PROCESAMIENTO DEL MATERIAL RAP PARA SU REUTILIZACIÓN EN PLANTA Ricardo Galvis

Ammann Group, Langenthal, Suiza, ricardo.galvis@ammann.com

Alejandro Jiménez

Grupo Surfax, Guadalajara, México, alexjimenezc@prodigy.net.mx

Alejandro Padilla

CCI, Ciudad Victoria, México, aprdz2002@yahoo.com.mx COMITÉ CONSTRUCCIÓN Y MAQUINARIA Ricardo Galvis Jesús Bretado Alejandro Alfonso Jiménez C. Alejandro Padilla

INTRODUCCIÓN El mundo se encuentra en una etapa de transición de las operaciones dominadas por el factor económico a las dominadas por el valor ecológico de los bienes producidos y consumidos. La consciencia de la humanidad refleja este aspecto en la reducción del consumo de energía para disminuir considerablemente las emisiones contaminantes.

El reto de los ingenieros viales en la actualidad radica en la obligación y responsabilidad de desarrollar nuevas técnicas o implantar las ya exitosas que permitan la utilización más racional de los recursos naturales disponibles. La legislación, el mercado de suministro y demanda, la divulgación y el conocimiento de las técnicas, la inversión en equipos y tecnología son obstáculos que, con la organización de todos los miembros del sector y un sentido de responsabilidad con nuestro desarrollo sostenible, pueden convertirse en estímulos mediante el aprendizaje de experiencias exitosas de otros continentes más avanzados en el mejor manejo de los recursos.

El pavimento asfáltico reciclado, mejor conocido por sus siglas en inglés RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), es un material con altos contenidos de recursos naturales dispuestos en nuestras carreteras para su mejor reutilización. Dichos recursos son escasos, por lo que la reutilización y reciclaje de pavimentos es ineludible si se desea alcanzar el desarrollo sostenible de nuestras ASFÁLTICA 70

41

naciones, lo que implica un mejor manejo y

se puede optar por tratamientos que se ade-

almacenamiento de este material para con-

cúen a estos objetivos [1].

seguir mayores tasas de reutilización.

Como se muestra en la Figura 1, una tonelada de mezcla asfáltica genera 50 kg

LA NECESIDAD DE RECICLAR O REUTILIZAR PARA EL DESARROLLO SOSTENIBLE

de C02, en donde los agregados y el ligante incorporan el 42 % de las emisiones. Reciclar

La construcción, rehabilitación y manteni-

o reutilizar pavimentos asfálticos recicla-

miento de vías asfaltadas y engranzonadas

dos (RAP) generaría una reducción inme-

precisa ciertas actividades para la obten-

diata en su proporción de hasta un 42 % de

ción, procesamiento, transporte y manufac-

estas emisiones, y de al menos 5000 MJ

tura de grandes cantidades de materiales de

de energía por tonelada producida.

construcción. Estas actividades requieren y

Cuando seleccionamos un sitio de prés-

utilizan cantidades sustanciales de energía

tamo o cantera, estamos obligados a consi-

que, a su vez, generan gases de efecto inver-

derar los costos ecológicos:

nadero (GEI).

• Producidos por la tala de árboles.

Hay numerosas diferencias de consumo

• La alteración de los ecosistemas

de energía en diferentes construcciones,

inmediatos a las zonas de excavación

rehabilitaciones y técnicas de preserva-

y/o voladura.

ción, que proporcionan, asimismo, distintas

• Las emisiones producidas por el movi-

extensiones de vida útil a los pavimentos.

miento de equipo y maquinaria pesada.

Para cada tratamiento de preservación,

Haciendo una introspección de nuestros

se puede comparar la vida útil de un pavi-

trabajos en el continente americano, es

mento, así como la energía y emisiones

indiscutible que generamos anualmente

de GEI para determinar el nivel del uso de

costos ecológicos que podríamos reducir al

energía anual y de estas emisiones. Para

aumentar el nivel de consciencia. Esto no

minimizar el uso de energía y las emisiones

implica que no se hayan hecho esfuerzos

de GEI sobre la vida útil de los pavimentos,

en algunos países, existe una generación

Figura 1. Emisiones en la producción de mezcla asfáltica [2].

42

ABRIL-JUNIO 2022

de información técnica y transferencia de tecnología importante de por lo menos más de 30 años, pero en la práctica seguimos observando el mal uso de estos materiales, que, si queremos medir económicamente, contribuyen en la disminución de metas físicas de las obras, principalmente por los altos costos del transporte de materiales granulares. Al observar nuestros resultados, es evidente que, si la meta es conseguir un desarrollo sostenible, nos hemos extraviado en el camino; recordemos la definición que de ese concepto hace la Dra. Gro Harlem

Figura 2. Objetivos de sostenibilidad para pavimentos asfálticos.

Brutland, su máxima exponente: “El desa-

siempre en preservar, recuperar y reutilizar

rrollo sostenible es el desarrollo que cumple

los materiales existentes. Nuestro único

con las necesidades de la generación pre-

hogar es este planeta, y tiene la capacidad de

sente sin comprometer las necesidades de

regenerarse en el tiempo, pero ese tiempo,

nuestra generación futura”.

comparado con el nuestro, tiende al infinito:

Como se muestra en la Figura 2, si que-

las civilizaciones surgen y desaparecen, pero

remos cumplir con la sostenibilidad en los

el planeta siempre está allí. El reciclaje y la

pavimentos asfálticos, debemos cumplir

reutilización de pavimentos es el grano de

con los objetivos de conservación de recur-

arena que la ingeniería civil ha aportado para

sos y reducción del consumo energético, así

el desarrollo sostenible, y debe ser indispen-

como de las emisiones de GEI. Sin embargo,

sable en nuestros proyectos [4].

estos objetivos no se sustentan por sí solos y deben correlacionarse para conseguir

CONCEPTOS SOBRE LA REUTILIZACIÓN Y

la sostenibilidad.

RECICLAJE Y SU APLICACIÓN ACTUAL

El reciclaje de materiales, el uso de com-

El reciclaje y la reutilización son importantes

bustibles limpios y la preservación del aire

para preservar los recursos naturales y ase-

permiten la conservación de los recursos

gurar que existirán productos adecuados en

naturales, la disminución del consumo de

las futuras generaciones. Esta descripción

energía y de emisiones de carbono [3]. En

encaja perfectamente con el concepto de

tal sentido, para lograr la sostenibilidad de

desarrollo sostenible antes citado.

un proyecto es necesario considerar el reci-

La industria europea del asfalto tiene una

claje, el uso de combustibles ecológicos,

consciencia ambiental, se responsabiliza por

para así preservar el aire, lo cual se conso-

la vida útil de los productos que se desarro-

lida mediante la disminución de emisiones

lla, y en tal sentido, la Asociación Europea de

y de evitar la deforestación.

Pavimentos Asfálticos (EAPA), realiza todos

Estos factores ambientales y de sostenibilidad del planeta nos obligan a pensar

los esfuerzos necesarios para optimizar la reutilización y reciclaje del asfalto.

ASFÁLTICA 70

43

La EAPA ha clasificado y definido el uso del reciclaje y la reutilización como: •

zación de esta técnica, que está en franco crecimiento debido a su confiabilidad.

el RAP en nuevas mezclas asfálticas, en

En Estados Unidos, que sería el referente

donde el asfalto envejecido y los agregados

en el continente americano, el 90 % de las

realizan las mismas funciones que en su

carreteras son de asfalto, y la producción

aplicación original.

anual de mezclas en caliente es práctica-

Reciclar: significa utilizar el RAP

mente la misma que en Europa, con una

como subrasante, relleno o base, con un

operación instalada de más de 1100 plantas

agregado y asfalto envejecido que realiza

en 48 estados, que estarían en condicio-

una menor prestación comparado con su

nes de reciclar. El porcentaje promedio de

aplicación original.

RAP reportado disponible es el 36 %, pero

•

44

Reutilización: significa adicionar

Alemania los principales países en la utili-

Según estadísticas de la Asociación Euro-

desde hace unos cinco años se han visto los

pea de Pavimentos Asfálticos, el 90 % de las

esfuerzos en utilizar hasta un 99 % del RAP

vías pavimentadas del mundo están cons-

que se puede generar al año.

truidas con este tipo de pavimento, que se

Cabe notar la particularidad de que aque-

produce utilizando recursos naturales como

llos estados que generan menos RAP (Geor-

los agregados y el ligante asfáltico.

gia, Ohio, Tennessee, Washington, Maine) lo

En Europa, el 94 % de las carreteras son

reutilizan en mayor medida en la producción

asfálticas y la producción anual de mez-

de mezclas asfálticas, y en cambio, algunos

clas en caliente ronda los 300 millones de

de los que más generan son los que menos

toneladas con una operación instalada de

lo reutilizan (por ejemplo, Florida, con 30 %

más de 4000 plantas fijas que estarían en

del total reportado como generación y ape-

condiciones de reciclar. Entre los países que

nas 22 % de reúso en las nuevas mezclas) [5].

destacan en la reutilización por la mayor

En la comunidad de pavimentos de Esta-

cantidad de pavimento asfáltico recuperado

dos Unidos aún se percibe negativamente

(RAP) están Hungría, Luxemburgo, Austria,

el uso de materiales de pavimento asfáltico

Alemania, Holanda y Dinamarca. El total de

reutilizados en nuevas mezclas, y prefie-

RAP disponible es alrededor de 56 millones

ren reciclarlos. Esfuerzos realizados por la

de toneladas, asegurándose más del 85 %

NCAT han llegado a las mismas conclusio-

de reúso del mismo.

nes de sus homólogos europeos al determi-

Las principales tendencias europeas son

nar que las mezclas con contenido de RAP

el fresado selectivo y el delicado procesa-

de moderado a alto no son un producto de

miento del RAP, desde el almacenamiento

inferior calidad.

debajo de coberturas o techos para reducir

Las mezclas recicladas se han diseñado y

su humedad hasta la separación del RAP en

producido con éxito durante muchos años.

tamaños y contenidos de bitumen para un

La prueba está en el rendimiento: un estu-

mejor reúso. El objetivo o tendencia es el

dio reciente que compara el rendimiento de

uso de plantas que pueden procesar hasta

mezclas recicladas versus mezclas vírgenes

el 100 % del RAP producido, siendo Suiza y

basadas en el rendimiento del pavimento a

ABRIL-JUNIO 2022

largo plazo (LTPP), con datos de 18 estados

ciente para la prueba y evitar introducir

de EE. UU. y provincias canadienses, mues-

nuevo material.

tra que las mezclas que contienen al menos

Otros aspectos importantes por conside-

30 % de RAP son iguales a las mezclas con

rar en el RAP almacenado son el contenido

materiales vírgenes [6].

de agua y la temperatura presente en el

Bajo la premisa de que la calidad de las

material. El primero influirá directamente en

mezclas es igual, se infiere que el RAP debe

la cantidad de energía necesaria en la planta

ser clasificado como un agregado, y debe

en el proceso de secado, lo que se reflejará

ser procesado y almacenado para lograr la

en el consumo de combustible empleado

mejor eficiencia y uso del mismo.

durante la fabricación de la mezcla.

Por otro lado, una alta temperatura en el

PRODUCCIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

RAP, tal que provoque el reblandecimiento

CON RAP

de la película asfáltica del material, provocará

Para la elaboración de la mezcla asfál-

que, durante la producción de mezcla, parte

tica con RAP, la planta de producción de

del reciclado se adhiera a los mecanismos

mezcla en caliente debe contar con el

de la maquinaria, lo que implicará mayor

número suficiente de tolvas para trabajar

costo de mantenimiento y fluctuaciones en la

cada agregado virgen por separado, así

consistencia de la mezcla elaborada.

como cada fracción de RAP. La cantidad de

Algunas de las técnicas para minimizar

tolvas de RAP serán las necesarias para

estos efectos consisten en la fabricación de

realizar la correcta dosificación según lo

elementos que protejan el material de las

estipulado en el diseño de mezcla, y serán

condiciones ambientales (Figuras 3 y 4).

desplazadas mediante correas transpor-

Para reducir el efecto de humedad se cons-

tadoras a las áreas de secado, calenta-

truyen montículos en forma de cono, que se

miento y/o mezclado dependiendo del tipo

depositan en una zona pavimentada, libre de

de planta empleada.

contaminación y con desnivel que facilite el

La planta de asfalto puede ser una planta

escurrimiento de agua.

continua o discontinua de mezclado interno o externo, con sistemas que permitan aislar el área de mezclado de las zonas de secado y calentamiento. La incorporación del RAP se puede realizar en el secador, a través del anillo de reciclaje, o directo en mezcladores externos tipos doble barril o de doble eje tipo pugmill. La planta deberá tener la capacidad de uso de RAP para para cumplir con el porcentaje de recuperación requerido por el proyecto.

Se requiere mantener homogéneo el almacén de RAP, separar el material sufi-

Figura 3. Almacén del RAP con cubierta, pavimentado con desnivel [11].

ASFÁLTICA 70

45

Figura 4. Ejemplos de desnivel y de recolección del RAP para minimizar efecto de humedad [11].

ORIGEN DEL RAP Según su origen, el RAP se clasifica en: • Fresado • Demolición • Desecho Fresado El RAP se obtiene mediante el uso de perfiladoras y/o fresadoras. Este es el procedimiento de obtención que genera los mayores beneficios en una actividad de repavimentación, y se citan a continuación [6]: • Remover pavimentos deteriorados, tomando en cuenta que superficies contaminadas con materiales ajenos a la mezcla no serán aptos para reciclar, por lo que el espesor comprometido tendrá que ser removido (ver Figura 5).

• Mantiene los espesores en los puentes al evitar la superposición de capas y, por consiguiente, el aumento de la carga muerta del puente.

• Mantiene los niveles de bordillo y estructuras de drenaje.

• Restaura el perfil longitudinal y transversal de la vía.

• Crea una estructura rugosa que genera mejor fricción y adherencia con la superposición de las nuevas capas.

Es importante mencionar que la manera en que un tambor logra la energía necesaria para realizar su trabajo de fresado con la menor energía requerida es mediante el uso de las compuertas completamente cerradas, tal como se puede ver en la Figura 6, lo que genera, 48

ABRIL-JUNIO 2022

en mayor o menor medida, dependiendo de la dureza y fragilidad del agregado, que se produzca una degradación añadida sobre el RAP, debido a los impactos generados del agregado con las compuertas.

Además, para la futura clasificación del RAP, hay que tomar notas y tener en cuenta la temperatura del pavimento al momento de generar el fresado, así como la velocidad y profundidad del corte, y el desgaste de las puntas y bases. Estos factores influirán directamente sobre las características que tendrá el RAP.

Figura 5. Superficies contaminadas con materiales ajenos a la mezcla.

Figura 6. Reducción agregada en tambor de fresadora y/o perfiladora.

Demolición El RAP se obtiene en bloques mediante el uso de excavadora, retroexcavadora y/o tractor frontal. El proceso se limita normalmente a pequeñas áreas de pavimento, pero al tratarse de espesor total de la carpeta asfáltica, se genera un volumen mayor, es un proceso más lento comparado con el uso de fresadoras, pero no limita la realización de reciclaje en sitios donde las fresadoras son difíciles de adquirir por su costo o disponibilidad.

El gran reto de obtener el RAP en bloques es su proceso para reutilizar el material, para lo cual sólo utiliza disgregadores con el fin de mejorar su manejo. Es necesario, en este tipo de procesos, tener mucho cuidado con la contaminación, pues esto limitaría su uso de inmediato.

ASFÁLTICA 70

49

ser igual a la de una mezcla nueva, por lo que la palabra “desecho” debe eliminarse durante la operación para evitar las eventuales confusiones.

Cuando los escombros del pavimento están seriamente contaminados con las capas subyacentes y el suelo, es mejor que éste sea procesado y utilizado como mateFigura 7. Bloques de material RAP apilados en planta [2].

rial de base.

Es importante que los acopios se mantengan libres de contaminantes desde el principio, evitando suciedad, basura o vege-

Desecho

tación en las reservas de RAP.

El RAP se obtiene mayoritariamente en los

Todo el personal de la planta, en especial

procesos de arranque y apagado de plan-

el de control de calidad y el operador de la

tas de asfalto del tipo continuo, las cuales,

cargadora deben monitorear continuamente

durante su operación, generan residuos

los productos sin procesar y procesados para

durante la puesta en marcha, la transición

evitar que sean almacenados con materiales

entre mezclas y, al finalizar, durante la lim-

nocivos; en caso de encontrarlos, es impor-

pieza. El RAP obtenido del inicio y cierre de

tante limpiarlos antes que sean cubiertos

operación normalmente tiene contenidos

con otro RAP.

de asfalto muy bajos.

Otra forma de desecho es la mezcla

TÉCNICAS PARA EL PROCESAMIENTO

rechazada de un proyecto por tempera-

Y MANEJO DEL RAP

tura inadecuada, por el resultado de las

Los objetivos principales en el procesa-

inclemencias del tiempo o por mala logís-

miento del RAP son mantener la granu-

tica, que al final se traduce en una mezcla

lometría original, evitar finos adicionales

rechazada que no se pudo colocar. Aun-

y polvo, así como llevar cada uno de sus

que estas mezclas de residuos no han sido

materiales a su forma original sin dañar su

sometidas al envejecimiento ambiental

estructura. A continuación, revisaremos las

por años de servicio, deben ser mezcladas

diferentes técnicas para su procesamiento

y homogeneizadas.

y manejo, y comentaremos sus ventajas y comparativos.

Contaminación del RAP en el origen

50

Los acopios de RAP son el material más

Triturador de cono

valioso en el patio de la planta, por lo que

La trituradora de cono o molino de cono es

deben cuidarse y protegerse en extremo.

un equipo adecuado para triturar minerales

Cada conductor de camión debe estar cla-

o rocas semiduros y duros. Tiene la ventaja

ramente instruido sobre la carga y descarga

de ser de alta productividad, ajuste fácil y

del material, la limpieza de su camión debe

menos costoso en su operación.

ABRIL-JUNIO 2022

Tal como se muestra en la Figura 8, el equipo consta de dos conos. El trabajo lo efectúan el engranaje cónico pequeño y el grande, en conjunto con la rotación del

• El RAP triturado deja de tener la misma forma y textura.

• Generaría un mayor porcentaje de agujas y lajas en el RAP.

excéntrico al presionar el eje del cono, de

• Si se emplea el circuito cerrado no es

manera que el anillo de material compuesto

adecuado para la producción de mate-

a partir de un cono fijo y el cono dinámico

rial mezclado de menos de 30 mm.

producen la cavidad de trituración cons-

• Produce polvo.

tante bajo la presión, aplastado, doblado y partido. Después de repetidas veces

Trituradores de impacto

apretando, presionando y flexionando, el

La trituradora de impacto es una máquina

material es triturado al tamaño de partícula

que hace uso de la energía de impacto para

requerido y sale por la parte inferior de la

triturar el material. Por lo general, estas

descarga. El tipo de cámara de trituración

máquinas dan un mejor factor de forma

depende del tamaño de la alimentación

que el resto de tipos de trituradoras, su

y la finura del producto triturado, el tipo

gran desventaja es que trabaja con mate-

estándar se aplica a trituración media, el

riales abrasivos por el gran desgaste que

tipo mediano se aplica a trituración media

genera en la trituradora. Existen tres meto-

o fina y la de tipo cabeza pequeña se aplica

dologías: barras de choque, martillos y

a trituración fina [7, 8].

molino de martillo.

Triturador de impacto horizontal La trituradora de impacto horizontal o también conocida como barras de choque, básicamente consta de una carcasa más o menos cúbica, cámara de trituración, cru-

Figura 8. Triturador de cono [7].

zada por un eje que se apoya mediante rodamientos en dos de sus caras laterales

Ventajas y desventajas del triturador de cono

opuestas. Abrazando el eje está el rotor,

Si el objetivo de este trabajo fuera la tri-

donde se alojan los elementos de percusión,

turación de agregados, el sistema tendría

que golpean y lanzan el material dentro de la

muchas ventajas, sin embargo, el enfo-

cámara de impacto contra las placas de cho-

que es directo a la trituración del RAP, y

que, situadas en la cara superior y frontal [8].

en ese sentido, la principal ventaja es que es un sistema comprobado de trituración de materiales.

Entre las desventajas podemos contar: • Son sistemas que necesitan permisos especiales de transporte y pesos operativos por encima de las 40 ton.

Figura 9. Triturador de impacto [8].

ASFÁLTICA 70

51

Triturador de impacto vertical La trituradora de impacto vertical, también conocida como de martillo, consta de un rotor y grupo de martillos que giran libremente sobre un eje incrustado en el rotor, como se puede ver en la Figura 10.

Este tipo de triturador permite un mayor número de impactos por unidad de tiempo sobre la piedra que el triturador de barras, ya que, al haber varios martillos en línea, cada uno puede golpear independientemente la misma piedra en la misma revolución. El esfuerzo de percusión se limita por la velocidad del rotor y la masa del martillo. Se caracteriza por una capacidad de reducción muy alta, entre 20 y 30 [8].

Figura 11. Molino de martillo [9].

dad dentro de la cámara de molienda del molino.

• El material se tritura o se rompe por una combinación de impactos repetidos de martillo, colisiones con las paredes de la cámara de molienda y partículas sobre impactos de partículas.

• Las rejillas metálicas perforadas o las Figura 10. Triturador de impacto vertical [8].

rejillas de la barra que cubren la abertura de descarga del molino retienen el

Molino de martillo

material grueso para seguir moliendo,

Los molinos de martillos funcionan bajo el

mientras permiten que los materiales

principio del impacto, donde los materiales

del tamaño adecuado pasen como pro-

se aplastarán, romperán o pulverizarán. Tal

ducto final.

como puede verse en la Figura 11, el proceso sería el siguiente [9]: • El material se alimenta a la cámara del molino a través del conducto de alimentación, generalmente por gravedad.

52

En la operación de este tipo de triturador hay que considerar los siguientes criterios en caso de querer producir los siguientes materiales: • Materiales finos: para la producción de

• El material es golpeado por martillos

este tipo de material se debe aumen-

agrupados (generalmente piezas rec-

tar la velocidad del rotor, tener mayor

tangulares de acero endurecido) que

cantidad de martillos largos y una

se unen a un eje que gira a alta veloci-

malla fina.

ABRIL-JUNIO 2022

• Materiales gruesos: para la producción de este tipo de material se debe disminuir la velocidad del rotor, tener menor cantidad de martillos y una malla gruesa.

Ventajas y desventajas del triturador de impacto La principal ventaja es que mantiene la cubicidad de los materiales y es un sistema comprobado. Entre estos sistemas de trituración por impacto, el más beneficioso por sus características para el RAP es el molino de martillo; sin embargo, es importante separar los finos con un cribado previo al ingreso del material a cualquier sistema de impacto.

Entre las desventajas podemos contar: • Son sistemas que necesitan permisos especiales de transporte y pesos operativos por encima de las 40 ton.

• El RAP triturado deja de tener la misma granulometría.

• Generaría mayor producción de finos en el RAP. • Al ser el RAP un material abrasivo, genera altos costos operativos.

• Las barras de ejes horizontal y vertical tienen una alta capacidad de reducción, por lo que para el uso del RAP se perdería su gradación original.

• El circuito cerrado no es adecuado para la producción de material mezclado de menos de 30 mm.

• Produce polvo.

Disgregadores El disgregador consta de dos tambores que rotan a una velocidad muy baja, por lo que no generan impacto, y tienen la capacidad de mantener el mismo tamaño de salida.

Los disgregadores nacen con la finalidad de reducir al máximo su intervención en la modificación de la granulometría del material RAP durante el procesamiento. Si observamos la Figura 12, donde se comparan los resultados entre un disgregador y un molino de impacto, el impactor termina generando mayores cantidades de fino y no mantiene la granulometría original.

Figura 12. Gráfico comparativo de resultados en procesamiento del RAP (molino de impacto-disgregador) [10].

ASFÁLTICA 70

53

Si observamos la Figura 13, donde se comparan los resultados entre un disgregador y un triturador de cono, podemos resumir que el cono genera menos finos que el disgregador, pero modifica su granulometría de tamaños de 8-16 mm por 1-8 mm. Es importante señalar que para poder lograr salidas de 0-16 mm, es necesario configurar el cono para que la entrada de materiales no exceda los 70 mm.

Figura 13. Gráfico comparativo de resultados en procesamiento del RAP (cono-disgregador) [10].

Con el disgregador es posible procesar RAP que pueda venir con alguna instrucción o contaminante metálico. En caso de producirse alguna obstrucción, cuenta con sistemas para rotar los tambores en sentido contrario. Al emplear bloques de RAP, los mismos para evitar el efecto de flotación, son tomados por unos empujadores que ayudan al proceso de disgregación, como se observa en la Figura 14.

Figura 14. Procesamiento del RAP en disgregadores [10].

A continuación, en la Figura 15, se presentan dos ejemplos haciendo uso de disgregadores, en donde fue comparada la curva con las especificaciones de mezcla. En ambas se observa que el producto final mantiene la gradación de la mezcla que es bastante aproximada a la especificación.

54

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 15. Ejemplos de curva granulométrica lograda con el uso de disgregadores [10].

PROCEDIMIENTO RECOMENDADO PARA EL PROCESAMIENTO DEL RAP Los objetivos principales de procesamiento y disgregación del RAP son: • Separar o disgregar aglomeraciones grandes de partículas a un tamaño menor que permita secar, calentar e incorporarlas a los materiales vírgenes de la nueva mezcla.

• Mantener la granulometría original del material fresado recibido en planta.

• Evitar la generación de finos adicionales y polvo en el proceso de preparación.

• Mantener la forma original de los materiales.

• Crear un almacén de material uniforme y homogéneo.

• Evitar la adición de humedad por efecto del medio ambiente.

• Evitar la contaminación con material ajeno al RAP. Procedimiento recomendado: 1. Previo a los trabajos de fresado, hacer una inspección visual del área a fresar, marcando y desechando las partes que estén contaminadas con diésel, aceites, materia orgánica, metales incrustados y zonas muy heterogéneas con bacheos excesivos.

ASFÁLTICA 70

55

2. Recolectar el material reciclado evitando la segregación y contaminación con el material de la base y adyacente. Se recomienda tratar el RAP como un material de alto valor económico, y el personal involucrado debe estar consciente, para evitar que se contamine con otro material de la construcción o con otra de capa del pavimento y, si esto llegara a suceder, se deberá separar el RAP y analizar su factibilidad de uso.

3. Muestrear y evaluar diferentes zonas del almacén para verificar si el tamaño nominal es el deseado.

4. Si el tamaño nominal es mayor al requerido en la nueva mezcla, entonces: a. Se debe separar el RAP a través de la malla del tamaño máximo nominal y descartar el material de mayor tamaño. b. Disgregar el material hasta obtener un tamaño menor que satisfaga los requisitos de dimensión máxima.

La alternativa más apropiada consiste en emplear el RAP sólo mediante un proceso de cribado, si el tamaño máximo nominal de la capa a construir lo permite, y evitando la trituración del RAP, ya que esto generaría presencia de partículas con caras descubiertas que demandarían un incremento en el contenido de asfalto para cubrir su área superficial.

Es importante, como se muestra en la Figura 16, no transitar con equipos sobre la pila para evitar la fracturación de los materiales.

Figura 16. Técnicas de almacenamiento y procesamiento del RAP [11].

56

ABRIL-JUNIO 2022

Cuando el RAP procede de fuentes diversas, es necesario homogeneizar los materiales como lo indique la especificación particular.

Será necesario procesarlo de tal forma que se cree una mezcla consistente y uniforme.

Para ello, se recomienda tomar muestras de diferentes puntos del almacén y alimentar el equipo de disgregación o criba, como se muestra en la Figura 17.

Sistema para disgregar con criba y transportadores de acomodo por tamaños

Sistema para disgregar

Figura 17. Disgregación y/o cribado de RAP para homogeneizar y separar por tamaños [11].

Separación del RAP El cribado del RAP es un procedimiento utilizado para facilitar la elaboración de la nueva mezcla en aspectos relacionados con la granulometría y el contenido de asfalto. La separación puede realizarse en tantas fracciones como la propia infraestructura y las condiciones de proyecto lo permitan. Una división mínima a través de la malla ¼” (RAP grueso y RAP fino) (Figura 18).

Figura 18. Fraccionamiento del RAP [11].

ASFÁLTICA 70

57

Figura 19. Tolvas de incorporación de RAP en fracciones [11].

CONCLUSIONES SOBRE LAS DISTINTAS OPCIONES DE PROCESAMIENTO DEL RAP Basado en el origen del RAP y en los distintos equipos disponibles en el mercado para su procesamiento, podemos definir los procesos en cinco bloques, los cuales se detallan a continuacion: » 1. Utilizar el RAP fresado sin procesar • Recomendado cuando no se poseen disgregadores.

• Su costo de proceso es el más bajo y su aplicación de hasta un 30 %.

• Cuando el fresado viene de un solo proyecto, alta probabilidad de contar con uniformidad.

• Multiples diseños de mezcla y pilas de almacenamiento. » 2. Utilizar bloques producto de demolición • Recomendada con el uso de disgregadores.

• El procesamiento de bloques en disgregadores permite fracciones y su aplicación por encima del 40 %.

• Hay que evitar al máximo su contaminación con bases y/o sus bases ya que limita su uso.

• El uso de distintas fracciones permite contar con flexibilidad para el desarrollo de diseños de mezcla. » 3. Cribado del RAP antes de la trituración • Recomendada cuando solo se poseen cribas, conos e impactores, no aplica para bloques.

• Su costo de procesamiento es el más elevado, debido al uso de un circuito de equipos cuya rentabilidad es para la trituración de agregados.

• Se generan dos fracciones, solo se reduce el agregado grueso limitando la creación de más finos.

58

ABRIL-JUNIO 2022

• Su aplicación por contar con dos fracciones se puede emplear hasta en un 40 %. » 4. Triturar el RAP a un solo tamaño • Recomendada cuando se poseen molinos de martillo.

• Adecuado costo de procesamiento, pero al contar con una solo fracción su aplicación recomendada es hasta un 30 %.

• Provee alta uniformidad en materiales que vienen de distintos orígenes.

• Una gran tendencia a generar mucho fino y verse limitado a la aplicación de grandes tasas de reciclaje. » 5. Fraccionamiento del RAP • Recomendada con el uso de disgregadores.

• Adecuado costo de procesamiento, y permite por las fracciones que se genera su uso por encima del 40 %.

• Es requerido más espacio de almacenamiento ya que permite contar con mayor cantidad de pilas y fracciones.

• El uso de distintas fracciones permite contar con flexiblidad para el desarrollo de diseños de mezcla.

REFERENCIAS [1]

Irrgang, Patricia, et al. Uso de energía y emisión de gases de efecto invernadero en los procesos de preservación de pavimentos para pavimentos de concreto asfáltico.

(2010). Argentina.

[2]

Biedermann, Andreas. Sustainable Asphalt. (2012). Langenthal, Suiza: Ammann Group.

[3]

Hussain, Bahia, et al. Building Sustainable Asphalt Pavements with RAP, Wisconsin, Estados Unidos: Wisconsin University.

[4]

Molero, Cris, et al. El uso de la estabilización de suelos para reducir los consumos energéticos y emisiones en la construcción de pavimentos, Santa Ana, Costa Rica.

[5]

Sáenz, Enrique. La NAPA estadounidense señala que el 99 % de los materiales retirados se usaron en asfalto reciclado. (2016) Estados Unidos: Carretera Pan-Americanas.

[6] West, Randy. Reclaimed asphalt pavement management: best practices. (2010).

Estados Unidos: National Center for Asphalt Technology.

[7]

SKD. CS Serie de Trituradoras de Cono. (2019). China.

[8]

Yepez, Victor. Trituradoras de Cono y de Impacto. (2019). Valencia, España.

[9]

Schutte Hammermill. How does a Hammermill Works? (2019). Búfalo, New York, Estados Unidos.

[10] Del Orto, Ferdinando, RSS 120-m Recycling shredder and screening machine, Bussolengo, Italia, Ammann Group.

[11] Comité Técnico de Construcción (2020), Buenas prácticas en la construcción de mezclas asfálticas con RAP, México, Asociación Mexicana del Asfalto.

ASFÁLTICA 70

59

EJERCICIO COMPARATIVO ENTRE MÓDULOS ELÁSTICO, RESILIENTE, DINÁMICO Y DE SITIO A PARTIR DE DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO (FWD) AUTOPISTA SALTILLO-TORREÓN CUERPO B, DEL KM 67+000 AL KM 77+000 M.I. Ricardo Torres Velázquez rtorres@torrestci.com M.I. Carlos Salazar García csalazar@sct.gob.mx M.C. Felipe Romero Zepeda felipe@eiocsa.net I.C. Omar Serrano Torres omar@eiocsa.net

COMITÉ DE GESTIÓN Y EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS Noé Hernández Fernández Ricardo Solorio Murillo Luis Daniel Arciga Ramírez Carlos Adolfo Coria Gutiérrez José Luis Gutiérrez Baca Roberto Hernández Domínguez

INTRODUCCIÓN La infraestructura de un país, como cualquier otro bien material

Diana Berenice López Valdés

de gran valor, debe recibir trabajos de conservación y manteni-

José Roberto Medina Campillo

miento para devaluarse lo menos posible y así continuar siendo

Francisco Cesáreo Mendoza L. Carlos Salazar García

rentable. El recurso que se utiliza para construcción, rehabilitación

Omar Serrano

y/o mantenimiento de la infraestructura, más que considerarse un

Ricardo Torres Velázquez

gasto, se valora como una inversión. Mientras la infraestructura

José Manuel Osio Méndez Marcos Ariel Villanueva Guzmán

se encuentre en óptimas condiciones y pueda seguir ofreciendo un servicio eficiente, conservará su valor y continuará aportando beneficios a la sociedad, postergando así la necesidad de una mayor inversión económica para sustituir una infraestructura que ha perdido su vida útil. Por ello la importancia de realizar evaluaciones periódicas que permitan detectar tempranamente las posibles fallas y deterioro que presente la estructura, para, de este modo, poder proporcionarle la mejor alternativa de rehabilitación y/o mantenimiento, según sea el caso.

Con el propósito de definir el tipo de rehabilitación para el pavimento, se requirió realizar un estudio detallado de la condición actual de la autopista Saltillo-Torreón, así como analizar las propuestas para mantener en óptimas condiciones operativas la autopista durante la vida útil. El estudio está sustentado en los resultados de la evaluación superficial y estructural del pavimento, los estudios de ingeniería de tránsito y de geotecnia utilizando tecnología de vanguardia y equipos de alto rendimiento.

ASFÁLTICA 70

61

La Secretaría de Comunicaciones y Transportes a través de la Dirección General de Servicios Técnicos (SCT-DGST) encomendó a Evaluación Integral de Obras Civiles, S. A. de C. V. (EIOC) el estudio denominado “Actualización al estudio y proyecto de rehabilitación del pavimento ambos cuerpos, de la autopista Saltillo-Torreón”, el tramo es del km 0+000 al km 76+910 (entronque Plan de Ayala-Entronque Loma Bonita).

En la Figura 1 se presenta la ubicación del tramo estudiado:

Figura 1. Ubicación del tramo en estudio.

Entre las actividades de evaluación citadas se realizó la evaluación estructural mediante la medición de deflexiones con un deflectómetro de impacto (ASTM D4695 [1]) y en la parte geotécnica, la recuperación de núcleos de campo para la realización de ensayos de módulo resiliente (ASTM D4123 [2]) y módulo dinámico (AASHTO T-342 [3]).

El presente documento registra un ejercicio comparativo de los módulos obtenidos mediante las pruebas de campo y laboratorio, para verificar la relación entre ellos y las implicaciones a tomar en cuenta en los procesos de análisis y diagnóstico para proyectos de rehabilitación.

Los resultados mostrados corresponden a las pruebas de campo y laboratorio obtenidos del pavimento del subtramo del cuerpo B entre los km 67+000 y el km 76+000.

MARCO TEÓRICO Módulo resiliente La prueba del módulo resiliente es de tensión indirecta con carga repetida. El método de prueba se describe en la norma ASTM D 4123 [2]. El espécimen usado para el módulo resiliente es de aproximadamente 63.5 mm de alto y 100 mm de diámetro. Las temperaturas recomendadas de ensayo son de 5, 25 y 40 °C con frecuencias para cada temperatura de 0.33, 0.50 y 1.0 Hz. Los especímenes son ensayados bajo cargas entre 5 y 20 % de la resistencia a la tensión indirecta. Una carga repetida con una frecuencia constante al espécimen. La deformación 62

ABRIL-JUNIO 2022

medida con los LVDT y el esfuerzo aplicado son usados para determinar el módulo resiliente de la mezcla asfáltica.

Módulo dinámico El ensayo consiste, en términos generales, en aplicar un esfuerzo de compresión axial sinusoidal (haversine) a un espécimen de concreto asfáltico, a una temperatura y frecuencia de carga determinada. El esfuerzo aplicado y la deformación axial recuperable del espécimen son medidos y usados para calcular el módulo dinámico y el ángulo de fase.

De acuerdo con la norma AASHTO T 342-11 [3] “Método de ensayo para determinación del módulo dinámico de mezclas asfálticas en caliente (HMA)”, se aplica una carga cíclica sinusoidal a un espécimen de concreto asfáltico, de 100 mm de diámetro y 150 mm de altura (Figura 2), a las temperaturas de -10, 4, 21, 37 y 54 °C y frecuencias de carga de 0.1, 0.5, 1.0, 5, 10 y 25 Hz para cada una de las temperaturas. Los especímenes son ensayados para cada una de las 30 combinaciones de temperatura y frecuencia de carga, comenzando de la temperatura más baja a la más alta, y de la frecuencia más alta a la más baja. Durante el ensayo, se mide la carga aplicada y la deformación por medio de una celda de carga y LVDT, respectivamente. La deformación del espécimen se mantiene dentro del rango lineal, entre 50 y 150 me, por lo que la carga aplicada es ajustada para cada frecuencia y temperatura para alcanzar el nivel de deformación apropiado (IMT, 2017 [4]).

Figura 2. Montaje para el ensayo del módulo dinámico.

ASFÁLTICA 70

63

Levantamiento de deflexiones con

de penetración) y los valores de deflexión

equipo FWD para la determinación

registrados en cada sensor del deflectóme-

de módulos

tro de impacto.

Un deflectómetro FWD (Falling Weight

Otra información de suma importancia

Deflectometer) es un equipo que realiza

es la temperatura de la carpeta asfáltica,

pruebas no destructivas usado para deter-

mientras se realizan las mediciones con el

minar los parámetros esfuerzo-deforma-

FWD. Para fines de llevar los resultados de

ción de los pavimentos y subrasantes. Un

los módulos a temperaturas de referencia,

plato transmisor de carga especialmente

el software cuenta con factores de correc-

diseñado es colocado sobre la superficie

ción o modelos semilogarítmicos y expo-

del pavimento y un pulso determinado de

nenciales precargados para este proceso.

carga se aplica al plato. El pulso de esta

Cabe mencionar, como es el caso del pre-

carga está generado por el impacto de una

sente estudio, que estos factores/modelos

masa al caer y tiene normalmente una dura-

pueden adecuarse con resultados de prue-

ción de 20 a 35 ms (25 a 14.3 Hz). El pulso

bas de laboratorio con ensayos, como el

de la carga fue diseñado para producir

módulo dinámico o resiliente.

un desplazamiento vertical que simula la deformación producida por una rueda tran-

METODOLOGÍA

sitando a velocidad y carga normal.

Módulo resiliente y dinámico

La capacidad estructural en los pavi-

A continuación, se menciona la metodolo-

mentos se mide a través de la caída de

gía que se llevó a cabo para la ejecución

un peso desde una altura específica que

de los ensayos para módulo dinámico y

corresponde a la carga simulada. Durante

módulo resiliente.

el impacto que proporciona el FWD, la

Se realizó una selección de núcleos

forma de la cuenca de deformación queda

tomando en consideración las zonas homo-

medida y registrada. La forma de la cuenca

géneas (zonas con características similares

de deformación se usa posteriormente con

en los parámetros evaluados) y los núcleos

programas de análisis de estructuras de

con espesor suficiente para ser ensayados

multicapas para determinar la resistencia

en el módulo dinámico (mínimo 12 cm).

de cada capa.

64

Se seleccionó la zona homogénea corres-

Para cada medición se calculan los módu-

pondiente a los últimos kilómetros del

los elásticos de las capas que constituyen

cuerpo B. En esta zona, además de contar

la estructura del pavimento, mediante un

con núcleos con el espesor suficiente, se

software especializado para la aplicación del

tienen núcleos de 11 pulgadas de diáme-

procedimiento conocido como retrocálculo

tro, los cuales permitieron recuperar dos

(ELMOD 6, Dynatest 1998 [5]). La información

especímenes para determinar los módulos

mínima necesaria para obtener los módulos

resilientes y dinámicos. En esta zona del

de elasticidad son los espesores de cada

km 67+000 al km 77+000 se pudieron recu-

una de las capas (mediante sondeos sim-

perar 4 núcleos de 11 pulgadas y 5 núcleos

plificados y/o del perfil continuo del radar

de 8 pulgadas (Figura 3).

ABRIL-JUNIO 2022

Tabla 1. Volumetría de especímenes.

Ubicación

Gmb

Módulo dinámico

Figura 3. Extracción de dos especímenes por núcleo en los cadenamientos 68+000, 74+000, 75+000 y 76+000 del cuerpo B.

De los núcleos se recuperaron los especímenes con broca de 4 ¼ pulgadas de diámetro. Posteriormente, se realizó el corte de las caras superior e inferior y se cortaron a

68+000

2.310

70+000

2.328

72+000

2.284

74+000

2.284

75+000

2.283

76+000

2.348

Ubicación

Gmb

Módulo resiliente 67+000

2.281

68+000

2.337

71+000

2.230

73+000

2.324

la altura correspondiente para cada ensayo.

74+000

2.219

75+000

2.250

Por último, se obtuvieron las dimensiones,

76+000

2.324

se determinó la volumetría de cada espécimen y se realizó la colocación de pines para

Módulos elásticos de sitio

la sujeción de los sensores de deformación

Las mediciones se realizaron cada 100 m

LVDT, (Figura 4 y Tabla 1).

en los carriles de baja velocidad de cada cuerpo (Figura 5). Además, en cada punto de medición se efectuaron dos pruebas, de acuerdo con el procedimiento indicado en la normativa.

Las deflexiones medidas en campo se normalizaron de acuerdo con lo indicado en el manual M∙MMP∙4∙07∙020/17 [6], a una carga estándar de 700 kPa.

Figura 4. Especímenes para ensayo de módulo resiliente.

Retrocálculo Con apoyo en la información de las deflexiones a la temperatura de medición, los espesores del pavimento, las calidades de los materiales de las capas del pavimento y con la ayuda de un programa de cómputo (Figura 6), se realizó el proceso de retrocálculo de los módulos de elasticidad de los materiales que forman el pavimento del

Figura 5. Equipo Falling Weight Deflectometer FWD-Jils.

tramo estudiado.

ASFÁLTICA 70

65

Para validar los resultados, en el proceso

Además de los espesores del pavimento,

del retrocálculo se busca obtener valores

se capturan los módulos elásticos “semilla”,

de Root Mean Square (RMS, por sus siglas

con los que parte el software para realizar

en inglés; se refiere a un parámetro esta-

las iteraciones del retrocálculo. Para dichos

dístico que mide el error en las aproxima-

valores pueden considerarse valores de

ciones) menores al 10 % en mínimo el 70 %

referencia como los que se presentan en la

de longitud.

guía AASHTO 1993 [7], Tabla 2.7 y Figura 2.5, o bien, pueden introducirse aquellos que resulten de las pruebas de laboratorio para cada capa (CBR, Mr y |E*|, Figura 10).

A continuación, se realiza el retrocálculo con la información capturada y se analizan los resultados.

En las siguientes Figuras 11 y 12 se presentan las ventanas de estos procesos:

Figura 6. Ventana de inicio del software ELMOD 6.

Procedimiento para el retrocálculo Las deflexiones ya normalizadas son importadas al programa por cada carril y por cuerpo, como se muestra en la siguiente Figura 7.

Para fines de estimación de módulos a diferentes temperaturas, el programa cuenta con factores y dos modelos precar-

Figura 7. Ventana de datos de deflexiones normalizadas.

gados para la corrección de módulos. Dichos modelos pueden ajustarse para obtener mejores aproximaciones y estas pueden lograrse con mediciones a diferentes temperaturas, o bien, con los factores de cambio de la curva maestra (Figura 8).

A partir de la información de la exploración geotécnica realizada, se segmenta el tramo de acuerdo con las capas y espesores del pavimento y dicha información se captura en el módulo de estructura del pavimento del software, como se muestra en la siguiente Figura 9.

66

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 8. Modelos de correlación del módulo vs. temperatura en el ELMOD 6.

Figura 9. Ventana de datos de capas, espesores y módulos semilla.

Figura 10. Ventana del retrocálculo de los módulos elásticos por segmento.

Figura 11. Ventana de resultados de los módulos elásticos obtenidos para cada capa.

Figura 12. Ventana de resultados del análisis estadístico del error cuadrático medio.

RESULTADOS En la siguiente Tabla 2, se muestran los resultados de módulo resiliente para 21 °C, una duración de aplicación de la carga de 0.1 s con 0.9 s de reposo y una frecuencia de 1 Hz. Tabla 2. Resultados obtenidos en el módulo resiliente 21 °C 1 Hz. Ubicación

0°

90°

Promedio

kg/cm2

kg/cm2

kg/cm2

Cuerpo

Gmb

67+000

B

2.281

10 923

68+000

B

2.337

80 735

89 651

85 193

71+000

B

2.230

105 328

110 419

107 874

73+000

B

2.324

104 542

74+000

B

2.219

56 695

59 376

58 035

75+000

B

2.250

57 479

64 932

61 205

76+000

B

2.324

25 255

30 586

27 921

Módulo resiliente 10 923

104 542

ASFÁLTICA 70

67

El promedio de los módulos de 65 099 kg/cm2, desviación estándar de 36 904 kg/cm2 y coeficiente de variación de 0.57.

Respecto al módulo dinámico, se obtuvieron las siguientes curvas maestras (Figura 13).

La curva maestra se construye mediante el modelo AASHTO PP 62-09 [8] a continuación: log|𝐸𝐸𝐸𝐸 ∗ | = 𝛿𝛿𝛿𝛿 +

1+

𝛼𝛼𝛼𝛼

𝑒𝑒𝑒𝑒 (𝛽𝛽𝛽𝛽+𝛾𝛾𝛾𝛾∗log(𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓))

log|𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓| = log|𝑓𝑓𝑓𝑓| + 𝑎𝑎𝑎𝑎1 ∗ (𝑇𝑇𝑇𝑇𝑓𝑓𝑓𝑓 − 𝑇𝑇𝑇𝑇) + 𝑎𝑎𝑎𝑎2 ∗ (𝑇𝑇𝑇𝑇𝑓𝑓𝑓𝑓 − 𝑇𝑇𝑇𝑇)2

Donde:

a, b, d, g = Parámetros de curva maestra. a1, a2 = Parámetros para cálculo de frecuencia reducida. fr = Frecuencia reducida. f = Frecuencia de ensayo.

Tr = Temperatura de referencia, generalmente 21 °C. T = Temperatura de ensayo.

Se, Sy = El Se es el error estándar de la estimación, mientras que el Sy es la desviación estándar del logaritmo de los valores medios y los valores medidos del módulo dinámico.

R2 = Coeficiente de determinación, es la proporción de la varianza total, depende de Se y Sy y se relaciona con qué tan bueno es el ajuste; de acuerdo con la norma AASHTO PP 62-09 [8], este valor debe ser superior a 0.99.

Los parámetros determinados en los ensayos son los siguientes (Tabla 3): Tabla 3. Parámetros para construcción de curva maestra.

Ubicación

a

b

d

g

a1

a2

Se

Sy

R2

Módulo dinámico 68+000

3.6

-2.2

0.6

-0.3

0.12

-2.0E-04

0.047

0.379

0.990

70+000

3.6

0.2

1.8

-0.2

0.10

8.0E-05

0.060

0.385

0.983

72+000

2.4

-1.0

1.8

-0.4

0.08

8.0E-05

0.036

0.354

0.992

74+000

2.4

-1.4

1.8

-0.5

0.08

5.0E-06

0.038

0.367

0.992

75+000

3.0

-1.4

1.4

-0.3

0.10

-8.0E-05

0.040

0.359

0.991

76+000

2.4

-1.0

1.8

-0.3

0.08

6.0E-05

0.047

0.303

0.982

Módulos elásticos de sitio En la Figura 14 se presentan los resultados de los módulos elásticos obtenidos en el subtramo evaluado; en donde se aprecian los valores de los módulos obtenidos a la temperatura superficial de sitio de entre 46 y 51 °C. La línea punteada representa cada medición a 100 m y la línea continua es una media móvil (que promedia 5 mediciones, dos previas y dos 68

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 13. Curvas maestras.

posteriores al punto de medición), lo cual suaviza la dispersión de mediciones para facilitar la visualización de tendencias.

Asimismo, en la Figura 14 se muestra el registro de temperaturas en cada medición (línea punteada) y con la media móvil (línea continua).

Figura 14. Módulos elásticos obtenidos para la carpeta asfáltica y registro de temperaturas en las mediciones.

De acuerdo con las especificaciones del fabricante de los equipos FWD, la duración del pulso de aplicación de la carga es de 20-35 ms; sin embargo, las mediciones del equipo muestran que estos pulsos suelen tener una duración de 35 ms, esto es de 14.3 Hz. ASFÁLTICA 70

69

Comparativa de resultados Módulo resiliente vs. módulo dinámico Para esta primera comparativa, es importante reconocer los parámetros que influyen en la respuesta de la mezcla asfáltica. En primera instancia, tenemos la temperatura y la frecuencia de la aplicación de la carga.

Dada la naturaleza viscoelástica y termosensible del asfalto, esto impacta de manera significativa en el módulo elástico del concreto asfáltico. Temperaturas elevadas (54 °C) y frecuencias de aplicación de carga bajas (0.1 Hz) muestran un extremo del espectro y temperaturas bajas (-10 °C) y frecuencias altas (25 Hz) demuestran el otro extremo dando como resultado un rango amplio de módulos; de acuerdo con el principio de superposición tiempo-temperatura (IMT, 2018 [9]), esto se ve reflejado en las curvas maestras de la Figura 13.

Otros factores que pueden influir son la heterogeneidad de la mezcla, compactación, microagrietamiento, deterioro, daños durante el proceso de extracción, manipulación y preliminares al ensayo, entre otros.

Para una temperatura de 21 °C, se hace una comparativa de los módulos resilientes y de los módulos dinámicos a frecuencias de 10, 5 y 1 Hz (Tabla 4): Tabla 4. Comparativa de módulos 21 °C. Módulo dinámico Ubicación

10 Hz

5 Hz

kg/cm

kg/cm

2

Módulo resiliente 1 Hz

2

1 Hz, (0.1 s pulso)

kg/cm

2

67+000

10 923

68+000

88 184

80 651

62 533

70+000

44 662

38 677

27 741

71+000 72+000

kg/cm2 85 193 107 874

60 977

54 314

40 211

73+000

104 452

74+000

76 805

71 413

56 344

58 035

75+000

86 585

77 947

59 712

61 205

76+000

54 361

48 585

37 489

27 291

Promedio

68 596

61 931

47 338

64 996

D. Estándar

17 934

17 168

14 120

36 995

En los resultados que se muestran no se observa una clara tendencia entre los resultados obtenidos con el módulo resiliente y los módulos dinámicos. En los cadenamientos donde se tienen ambos ensayos a 1 Hz es en la frecuencia en que se encuentra mayor similitud; no obstante, a 5 Hz los valores promedio es donde más se asemejan.

Xiao 2009 [10], Lacroix 2007 [11] y Yasir 2018 [12] en sus estudios encontraron que la mejor correlación del módulo resiliente con el módulo dinámico se tiene a los 25 °C de temperatura y frecuencias de aproximadamente 5 Hz para el dinámico y 1 Hz para el resiliente.

70

ABRIL-JUNIO 2022

Xiao 2009 [10] y Lacroix 2007 [11] con duraciones del pulso de carga 0.1 s y reposo de 0.9 s en el ensayo resiliente. Yasir 2018 [12], por su cuenta, encontró mejor correlación con una duración de pulso de carga de 0.3 s y reposo de 0.7 s, también observó que los módulos en especímenes de 100 mm de diámetro son mayores que con especímenes de 150 mm.

Módulo dinámico vs. módulos de sitio Se consideraron dos procedimientos para esta comparación: el primero consistió en llevar los resultados del módulo dinámico a las temperaturas de ensayo de sitio y el otro, en tomar los resultados del retrocálculo con las mediciones de sitio y llevarlas a la temperatura de referencia de la curva maestra. En los siguientes párrafos se describe cada procedimiento.

En el primer procedimiento se realizó la corrección por temperatura de la frecuencia con el factor de cambio at y, posteriormente, se determinó el módulo dinámico a 14.3 Hz con las ecuaciones de la curva maestra. Esto corresponde a un proceso inverso al de la determinación de la curva maestra; es decir, con los ensayos a diferentes temperaturas y barrido de frecuencias se construye la curva maestra. Ahora, a partir de la curva maestra se busca un valor de módulo para una temperatura y frecuencia específica que equivalga a las condiciones de ensayo del FWD. En la Figura 15, se muestra el factor de cambio at para las temperaturas de ensayo y su regresión lineal para poder conocer el correspondiente para cualquier temperatura: Con estas regresiones lineales y las temperaturas de sitio al momento del ensayo se determinó el factor de cambio at (Tabla 5).

Con el factor de cambio y la frecuencia de ensayo se determinó la frecuencia equivalente (Tabla 6) en la curva maestra, y a su vez el módulo equivalente.

Figura 15. Factor de cambio para curva maestra km 76+000.

ASFÁLTICA 70

71

Tabla 5. Coeficientes en la regresión lineal para cálculo del factor de cambio at. at = mx + b

Ubicación

m

b

68+000

-0.1205

2.3884

70+000

0.1013

2.1677

72+000

0.0815

1.7450

74+000

-0.0800

1.7239

75+000

-0.0994

2.0429

76+000

-0.0800

1.7239

Tabla 6. Determinación del log(fr).

Ubicación

Temperatura °C

at

log (fr) = log (f x at)

68+000

50.4

2.0663E-04

-2.5295

70+000

49.8

1.3273E-03

-1.7217

72+000

49.0

5.6429E-03

-1.0932

74+000

48.6

6.8533E-03

-1.0088

75+000

48.0

1.8694E-03

-1.5730

76+000

47.6

8.2395E-03

-0.9288

ƒ= 14.3 Hz

Posteriormente, se sustituyó el parámetro log(fr) en las ecuaciones de la curva maestra para el cálculo del módulo dinámico (Figura 16).

Figura 16. Determinación del módulo dinámico a la frecuencia y temperatura de ensayo del FWD en el km 76+000.

En la Tabla 7 se presentan los resultados del módulo para cada ubicación.

Y, finalmente, en la Figura 17 se graficaron estos resultados con los obtenidos con el FWD a la temperatura de sitio.

Como puede observarse, los resultados del módulo dinámico tienen una relativa similitud con los obtenidos con el FWD; sin embargo, no se puede establecer una correlación.

72

ABRIL-JUNIO 2022

Tabla 7. Interpolación de M. dinámico a 14.3 Hz. |E*|@14.3 Hz Ubicación

21 °C

Temperatura

Temp

kg/cm2

°C

kg/cm2

68+000

88 495

50.4

33 080

70+000

43 295

49.8

13 500

72+000

57 140

49.0

21 751

74+000

82 550

48.6

32 553

75+000

91 844

48.0

36 187

76+000

51 649

47.6

26 513

Promedio

69 162

48.9

27 264

D. Estandar

20 918

1.06

8507

Figura 17. Módulos elásticos obtenidos para la carpeta asfáltica en el cuerpo B.

En el segundo procedimiento se tomó el módulo obtenido del retrocálculo a la temperatura del ensayo y la duración del correspondiente pulso de carga y estos comparándolos con la curva maestra mediante el factor de cambio (at), como sugiere en su estudio Jung 2019 [13] (Figura 18).

Se tomó como ejemplo de este procedimiento de análisis la curva maestra obtenida en el km 75+000 y las mediciones circunstantes del FWD entre los km 74+500 al km 75+500.

ASFÁLTICA 70

73

Figura 18. Procedimiento de corrección de temperatura (Jung, 2019 [13]).

En la Tabla 8 se presentan los resultados de los módulos con retrocálculo a la temperatura de sitio, el factor de cambio y la frecuencia corregida por el efecto de superposición frecuencia-temperatura. El factor de cambio se define con la temperatura y la regresión lineal mostrada en la Tabla 5.

Tabla 8. Determinación de frecuencia corregida por temperatura.

Ubicación

E@14.3 Hz

Temperatura

at

log (fr) = log10 (14.3 x at)

74+498

26 399

48.0

1.869E-03

-1.5730

74+598

23 322

49.0

1.487E-03

-1.6724

74+703

19 493

48.0

1.869E-03

-1.5730

74+803

24 419

49.0

1.487E-03

-1.6724

74+900

25 262

47.0

2.350E-03

-1.4736

75+000

31 242

48.0

1.869E-03

-1.5730

75+106

25 941

48.0

1.869E-03

-1.5730

75+198

37 866

48.0

1.869E-03

-1.5730

75+298

44 780

48.0

1.869E-03

-1.5730

75+399

41 500

47.0

2.350E-03

-1.4736

75+499

26 023

48.0

1.869E-03

-1.5730

El promedio de los módulos a 14.3 Hz es de 29 932 kg/cm2 con una desviación estándar de 7980 kg/cm2.

Comparando los resultados de la curva maestra del km 75+000 y las mediciones próximas se tiene lo siguiente (Figura 19): 74

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 19. Mediciones FWD del km 74+500 al km 75+500 vs. curva maestra del km 75+000.

El módulo dinámico de la curva maestra a la frecuencia reducida de -1.5430 es de 3549 MPa, este es un valor mayor al obtenido del promedio de las mediciones de campo, pero ligeramente menor a la desviación estándar.

CONCLUSIONES El presente artículo muestra un ejercicio comparativo entre tres diferentes métodos para obtener el módulo de la carpeta del pavimento utilizado para determinar su condición estructural y, a su vez, sus opciones de rehabilitación o mantenimiento.

El comportamiento viscoelástico y termosensible del concreto asfáltico hacen que la consideración de las temperaturas y las velocidades de la aplicación de la carga sean parámetros fundamentales para llevar la comparación entre los métodos.

El ejercicio muestra la comparación directa igualando temperaturas y frecuencias entre los módulos resilientes, módulo dinámico y los módulos elásticos obtenidos con retrocálculo a partir de la medición de deflexiones. No se compararon los módulos resilientes y los obtenidos del retrocálculo, ya que no hay una frecuencia en común ni cercana entre ambos métodos.

En este sentido, se observa que el módulo dinámico es el método que proporciona más información del concreto asfáltico por la variedad de combinaciones de temperaturas y frecuencias con las que se realiza el ensayo, logrando una caracterización completa de la respuesta mecánica del material ante diferentes solicitaciones.

Los estudios con FWD son convenientes, ya que nos proporcionan un panorama claro del comportamiento estructural del pavimento, es una prueba rápida de alto rendimiento, no destructiva y permite hacer la repetición de mediciones, entre otras bondades. En el proceso de evaluación es de suma importancia, además de los evidentes parámetros que son la carga y la cuenca de deformación, la temperatura de la carpeta y para efectos de comparación ASFÁLTICA 70

75

con otros métodos, la duración del pulso

correlación significativa; sin embargo,

de carga. Dicha información no siempre es

en los valores promedio sí hay una

registrada dado el volumen de información

notable similitud; 61 931 kg/cm2 a 21 °C

que esto representa para la base de datos.

y 5 Hz para el módulo dinámico y

En el proceso de retrocálculo es importante validar los resultados con un RMS

• En la primera comparación de resulta-

menor al 10 % en una longitud de mínimo

dos del módulo dinámico y los obte-

el 70 %; además, en los casos que esté dis-

nidos con el retrocálculo de la Figura

ponible la información de laboratorio validar

17 a 14.3 Hz, se observa similitud entre

las ecuaciones de ajuste con las que opera

ambos módulos. Para esta comparativa

el programa.

se llevaron los módulos dinámicos a las

En cuanto a los resultados se comenta lo siguiente:

condiciones de prueba del FWD; es decir, se determinó la frecuencia redu-

• Se realizaron un total de 7 ensayos

cida equivalente del FWD con la tem-

de módulo resiliente, 6 ensayos de

peratura de sitio y la frecuencia de la

módulo dinámico y 107 puntos de medi-

aplicación de la carga para determinar

ción con el equipo FWD, correspon-

el factor de cambio at y a su vez conocer

dientes a, aproximadamente, 10 km

el módulo dinámico correspondiente.

de levantamiento.

• En la segunda comparación de resul-

• Los resultados del módulo resiliente se

tados para la ubicación presentada se

observan dispersos con una desviación

observa una buena correlación de los

estándar de 37 011 kg/cm , el valor pro-

módulos. El procedimiento propuesto

medio es de 65 099 kg/cm .

por Jung 2019 [13] se encuentra conve-

2

2

• Se determinaron las curvas maestras

niente para la comparativa de módulos

de los seis especímenes ensayados

dinámicos y los obtenidos con retro-

para una temperatura de referencia

cálculo de deflexiones.

de 21 °C. Los valores de desviaciones

Para un tramo de prueba resultaría con-

estándar en las mediciones son del

veniente realizar las mediciones con el FWD

orden de la mitad de las obtenidas en

a diferentes temperaturas en el transcurso

el módulo resiliente, independiente-

de un día, para validar las curvas maestras

mente de la frecuencia.

y en el retrocálculo las curvas de ajuste por

• Para una misma temperatura de 21 °C

76

65 099 kg/cm2 a 21 °C y 1 Hz.

temperatura (Figura 8).

y frecuencia de 1 Hz, se encontró simi-

Con base en los resultados obtenidos, se

litud en dos de los cuatro valores obte-

considera conveniente resaltar los siguien-

nidos entre el módulo resiliente y el

tes puntos a fin de lograr una mejor compa-

módulo dinámico en los núcleos en

rativa entre métodos:

los cuales se pudieron recuperar dos

• Para un mismo cadenamiento recupe-

especímenes para ambos ensayos.

rar al menos un par de núcleos, tanto

En los resultados de este estudio, los

para módulo dinámico como para

módulos punto a punto no tienen una

módulo resiliente.

ABRIL-JUNIO 2022

• Efectuar el ensayo del módulo resiliente realizando a dos temperaturas 25 y 40 °C una frecuencia de 1 Hz, pero con dos aplicaciones de carga de 100 ms y 300 ms (periodos de reposo de 900 ms

REFERENCIAS [1]

ment Deflection Measurements.

[2]

ASTM D4123 (1995). Standard Method for Indirect Ten-

[3]

AASHTO T 342 (2011). Standard Method of Test for Deter-

sion Test for Resilient Modulus Bituminous Mixtures. mining Dynamic Modulus of Hot-Mix Asphalt Concrete

y 700 ms respectivamente), de acuerdo a la recomendación de la publicación

Mixtures.

[4]

de Yasir 2018 [12].

• Registrar el pulso de carga durante las mediciones de deflexiones para los puntos específicos donde se realizará

formar parte de una propuesta para afinar la metodología de la ejecución de los trabajos

dinámico en mezclas asfálticas para México.

[5]

Dynatest (1998) Heavy Weight Deflectometer Mod 8081,

[6]

Normativa para la Infraestructura del Transporte-SCT,

user’s manual.

Determinación de las deflexiones con equipo de impacto en pavimentos flexibles, M·MMP·4·07·020/17.

[7]

AASHTO (1993). AASHTO Guide for Design of Pavement Structures.

[8]

AASHTO PP 62 (2009). Standard Practice for Developing Dynamic Modulus Master Curves for Hot Mix

de campo, realización de ensayos y procesamiento de resultados.

Instituto Mexicano del Transporte (2017). Publicación técnica 507. Propuesta de método de prueba de módulo

la extracción de núcleos.

Los resultados de este análisis pudieran

ASTM D4695 (2003). Standard Guide for General Pave-

Asphalt (HMA).

[9]

Cabe destacar, que a diferencia de algunas

Instituto Mexicano del Transporte (2018). Nota 173 Herramientas gráficas para el análisis de resultados de la prueba del módulo dinámico. Notas. Publicación

de las publicaciones consultadas, las pruebas

bimestral de divulgación externa.

se realizaron con especímenes de campo de

[10] Xiao (2009). Evaluation of engineering properties of

un tramo en servicio, por lo que esta con-

hot mix asphalt concrete for the mechanistic-empirical

dición puede suponer variables adicionales que influyan en la dispersión de resultados; como aspectos constructivos, como compactación, variaciones en la producción, deterioro, microagrietamientos y daños durante el proceso de extracción, manipulación y preliminares al ensayo, entre otros.

La realización de estas comparativas se considera idónea para tramos nuevos, en

pavement design. Florida State University Libraries.

[11]

Lacroix, Khandan y Kim (2007). Predicting the resiliente modulus of asphalt concrete from the dynamic modulus.

Transport Research Board No. 2001.

[12] Yasir, Muhammad, Imran, Shafeeq (2018). Revisiting

the relation of dynamic and resilient modulus test for asphaltic concrete mixtures. ELSEVIER. [13] Jung-Chun Lai, Jung Liu and Chien-Wei Huang (2019).

The Application of Frequency-Temperature Superposition Principle for Back-Calculation of Falling Weight Deflectometer. MPDI, Academic open access publishing.

donde será conveniente efectuar tramos de prueba para muestrar núcleos y realizar los ensayos en laboratorio y, al mismo tiempo, efectuar mediciones de deflexiones en el sitio, para que se identifique la relación de resultados de estos métodos de análisis y poder extrapolarlos a un procedimiento de control de calidad.

ASFÁLTICA 70

77

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NUEVO MÉTODO DE PRUEBA PARA DETERMINAR EL POTENCIAL DE FRACTURA DEL LIGANTE ASFÁLTICO Álvaro Gutiérrez Muñiz

Quimikao S.A. de C.V., El Salto, México, agutierrez@kao.com

COMITÉ IMPULSO PROFESIONAL Sergio Serment Moreno Juan Adrián Ramírez Escobar Esteban Salinas Canessa Francisco Ramos Omar Viveros Carrera Carlos Salazar García

INTRODUCCIÓN Desde finales de la década de 1990, la durabilidad y el agrieta-

Janis Marlene Gutiérrez Torres

miento del pavimento se han convertido en la principal preo-

Andrés Martínez Rebollar

cupación en los pavimentos asfálticos. Antes de que surgiera

Dante Alejandro Díaz Orta José Rafael Bernal Padilla

en Estados Unidos el Programa Estratégico de Investigación de

Israel González Fernández

Carreteras (SHRP), la primera inquietud al respecto era la defor-

Daniela Bocanegra Martínez

mación permanente y, por tal motivo, dicho programa se enfocó

Leonardo Ambrosio Ochoa Ambriz Rey Omar Adame Hernández

en solucionarla mediante mejoras en la calidad del agregado,

José de Jesús Espinosa

en el diseño de la mezcla y en el ligante asfáltico, mediante la

Carlos Adolfo Coria Gutiérrez Alfonso Díaz Pichardo

adición de polímeros. Con estas mejoras, prácticamente se ha

Noé Hernández Fernández

logrado reducir la deformación permanente, pero el problema de

Pedro Limón Covarrubias Manuel Waimen Poon Paciano Santiago Santiago

fisuración por fatiga y agrietamiento aún no se ha solucionado, por lo que es momento de emplear todos los recursos disponibles para incrementar la durabilidad de los pavimentos asfálticos [I].

Esto nos motiva a proponer un nuevo método para determinar el potencial de fractura del ligante asfáltico.

Las especificaciones del ligante asfáltico creadas en el programa SHRP, referidas como SUPERPAVE, y establecidas en la norma AASHTO M 320-19, abordaban los problemas de fisuración por fatiga y de agrietamiento transversal a baja temperatura, también creaban el parámetro de [G*sinδ] para el control de la fisuración por fatiga, limitándolo a 5000 KPa como máximo a una temperatura intermedia al utilizar el reómetro de corte dinámico.

Mientras tanto, para el control de agrietamiento transversal a ASFÁLTICA 70

79

80

baja temperatura se creó el parámetro de la

de modo que podríamos agruparlos en dos

medición de la pendiente y la curva de rigi-

grandes grupos, y serían: 1) los que utilizan

dez vs. tiempo “m”, limitada al valor absoluto

una carga monotónica (Semi-Circular Bend

de 0.300 como mínimo, en conjunto con el

Illinois SCB test AASHTO TP124-18, ensayo

valor de la rigidez “S” al valor de 300 MPa

Fénix, Indirect Tension IDT AASHTO T322,

como máximo, y empleando el reómetro de

Disk-Shaped Compact Tension DCT test

viga de flexión (BBR).

ASTM D7313-13), y 2) los que utilizan una

Los parámetros de control del BBR pare-

carga cíclica (Bending Beam Fatigue BBF

cen realizar un buen trabajo al abordar el

test AASHTO T321, Texas Overlay Test OT Tex

agrietamiento transversal a baja tempera-

248-F, ensayo de fatiga de viga a flexión en

tura, no así con el reómetro de corte diná-

tres puntos UNE-EN 12697-24:2006) [IV, V].

mico DSR, ya que el parámetro [G*sinδ] no

Los ensayos bajo carga monotónica propor-

ha funcionado, por lo que en muchos países

cionan los datos necesarios para crear una

se lleva a cabo un extenso estudio para tratar

gráfica que describe una curva de fuerza o

de reemplazarlo [I]. Así surge la oportunidad

carga vs. desplazamiento, donde la zona

de desarrollar nuevos métodos con sus res-

posterior a la fuerza máxima es de gran

pectivos parámetros de control, tal como el

importancia, pues es ahí donde comienza

LAS (Linear Amplitude Sweep Test), descrito

el proceso de fisuración que desemboca en

en AASHTO TP 101-12 (2018), que realiza un

la fractura. Los ensayos bajo carga cíclica

barrido de frecuencia y después uno de defor-

proporcionan una ley de fatiga basada en un

mación lineal para obtener una ley de fatiga

modelo potencial donde el número de ciclos

que expresa un modelo potencial, donde el

a la falla está en función de la deformación

número de ciclos a la falla está en función de

aplicada al utilizar una frecuencia y tempe-

la deformación aplicada, muy similar a la ley

ratura constantes.

de fatiga obtenida por los ensayos de mez-

De los métodos anteriores, los más

clas asfálticas que utilizan cargas dinámicas

prácticos y económicos son el SCB Illinois

con microdeformaciones y frecuencias cons-

AASHTO TP 124-18 y el ensayo Fénix [IV]. El

tantes durante mucho tiempo.

primero consiste en determinar el esfuerzo

Respecto a las mezclas asfálticas, tanto

necesario para fisurar una probeta semici-

en América como en Europa, su diseño se

líndrica de mezcla asfáltica aplicando un

enfocó en evaluar el control de deforma-

esfuerzo de tensión indirecta para producir

ciones plásticas mediante diversos ensayos

la fractura de esta, la carga es monotónica

de pista, y dejó en segundo plano el com-

y se aplica a una velocidad de deformación

portamiento a la fisuración de las mezclas

constante y a una temperatura de 25 °C;

(II, III), aunque este último es uno de los

esta carga se grafica en función del des-

principales tipos de fallo de los pavimen-

plazamiento de la misma, y de ahí se obtie-

tos asfálticos. Sin embargo, últimamente

nen diversos parámetros como la energía

los investigadores se han esforzado y han

de fractura (Gf), pendiente posterior al pico

desarrollado numerosos ensayos para eva-

(m) e índice de flexibilidad (FI), que permi-

luar este comportamiento a la fisuración,

ten describir la resistencia a la fisuración y

ABRIL-JUNIO 2022

fractura de la mezcla asfáltica. La metodología del ensayo Fénix consiste en someter media probeta cortada por un plano diametral a un esfuerzo de tracción directa para provocar su fractura, simulando la propagación de una fisura en una capa de mezcla asfáltica. Mediante los resultados conseguidos a partir de la curva carga–desplazamiento, se obtienen los parámetros de energía disipada (GD), índice de tenacidad (IT), índice de rigidez al corte (IRT) y tensión máxima (TMáx), que permiten describir la resistencia a la fisuración y fractura de la mezcla asfáltica (II, IV).

DESCRIPCIÓN DE ESTE NUEVO MÉTODO DE PRUEBA PARA EVALUAR EL POTENCIAL DE FRACTURA DEL LIGANTE ASFÁLTICO Dado que los métodos SCB Illinois AASHTO TP 124-18 y Fénix son los más prácticos y económicos, nos propusimos crear un método para definir el potencial de fractura del ligante asfáltico basado en los mismos parámetros de control que utilizan dichos métodos. Es decir, aplicamos un esfuerzo cortante en forma cíclica a una muestra de ligante asfáltico, deformándolo a una velocidad y temperatura constantes; esta deformación es convertida a desplazamiento para obtener una curva de carga vs. desplazamiento, también llamada fuerza-desplazamiento, similar a la de los métodos SCB y Fénix, por lo que, a partir de la misma, se consiguen los mismos parámetros de control de la fisuración, con los cuales el diseñador de la mezcla asfáltica obtendrá el mejor ligante, y así, podrá jugar con las demás variables de diseño para lograr la mejor mezcla, resistente a la fisuración por fatiga y a la deformación permanente. Este nuevo método de prueba cubre la determinación de la energía de fractura (Gf) o la energía disipada (GD) del ligante asfáltico, derivadas de la curva de carga-desplazamiento.

Los datos de la misma se obtienen del reómetro de corte dinámico que realiza una prueba de barrido de amplitud (deformación) empleando incrementos de carga que aumentan linealmente la deformación a una temperatura intermedia y frecuencia constantes. La temperatura, así como la frecuencia, son constantes durante la prueba, pero se pueden cambiar en función de la cantidad de deformación a la cual se desea obtener la fractura.

Por ejemplo, a una temperatura 25 °C y frecuencias mayores de 20 Hz, la fractura ocurre a bajos porcentajes de deformación (ver Figura 3); en cambio, a una temperatura de 25 °C y frecuencias iguales o menores a 15 Hz, la fractura ocurre después del 100 % de ASFÁLTICA 70

81

deformación, lo que permite seguir deformando el ligante asfáltico después de aplicar la carga máxima y obtener una completa curva de carga-desplazamiento (ver Figura 3). Por este motivo, se sugieren estos últimos parámetros para realizar este ensayo, específicamente 25 °C y 10 Hz. El ligante asfáltico utilizado en la prueba puede ser el original, después del ensayo RTFO (AASHTO T 240), después del ensayo PAV (AASHTO R28), seguido de dos o más veces el ensayo PAV o cualquier condición de oxidación del ligante asfáltico. Este nuevo método también incluye dos procedimientos para calcular los parámetros relevantes derivados de la curva carga-desplazamiento, y son: A. Procedimiento Illinois. Está basado en los mismos parámetros

que utiliza el método de prueba AASHTO TP 124-18 (Semi-Circular Bending Test SCB) (VIII) y, por lo tanto, de la curva carga-desplazamiento se obtiene el valor absoluto de la pendiente [m] de la curva en la zona posterior a la fuerza máxima aplicada. Con este valor, junto con la energía de fractura (Gf), se calcula el índice de flexibilidad (IF), indicativo del potencial de resistencia de fractura del ligante. Mientras más alto sea el IF, mayor será su potencial de resistencia a la fractura. El índice de flexibilidad se calcula dividiendo la energía de fractura entre el valor absoluto de la pendiente de la curva carga-desplazamiento en la zona posterior a la fuerza máxima, por lo que, para que el ligante tenga un alto índice de flexibilidad, será necesario que posea una gran cantidad de energía de fractura, pero también la capacidad de deformarse en la zona posterior a la fuerza máxima de la curva carga-desplazamiento. Esto significa que el valor negativo de la pendiente debería ser lo más cercano a 0 o, en otras palabras, la pendiente debe presentar el mayor ángulo posible, y la interpretación física sería que un ligante asfáltico con un alto índice de flexibilidad actuaría como un ligante dúctil.

B. Procedimiento Fénix. Se basa en los mismos parámetros que

utiliza el ensayo Fénix [II, IV] y, por lo tanto, de la curva carga-desplazamiento se obtienen la energía disipada (GD), el índice de rigidez al corte (IRT), la tensión máxima (Tmáx) y el índice de tenacidad (IT), indicativo del potencial de resistencia de fractura del ligante. Mientras más alto sea este valor, mayor será su potencial de resistencia a la fractura. En este procedimiento se incluye un nuevo parámetro denominado índice de tenacidad plástico (ITP).

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ABRIL-JUNIO 2022

Fundamentos teóricos de la prueba del método propuesto La prueba requiere un reómetro de corte dinámico (DSR) y se lleva a cabo colocando una pequeña cantidad de ligante asfáltico entre dos platos metálicos de 8 mm de diámetro, de los cuales, el inferior permanece fijo y el superior gira repetidamente en forma oscilatoria, de tal forma que un solo ciclo de carga ocurre cuando el plato superior gira en dirección en contra de las manecillas del reloj desde su posición cero (A) a la posición (C), después gira en sentido de las manecillas del reloj hasta la posición (D), y por último, en sentido contrario a las manecillas del reloj hasta la posición (A) (VI, VII), tal como lo muestra la Figura 1.

Figura 1. Movimiento del plato superior durante la prueba del método propuesto.

La prueba comienza al aplicar un esfuerzo de corte (shear stress) necesario para deformar la muestra del ligante asfáltico 0.1 % (initial strain 0.1 %) y, después de 10 ciclos, alcanza una deformación del 0.2 %, y así sucesivamente hasta completar el 100 % de deformación.

La prueba realiza 1010 mediciones (1010 puntos) con 10 100 ciclos totales. La rapidez con la que el equipo realiza los ciclos dependerá de la frecuencia que utilicemos en la prueba. Por ejemplo, si se realiza a una frecuencia de 10 Hz (10 ciclos por segundo), el tiempo que dura el reómetro deformando el ligante entre 0.1 % y 0.2 % será de un segundo, por lo que el tiempo total de la prueba será de 1010 segundos; si cambiamos la frecuencia a 20 Hz con 10 100 ciclos totales, entonces la prueba durará 505 segundos (la mitad del tiempo que con 10 Hz), y si utilizamos 5 Hz con 10 100 ciclos totales, entonces la prueba durará 2020 segundos (el doble de tiempo que con 10 Hz). La deformación (strain) que sufre el ligante será igual a la distancia [A-C] entre la distancia que existe entre los platos paralelos [A-B] (VI), y si esta distancia es de 1000 mm (recomendación), la deformación será igual al desplazamiento (este es igual al desplazamiento angular [Φ] multiplicado por el radio [O-A](VI)) entre la distancia entre platos [A-B] (VI). Dicho desplazamiento, expresado en milímetros, se incrementa a una velocidad constante, lo que requiere una determinada fuerza (KN), y al graficar los datos de la fuerza o carga vs. desplazamiento, se obtiene una curva que describe una fuerza máxima a una determinada deformación expresada en desplazamiento.

ASFÁLTICA 70

83

La prueba puede hacerse a cualquier condición de oxidación del asfalto y a cualquier temperatura, pero esta, igual que la frecuencia, deben permanecer constantes durante todo el ensayo. En la gráfica de la Figura 2 podemos observar las curvas de carga vs. desplazamiento de un ligante asfáltico grado PG 70-22 después de la condición de oxidación PAV (AASHTO R28) a diferentes temperaturas y una frecuencia de 10 Hz. Claramente se observa cómo el ángulo de la pendiente de la curva en la zona postpico va disminuyendo conforme disminuye la temperatura. Este patrón de conducta lo muestran todos los ligantes, y también se observa al utilizar mezclas asfálticas con los métodos SCB y Fénix, solo que con diferentes valores de fuerza y desplazamiento, dada la diferencia de tamaños y composiciones de las muestras que se utilizan en cada ensayo (II, IV).

Figura 2. Variación de la pendiente en la zona postpico conforme cambia la temperatura para un ligante asfáltico PG 70-22 después de PAV al utilizar una frecuencia de 10 Hz.

De las curvas carga vs. desplazamiento de la Figura 2 se obtienen los parámetros que utiliza el método SCB Illinois, como la energía de fractura Gf y el índice de flexibilidad IF del ligante asfáltico PG 70-22, y los parámetros que utiliza el método Fénix, como la energía disipada GD en toda la curva y en la zona postpico, así como el índice de tenacidad IT de este ligante asfáltico (ver Tabla 1).

La prueba puede hacerse a cualquier condición de frecuencia pero a temperatura constante, tomando en cuenta que, a frecuencias altas, el ligante se comporta como un sólido viscoelástico y que, a bajas frecuencias, como un líquido viscoelástico. Esto se manifiesta claramente en las curvas carga o fuerza vs. desplazamiento de la Figura 3, donde, utilizando un ligante asfáltico grado PG 70-28 después de RTFO y a 25 °C, observamos que el ángulo de la pendiente de la curva en la zona postpico va disminuyendo conforme aumenta la frecuencia. Este patrón de conducta lo muestran todos los ligantes y también se presenta en las mezclas asfálticas al utilizar los métodos SCB y Fénix, con la diferencia de los altos valores de fuerza y desplazamiento, debida a las composiciones y tamaños de las muestras que se utilizan en cada ensayo.

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Tabla 1. Parámetros de control obtenidos de las curvas carga vs. desplazamiento de la Figura 2.

Parámetros del método SCB Illinois AASHTO TP 124-18 Temperatura de prueba (°C)

Energía de fractura Gf (Joules/m2)

Índice de flexibilidad IF

15

3535.12

3.85

20

2931.19

5.79

25

2146.79

6.45

30

1536.55

6.30

Parámetros del ensayo Fénix Temperatura de prueba (°C)

Energía disipada GD (Joules/m2)

Energía disipada en zona postpico GD (Joules/m2)

Índice de tenacidad IT ((Joules/m2)*mm)

15

3535.12

2454.21

417.22

20

2931.19

2036.27

427.72

25

2146.79

1395.15

313.91

30

1536.55

918.71

200.28

Figura 3. Variación de la pendiente conforme cambia la frecuencia para un ligante asfáltico PG 70-28 después de RTFO utilizando una temperatura de 25 °C.

RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE FRACTURA DE DIVERSOS LIGANTES Y MEZCLAS ASFÁLTICAS UTILIZANDO ESTE NUEVO MÉTODO DE PRUEBA Primera evaluación En esta evaluación se utilizó un ligante asfáltico PG 70-28 y uno PG 76-22, y después de ser oxidados en el horno de la película delgada conforme al procedimiento AASHTO T 240, fueron sometidos al ensayo propuesto en estudio a una temperatura de 25 °C y una frecuencia de 10 Hz con lo que se obtuvieron las respectivas curvas de carga vs. desplazamiento, mostradas ASFÁLTICA 70

85

en la gráfica de la Figura 4 (a). Con estos mismos ligantes se fabricaron mezclas asfálticas para determinar los parámetros requeridos por el método SCB Illinois AASHTO TP 124-18. Sus respectivas curvas se muestran en la gráfica de la Figura 4(b).

Figura 4. Curvas fuerza vs. desplazamiento del ligante asfáltico (a) y de la mezcla asfáltica (b).

Al comparar las gráficas de la Figura 4, nos damos cuenta de que las curvas carga-desplazamiento siguen un mismo patrón de conducta, es decir, tanto el ligante asfáltico grado PG 76-22 como su mezcla asfáltica presentaron mayor área bajo la curva, mayor carga, menor desplazamiento a la carga máxima y menor pendiente. Para poder establecer un patrón comparativo se elaboró la Tabla 2, donde se manifiestan todos los parámetros de este nuevo método propuesto utilizando el procedimiento Illinois, y se comparan con los parámetros de la mezcla según el método AASHTO TP124-18.

Segunda evaluación En esta evaluación se utilizó un ligante asfáltico PG 70-28 y uno PG 76-22, y después de ser oxidados en el horno de la película delgada conforme al procedimiento AASHTO T 240, fueron sometidos al ensayo propuesto en estudio a una temperatura de 25 °C y frecuencia de 10 Hz, con lo que se obtuvieron sus respectivas curvas de carga-desplazamiento, mostradas en la gráfica de la Figura 4 (a). Con estos mismos ligantes se fabricaron mezclas asfálticas según el método SCB AASHTO TP124-18 (pues no contamos con el equipo Fénix), pero utilizando los parámetros requeridos por el ensayo Fénix. Sus respectivas curvas se muestran en la gráfica de la Figura 4 (b), y son las mismas que en la primera evaluación. Al compararlas, nos damos cuenta de que las curvas siguen un mismo patrón de conducta, es decir, tanto el ligante asfáltico grado PG 76-22 como su mezcla asfáltica presentaron 86

ABRIL-JUNIO 2022

Tabla 2. Parámetros de este nuevo método propuesto utilizando el procedimiento Illinois y parámetros Illinois con el método de mezcla AASHTO TP 124-18.

Nuevo método de prueba Illinois (ligante asfáltico)

Método de prueba de mezclas asfálticas AASHTO TP 124-18 (mezcla asfáltica)

Grado PG del ligante utilizado

76-22

70-28

76-22

70-28

Grado de oxidación del ligante asfáltico en la prueba

Después de RTFO AASHTO T 240

Después de RTFO AASHTO T 240

No es conocido.

La mezcla se dejó envejecer en el horno por 2 horas a 150 °C

No es conocido.

La mezcla se dejó envejecer en el horno por 2 horas a 150 °C

Desplazamiento carga máxima umáx(mm)

0.200

0.230

1.05

1.44

Relación umáx Carga máxima, Pmáx (kN)

(0.200/0.230) = 0.87 0.023

Relación Wf

0.013

3.7

2.6

(0.023/0.013) = 1.77

Relación carga máxima Pmáx Trabajo de fractura Wf (Joules)

(1.05/1.44) = 0.73

0.00935

(3.7/2.6) = 1.42

0.00645

(0.00935/0.00645) = 1.45

6.0315

5.9366

(6.0315/5.9366) = 1.02

Área de fractura (mm2)

2

2

2998.8

3083.39

Energía de fractura Gf (Joules/m2)

4675

3225

2011.31

1925.03

(4675/3225) = 1.45

Relación Gf Índice de flexibilidad (IF)

6.31

Relación IF Pendiente (m) Relación (m)

9.06 (6.31/9.06) = 0.70

-0.0740363

-0.035593725

(-0.0740363/-0.035593725) = 2.08

(2011.31/1925.03) = 1.05 6.27

12.42

(6.27/12.42) = 0.51 -3.21

-1.55

(-3.21/-1.55) = 2.07

mayor área bajo la curva, mayor carga y menor desplazamiento a la carga máxima. Para poder establecer un patrón comparativo se elaboró la Tabla 3, donde se manifiestan todos los parámetros de este nuevo método propuesto utilizando el procedimiento Fénix, y se comparan con los de la mezcla asfáltica fabricada según el método SCB AASHTO TP124-18, pero utilizando los parámetros Fénix.

Tercera evaluación Con el objetivo de evaluar el potencial de fractura de diversos ligantes asfálticos procedentes de diferentes países pero con el mismo grado PG de 64-22 (el más utilizado), y con un valor de la prueba de penetración a 25 °C entre 50 y 80 décimas de milímetro para todos ellos, se utilizó este nuevo método de prueba con las muestras de los ligantes después de ser oxidados por las pruebas RTFO (AAHSTO T-240) y PAV (AAHSTO R28), tras las cuales se obtuvieron sus respectivas curvas de carga vs. desplazamiento, lo que ayudó a determinar los parámetros de control utilizando los procedimientos Illinois y Fénix.

ASFÁLTICA 70

87

Tabla 3. Parámetros de los ligantes asfálticos PG 76-22 y PG 70-28 utilizando este nuevo método propuesto según el procedimiento Fénix y de la mezcla asfáltica con estos ligantes.

Nuevo método de prueba con el procedimiento Fénix (ligante asfáltico)

Método de prueba AASHTO TP 124-18 con parámetros Fénix (mezcla asfáltica)

Grado PG del ligante utilizado

76-22

70-28

76-22

70-28

Grado de oxidación del ligante asfáltico en la prueba

Después de RTFO AASHTO T 240

Después de RTFO AASHTO T 240

No es conocido.

La mezcla se dejó envejecer en el horno por 2 horas a 150°C

No es conocido.

La mezcla se dejó envejecer en el horno por 2 horas a 150°C

Desplazamiento a la carga máxima dm (mm)

0.200

0.230

1.02

1.44

Relación dm Desplazamiento a 0.5% de FMáx d0.5M (mm) Relación d0.5M Carga máxima, FMax (kN) Relación carga máxima FMáx Trabajo de fractura Wf (Joules) Relación Wf

(0.200/0.230) = 0.87 0.390

0.470

(1.05/1.44) = 0.73 1.90

(0.390/0.470) = 0.83 0.023

0.013

2.62 (1.90/2.62) = 0.73

3.7

2.6

(0.023/0.013) = 1.77 0.00935

0.00645

(0.00935/0.00645) = 1.45

(3.7/2.6) = 1.42 6.0315

5.9366

(6.0315/5.9366) = 1.02

Área de fractura (mm2)

2

2

2998.8

3083.39

Energía disipada GD (Joules/m2)

4675

3225

2011.31

1925.03

Relación GD Energía disipada en zona postpico GD (Joules/m2) Relación GD en zona postpico Índice de tenacidad IT ((Joules/m2)*mm) Relación IT Índice de rigidez ITR ((Joules/m2)* mm) Relación ITR

(4675/3225) = 1.45 3120

2350

(2011.31/1925.03) = 1.05 1141

(3120/2350) = 1.33 561.6

611.0

(561.6–611.0) = 0.92 0.031430

0.018056

(0.031430/0.018056) = 1.74

1103 (1141/1103) = 1.04

1004.0

1290.5

(1004.0–1290.5) = 0.78 1.0

0.5 (1.0/0.5) = 2.0

La gráfica de la Figura 5 muestra la curva de estos ligantes, y cabe aclarar que en la prueba se utilizó este método propuesto con una temperatura de 25 °C y una frecuencia de 10 Hz. En la Tabla 4 se muestran los parámetros utilizando el procedimiento Illinois de la curva carga vs. desplazamiento de todos estos ligantes grado PG 64-22, considerando que en la prueba se utilizó este método propuesto con las condiciones físicas de una temperatura de 25 °C, una frecuencia de 10 Hz y el ligante asfáltico fue previamente oxidado en las pruebas de RTFO y PAV. 88

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 5. Gráfica carga-desplazamiento de ligantes asfálticos procedentes de diferentes países después de RTFO Y PAV con el mismo grado PG de 64-22.

Tabla 4. Resultados de los parámetros de control utilizando el procedimiento Illinois de los diferentes ligantes asfálticos PG 64-22 después de PAV. País de procedencia del asfalto

México

España

USA

Colombia

Ecuador

Chile

Malasia

Grado PG

64-22

64-22

64-22

64-22

64-22

64-22

64-22

Condición de

RTFO

RTFO

RTFO

RTFO

RTFO

RTFO

oxidación

PAV

PAV

PAV

PAV

PAV

PAV

0.143

0.100

0.120

0.130

0.155

0.130

0.105

0.0235

0.0305

0.0352

0.0175

0.0165

0.0346

0.0188

0.0100221

0.006407

0.013429

0.006041

0.006232

0.015648

0.003781

Gf (Joules/m2)

5011.05

3203.57

5314.3

3020.55

3116.19

4823.81

1890.48

Índice de flexibilidad

7.90

1.94

3.84

5.13

5.42

3.36

1.80

Pendiente (m)

-0.06341

-0.16537

-0.13811

-0.058822

-0.05754

-0.14359

-0.10533

Desplazamiento carga máxima Umáx (mm) Carga máxima Pmáx

RTFO PAV

Trabajo de fractura Wf (Joules) Energía de fractura,

En la Tabla 5 se muestran los parámetros de la curva carga-desplazamiento de todos estos ligantes asfálticos grado PG 64-22 según el método Fénix, con el método propuesto, y con una temperatura de 25 °C, una frecuencia de 10 Hz y el ligante asfáltico utilizado fue previamente oxidado en las pruebas de RTFO y PAV.

ASFÁLTICA 70

89

Tabla 5. Resultados de los parámetros de control utilizando el procedimiento fénix de los diferentes ligantes asfálticos PG 64-22 después de PAV. País de procedencia del asfalto

México

España

USA

Colombia

Ecuador

Chile

Malasia

Grado PG

64-22

64-22

64-22

64-22

64-22

64-22

64-22

Condición de oxidación

RTFO PAV

RTFO PAV

RTFO PAV

RTFO PAV

RTFO PAV

RTFO PAV

RTFO PAV

Desplazamiento carga máxima dm (mm)

0.143

0.100

0.120

0.130

0.155

0.130

0.105

Desplazamiento a 0.5% de FMáx d0.5M (mm)

0.380

0.210

0.282

0.320

0.350

0.280

0.220

Carga máxima FMáx(KN)

0.0235

0.0305

0.0352

0.0175

0.0165

0.0346

0.0188

Energía disipada GD (Joules/m2)

5011.1

3203.6

5341.3

3020.6

3116.2

4823.8

1890.5

Índice de tenacidad, ((Joules/m2)*mm)

887.2

239.2

623.7

414.4

423.3

488.5

144.4

Índice de rigidez ITR (Joules/m2)*mm

0.04417

0.08472

0.0880

0.03739

0.02989

0.07864

0.05663

Cuarta evaluación Este estudio pretende lograr una nueva forma de seleccionar el mejor ligante asfáltico resistente a la deformación permanente y a la fisuración por fatiga. Para el parámetro del control de la deformación permanente, se utilizará el valor del compliance Jnr, obtenido de acuerdo con el método de prueba AASHTO T350 Multiple Stress Creep Recovery (MSCR), y para el control de la fisuración por fatiga, se empleará el valor del índice de flexibilidad o el índice de tenacidad, obtenidos según este nuevo método de prueba. La gráfica de la Figura 6 sería la propuesta de este estudio para el grado de selección de un ligante asfáltico de alto desempeño que se basa en un ligante resistente a la fisuración por fatiga con un índice de flexibilidad entre 10 y 14, pero también a la deformación permanente (plástica) con un valor de plasticidad Jnr a 3.2 KPa entre 0 y 0.5 KPa-1.

La gráfica de la Figura 6 sería la nueva propuesta de este estudio para el grado de selección de un ligante asfáltico de alto desempeño que se basa en un ligante resistente a la fisuración por fatiga con un índice de flexibilidad entre 10 y 14, pero también resistente a la deformación permanente (plástica) con un valor de plasticidad Jnr entre 0 y 0.5 K Pa-1 aplicando un esfuerzo de 3.2 KPa. La gráfica de la Figura 7 sería la otra propuesta de este estudio para el grado de selección de un ligante asfáltico de alto desempeño que se basa en un ligante resistente a la fisuración por fatiga con un índice de tenacidad entre 1500 y 2000 (Joules/m2) *mm, pero también a la deformación permanente (plástica) con un valor de plasticidad Jnr entre 0 y 0.5 Kpa-1, aplicando un esfuerzo de 3.2 KPa. 90

ABRIL-JUNIO 2022

Figura 6. Gráfica para la selección de un ligante asfáltico resistente a la fisuración por fatiga (alto índice de flexibilidad) y resistente a la deformación permanente (bajo valor de plasticidad Jnr a 3.2 KPa).

Figura 7. Gráfica para la selección de un ligante asfáltico resistente a la fisuración por fatiga (alto índice de tenacidad) y a la deformación permanente (bajo valor de plasticidad Jnr a 3.2 KPa).

CONCLUSIONES El método de prueba propuesto en este estudio consiste en aplicar una carga en forma de esfuerzo cortante a una muestra de ligante asfáltico a ciertas condiciones de temperatura y frecuencia para que este se deforme en forma progresiva y lineal, y genere un daño en ASFÁLTICA 70

91

su estructura. Esta deformación es convertida a desplazamiento, y con estos datos se elabora una gráfica de carga vs. desplazamiento que nos proporciona diversos parámetros para determinar el potencial de fractura de cualquier ligante asfáltico.

Este método proporciona los datos necesarios para elaborar la gráfica carga vs. desplazamiento al obtener los parámetros de índice de flexibilidad (IF), si se utiliza el procedimiento Illinois, e índice de tenacidad (IT), si se utiliza el procedimiento Fénix, con un coeficiente de variación del 2 %. También proporciona los datos necesarios para elaborar la gráfica carga vs. desplazamiento a diferentes temperaturas.

Este método proporciona los datos necesarios para elaborar la gráfica carga vs. desplazamiento a diferentes frecuencias.

Los parámetros de índice de flexibilidad (IF) e índice de tenacidad (IT) obtenidos con el método propuesto, en conjunto con el valor de plasticidad (Jnr), conseguidos al utilizar la prueba MSCR AASHTO T350, nos permiten determinar un ligante asfáltico resistente a la fisuración por fatiga y a la deformación permanente (plástica), y con este ligante, el diseñador de la mezcla asfáltica podrá encontrar la formulación óptima de la misma.

La curva siempre describe una carga máxima a la que corresponde un determinado desplazamiento. Los ligantes más rígidos presentaron una alta carga máxima expresada en kilo Newtons a un desplazamiento menor en comparación con los ligantes más dúctiles.

El desplazamiento total del ligante en la prueba es de 1.0 mm, siempre y cuando la frecuencia utilizada en la misma sea menor a 20 Hz. Los parámetros obtenidos de la curva carga vs. desplazamiento se obtuvieron con dos metodologías denominadas Illinois y Fénix. En la primera, el principal parámetro de control es el índice de flexibilidad (IF), que determina la flexibilidad del ligante asfáltico basado en la pendiente de la curva en la zona próxima después de la carga máxima, y en la segunda, el parámetro principal es el índice de tenacidad (IT), que determina la tenacidad del ligante asfáltico basado en obtener la mayor área bajo la curva en la zona posterior a la carga máxima.

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[IV]. Evaluación del proceso de fisuración en las mezclas bituminosas mediante el desarrollo de un nuevo ensayo experimental-ensayo Fénix -realizada por Gonzalo Alfonso Valdés Vidal; Director, Dr. Félix Edmundo Pérez Jiménez. Barcelona-España, 2011.

[V]. Experimental Design for Field Validation of Laboratory Tests to Assess Cracking Resistance of Asphalt Mixtures. Draft Final Report Prepared for National Cooperative Highway Research Program Transportation Research Board of The National Academies. Fujie Zhou, David Newcomb,Charles Gurganus, Seyedamin Banihashemrad, Eun Sug Park,Maryam Sakhaeifar and Robert L. Lytton.

[VI]. Applied Rheology. First Edition. Thomas G. Mezger. ISBN 978-3-9504016-0-8.

[VII]. Asphalt Binder Testing. Third Edition. Asphalt Institute. ISBN 978-1-934154-64-9.

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ABRIL-JUNIO 2022