Evaluación mecánica del uso del asfalto espumado para estabilización de RAP | Comparativo de softwares de retrocálculo DAPS y ELMOD para la obtención de módulos elásticos | Efecto de la temperatura de compactación en el desempeño de mezclas asfálticas colocadas en la red carretera federal de México | Uso de la herramienta LCA Pave en el análisis de ciclo de vida para pavimentos en México | Modelación numérica de estructuras de pavimentos utilizadas hoy en día en la red carretera de México
Evaluación mecánica del uso del asfalto espumado para estabilización de RAP
APORTACIONES
Comparativo de softwares de retrocálculo DAPS y ELMOD para la obtención de módulos elásticos
APORTACIONES
Efecto de la temperatura de compactación en el desempeño de mezclas asfálticas colocadas en la red carretera federal de México
SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONIZACIÓN
Uso de la herramienta LCA Pave en el análisis de ciclo de vida para pavimentos en México
APORTACIONES
Modelación numérica de estructuras de pavimentos utilizadas hoy en día en la red carretera de México
Pavimentando el camino hacia un futuro sostenible
ASFÁLTICA, año 19, núm. 83, julio-septiembre 2025, es una publicación trimestral editada por la Asociación Mexicana del Asfalto, A.C., Camino a Sta. Teresa 187, Parques del Pedregal, Tlalpan, 14010, Ciudad de México. Tel. +52 55 5606 7962, asfaltica@amaac.org.mx. 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 30 de junio de 2025 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. Fotografía de portada: M.I. Eymard Ávila Vázquez.
Producción editorial CODEXMAS, S. de R.L. de CV.
EDITORIAL
Estimados amigos lectores de nuestra revista Asfáltica, en este número 83, se presentan diversos artículos resultado de la participación y cooperación de los Comités Técnicos para promover el conocimiento en el sector. Uno de ellos es el titulado Uso de la herramienta LCA PAVE en el análisis de ciclo de vida para pavimentos en México, en el que se emplea esta herramienta, desarrollada por la Federal Highway Administration (FHWA), para el Análisis del Ciclo de Vida (ACV) de los pavimentos, diseñada para la evaluación de impactos ambientales a nivel proyecto. En este trabajo se hace uso de la herramienta referida para realizar el ACV de dos mezclas asfálticas en caliente, comúnmente utilizadas como carpetas de rodadura en México: una mezcla densa y una mezcla tipo SMA.
El artículo Evaluación mecánica del uso del asfalto espumado para estabilización de RAP presenta un estudio del mejoramiento de mezclas asfálticas obtenidas de Reciclado de Pavimento Asfáltico (RAP), mediante el empleo de asfalto espumado como una técnica para lograr la estabilización del mástico, para obtener una mezcla asfáltica más sostenible y hacer un uso más eficiente de los materiales.
Asimismo, el artículo titulado Comparativo de softwares de retrocálculo DAPS y ELMOD para la obtención de módulos elásticos, muestra una comparación entre dos herramientas diseñadas para un mismo propósito. A partir de un conjunto común de datos de deflexiones recolectadas en campo bajo condiciones similares, se analiza la dispersión de resultados entre ambos programas, con el fin de identificar posibles correlaciones. Además, se incorpora un tercer software como referencia para verificar la consistencia de las mediciones. Estos últimos meses se ha continuado trabajando en favor de la Asociación y de la industria, sembrando en nuestros miembros más jóvenes, la importancia de crear espacios para ampliar nuestras redes de trabajo, intercambiar experiencias con expertos nacionales e internacionales y mejorar las prácticas actuales en nuestro país. Por lo anterior y con el gran trabajo del Comité de Impulso Profesional, se llevó a cabo el 3er Congreso Académico del Asfalto, Innovación y futuro en la infraestructura vial: el rol de las nuevas generaciones. Este evento se celebró los días 22 y 23 de mayo, en la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad
Autónoma de Nuevo León. Un evento que reunió a alumnos de ingeniería de varias universidades del país y que fue transmitido en línea a diferentes países.
Además, se llevaron a cabo diversos cursos especializados. Uno de ellos fue el denominado Diseño de mezclas asfálticas Marshall y por desempeño, basado en el Manual de Diseño de la normativa SICT, realizado en modalidad en línea del 28 al 30 de abril.
El curso Emulsiones asfálticas, fundamentos y aplicaciones en pavimentos asfálticos se impartió el 12 y 13 de mayo, en modalidad presencial, en las instalaciones de la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP).
Asimismo, el 14 de mayo se llevó a cabo, en modalidad en línea, el curso Marco normativo para los análisis de ciclos de vida y declaraciones ambientales de producto para mezclas asfálticas
Finalmente, del 2 al 4 de junio se realizó el curso Diseño y control de calidad de mezclas asfálticas, también en las instalaciones de la UDLAP, el cual incluyó una visita técnica a las instalaciones de ERGON Asfaltos México.
Como parte de los programas de capacitación en el marco del convenio con el Instituto Mexicano del Transporte (IMT) de la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes (SICT), se impartieron los siguientes cursos en las instalaciones del IMT: del 13 al 16 de mayo se llevó a cabo el Curso para laboratoristas - Categoría Asfaltos, y del 18 al 20 de junio, el curso correspondiente a Categoría Mezclas asfálticas nivel I y II.
Finalmente, con el apoyo de la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes a través de la Dirección General de Servicios Técnicos, se desarrolló el curso en línea denominado Prácticas recomendables en la producción y construcción de mezclas asfálticas convencionales, recicladas y por desempeño, llevado a cabo del 11 al 13 de junio. En este evento se contó con la participación, durante la ceremonia de inauguración, de la Ing. Laura Suárez Medina, Directora general de la Dirección General de Servicios Técnicos de la SICT.
En esta editorial, comunico a todos ustedes que estamos por concluir el trabajo realizado por el XIII Consejo Directivo de AMAAC, el cual tengo el honor de presidir. Hacia el cierre de actividades, continuamos preparando para todos ustedes: nuestros socios, autoridades y la sociedad en general, el XIII Congreso Mexicano del Asfalto, titulado Reciclado de pavimentos asfálticos: un proceso natural hacia infraestructura vial verde. Este magno evento se llevará a cabo del 20 al 22 de agosto de 2025 en la ciudad de Cancún, Quintana Roo. El Congreso ofrecerá a los asistentes un amplio programa técnico y exposición comercial de empresas que promocionan sus materiales, equipos y maquinaria utilizada en el sector. También se tendrán actividades deportivas, sociales y familiares, y la oportunidad de ampliar su red de negocios. Gracias al trabajo en equipo, este XIII Consejo Directivo realizó múltiples actividades. Personalmente, resalto a continuación cinco acciones que considero se destacan de las actividades regulares que esta Asociación realiza. Expreso mi deseo de que las mismas continúen en el tiempo, por su fuerte aportación al objetivo de nuestra organización.
1. La Expo-Asfalto dentro del marco del VIII Seminario Internacional del Asfalto. En este evento se reunieron 707 asistentes. La Expo-Asfalto se destacó como un espacio comercial de aproximadamente 4,000 m2 de maquinaria y equipo para nuestra industria. Se tuvieron físicamente diferentes equipos de tendido, compactación, plantas de
producción de mezclas asfálticas, equipo de laboratorio, entre otros, para que los asistentes tuvieran la oportunidad de comparar diferentes tecnologías e incluso adquirir los equipos presentes en sitio. Además, la Expo-Asfalto contó con un espectacular escenario, donde se llevaron a cabo pláticas técnico-comerciales, ideales para la promoción de diversas alternativas tecnológicas.
2. Creación del Archivo histórico de la AMAAC en su primera fase. Este proyecto consiste en la organización, catalogalización y clasificación de toda la información de AMAAC del año 2020 a la fecha. Se tienen ahora documentos, fotos, archivos electrónicos, entre otros, integrados a una base de datos de fácil y rápido acceso, ligada a su ubicación física o electrónica. Con ello, se busca preservar la historia de AMAAC y asegurar que permanezca en el tiempo.
3. Creación del Comité Técnico de Sostenibilidad y Descarbonización. Sin demeritar al resto de Comités Técnicos y su gran aportación, este nuevo Comité Técnico se está convirtiendo en uno de los pilares que requiere la industria para la situación actual del planeta. Así, nuestra AMAAC se posiciona como un pionero a nivel nacional en temas relativos a la sostenibilidad y economía circular en la industria del asfalto, ya que estos aspectos no pueden quedar fuera de nuestra visión como camineros.
4. Énfasis en los procedimientos constructivos. Tradicionalmente, la AMAAC ha integrado a todos los actores involucrados en la cadena productiva de los pavimentos asfálticos. En particular, la Asociación ha buscado constantemente tecnificar la industria. Un aspecto importante que se buscó impulsar en este XIII Consejo Directivo es la capacitación y conocimiento de los procedimientos constructivos correctos. De la mano del Comité de Construcción y Maquinaria, se incrementó tanto el número de cursos como la presencia de temas relacionados con procedimientos constructivos en los eventos organizados por la AMAAC. Esta estrategia busca fortalecer el conocimiento técnico en el sector, promoviendo la correcta ejecución de obras y fomentando la construcción de pavimentos asfálticos de alta calidad y mayor durabilidad.
5. Administración eficiente de los recursos económicos de la AMAAC. Durante el periodo correspondiente al XIII Consejo Directivo, nos sentimos honrados en haber logrado que todas las actividades realizadas generaran un remanente económico para la operación de la Asociación. Sabemos que AMAAC no es únicamente una Asociación que ofrece cursos, por lo que se buscaron actividades alternativas a los cursos que permitieran valor a los participantes, a la par de generar el ingreso necesario para la operación de la Asociación.
Al ser el último número de la revista Asfáltica donde tengo la oportunidad de escribir la carta editorial, en mi posición de Presidente del Consejo Directivo, aprovecho para expresar
por escrito mi agradecimiento por el apoyo recibido a toda la gente que participó en esta sensacional aventura.
En primer lugar, reconozco la labor, cooperación y disposición de los colaboradores de la oficina de AMAAC. Gracias a su trabajo y profesionalismo, todo esto ha sido posible en la dimensión en la que se ha logrado. Gran parte del prestigio y reconocimiento —incluso a nivel internacional— que hoy distingue a la AMAAC, es gracias al trabajo que ustedes realizan día a día.
En segundo lugar, quiero agradecer el apoyo y tiempo dedicado por todos los miembros del XIII Consejo Directivo. Sé que brindaron gran parte de su experiencia, tiempo y recursos para hacer posibles las múltiples actividades que desarrollamos durante estos dos años.
En tercer lugar, me gustaría agradecer al Consejo Consultivo. Su experiencia en el pasado reciente y su amplia visión han sido, y deben continuar siendo, una guía para el camino que año tras año construye nuestra Asociación.
Finalmente, cierro estos agradecimientos dirigiéndome a las personas que son la razón de existir de la AMAAC. Me refiero a nuestros asociados. Este Consejo Directivo y —particularmente— un servidor, buscamos en todo momento dar lo mejor de nosotros para que la AMAAC respondiera a sus necesidades (incluso las no expresadas explícitamente). Reconozco que en algunos aspectos pudimos haber quedado cortos, pero mantengo la ilusión de que, al final de este camino, habremos honrado de buena manera la confianza que depositaron en nosotros al elegirnos para liderar la Asociación en este periodo 2023-2025.
Mis mejores deseos a todos y sigamos “Pavimentando el camino hacia un futuro sostenible”.
Dr. Mauricio Centeno Ortiz Presidente del XIII Consejo Directivo
Pavimentando el camino hacia un futuro sostenible
20, 21 y 22 de agosto, 2025. Cancún, Quintana Roo.
Miércoles 20 de agosto
Torneo de futbol entre asfalteros
“Reciclado de Pavimentos Asfálticos: Un proceso natural hacia una infraestructura vial verde” ����������� h ����������� h
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Jueves 21 de agosto
Taller técnico “Tecnologías y Operación de Maquinaria para el Reciclado de Pavimentos Asfálticos”
Inauguración del XIII Congreso Mexicano del Asfalto y Expo-Asfalto
Expo-Asfalto
Cóctel de bienvenida
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Viernes 22 de agosto
Carrera atlética del asfalto
amaac.org.mx/xiiicma2025 ����������� h
Expo-Asfalto
Conferencias magistrales
Sesiones técnicas simultáneas
Asamblea General Ordinaria de Asociados de la AMAAC
Expo-Asfalto
Sesiones técnicas simultáneas
Conferencias magistrales
Entrega de premios:
Premio AMAAC Jorge A. Cabezut Boo
Premio Ibero Latinoamericano 2025
“Mujeres Destacadas en la Ingeniería de Pavimentos Asfálticos”
Toma de protesta XIV Consejo Directivo de la AMAAC
Clausura del XIII Congreso Mexicano del Asfalto
Comida de clausura
Programa sujeto a cambios sin previo aviso
EVALUACIÓN MECÁNICA DEL USO DEL
ASFALTO ESPUMADO PARA ESTABILIZACIÓN DE RAP
Jesús Murillón Duarte, Tecnológico Nacional de México Campus Uruapan, Uruapan, México, jesus.md@uruapan.tecnm.mx
Natalia Pérez García, Instituto Mexicano del Transporte, San Fandila, México, nperez@imt.mx
Mario Salazar Amaya, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, México, msalazar@umich.mx
APORTACIONES
1 RESUMEN
En esta investigación se realizó el estudio del mejoramiento de mezclas asfálticas obtenidas del Reciclado de Pavimento Asfáltico (RAP, por sus siglas en inglés), mediante el uso de asfalto espumado como técnica para lograr la estabilización del mástico. Esto con el fin de obtener una mezcla asfáltica sostenible dentro de la industria del asfalto, al eficientar el uso de materiales.
Para su evaluación, se realizaron ensayos de compresión simple, triaxial, límites de consistencia, granulometría, ensayo Marshall, TSR y deformación permanente, entre otros. En estos ensayos se observaron propiedades de desempeño de la mezcla de diseño, comparando porcentajes de 1.8, 2.0, 2.2 y 2.4% de asfalto espumado, así como un espécimen virgen, a fin de analizar las ventajas y desventajas de utilizar esta técnica en el diseño de mezclas para su uso en carreteras. Posteriormente, se aplicó en tramos de prueba para evaluar su desempeño tanto en laboratorio como en sitio, y así conocer su correlación final.
2 INTRODUCCIÓN
Hasta hoy, una carretera se compone de diferentes tipos de capas, las cuales deben cumplir ciertas características para garantizar un desempeño adecuado. Además, durante su construcción, es fundamental que funcionen correctamente y no presenten problemas a corto plazo [1].
Cuando un tramo carretero ha cumplido su vida útil o presenta fallas durante su funcionamiento, es posible retirar la carpeta asfáltica para reutilizarla, añadiendo aditivos que mejoren sus propiedades mecánicas [2]
Ante la problemática del constante deterioro de los pavimentos, el uso de aditivos contribuye a mejorar las propiedades del material recuperado. En este proyecto se contempla la reutilización de una carpeta asfáltica con asfalto espumado como aditivo, con el propósito de optimizar sus características y permitir su reincorporación en nuevas aplicaciones viales. El uso excesivo de recursos naturales ha llevado a desarrollar caminos más sostenibles, con menor impacto ambiental. En este contexto, se ha incorporado el uso de materiales que mitiguen dichos efectos, como el reciclado de pavimentos o el empleo de asfalto espumado, sin comprometer el desempeño de la mezcla, e incluso mejorándolo. Así, se promueven proyectos sostenibles dentro de la industria del asfalto. En cuanto al asfalto espumado, una máquina de expansión añade entre 1 y 3% de agua al RAP obtenido en campo. Al entrar en contacto con los agregados calientes, el agua se evapora de manera casi imperceptible, generando vapor que expande la mezcla entre un 20 y un 25% respecto a su tamaño original.
3 ANTECEDENTES
Para comenzar, es importante tener claros, a grandes rasgos, algunos de los términos y características que se utilizarán en este proyecto. El asfalto es un material derivado de la refinación del petróleo, compuesto por asfaltenos y maltenos, que puede emplearse como ligante asfáltico. En algunas ocasiones, se le añaden aditivos.
Una mezcla asfáltica es la combinación de agregados y ligante asfáltico (ver Figura 1). Ambos componentes se calientan antes del mezclado, y su colocación también requiere altas temperaturas. Por lo general, la mezcla contiene entre 93 y 97% de agregados, y entre 3 y 7% de asfalto [3].
Los materiales asfálticos se utilizan comúnmente en la construcción de pavimentos flexibles, morteros, impermeabilizantes y estabilización de bases granulares. Cabe señalar que su principal aplicación se encuentra en la construcción de carpetas asfálticas destinadas al tránsito de vehículos ligeros y pesados (Rivera et al., 2018).
El pavimento asfáltico reciclado, o RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), es el término utilizado para referirse a materiales reutilizados provenientes de capas asfálticas que, tras ser fresadas o demolidas, se optimizan mediante la incorporación de nuevos materiales a base de asfalto y, en algunos casos, agregados.
El RAP se obtiene de procesos de demolición de carpetas asfálticas en servicio y se emplea en trabajos de rehabilitación y construcción de estructuras de pavimento (ver Figura 2) [4]. Una vez demolido y tamizado, el material sigue un proceso específico según una fórmula de trabajo; luego se mezcla con asfalto y agregados para obtener nuevamente una mezcla asfáltica (Linares et al., 2020).
El asfalto espumado, o ligante expandido, se produce mediante un proceso mecánico en el que se inyecta una pequeña cantidad de agua (entre 1 y 2% del peso del ligante), con ayuda
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de aire presurizado, al asfalto caliente (entre 160 y 180 °C) dentro de una cámara de expansión. Esto genera de forma instantánea el efecto de espuma en el asfalto (ver Figura 3).
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asfalto caliente
boquilla asfalto espumado agua fría
cámara de expansión
Figura 1. Mezcla asfáltica vertida en camión volteo.
Figura 2. Obtención de RAP en carretera.
Figura 3. Estructura de tramo de prueba.
El efecto de espuma se produce cuando las pequeñas gotas de agua fría entran en contacto con el asfalto caliente, lo que provoca una transferencia de energía que eleva la temperatura del agua a más de 100 °C y la evapora de forma instantánea. Como resultado, se generan burbujas de vapor que quedan encapsuladas dentro del asfalto (Acuña, 2011).
4 METODOLOGÍA
En el proyecto realizado se utilizará pavimento asfáltico reciclado (RAP), proporcionado por el Instituto Mexicano del Transporte (IMT), y obtenido del reciclado de una carpeta asfáltica en Guanajuato, en la carretera Irapuato-La Piedad, con código IS20220930-34.
Para llevar a cabo un proyecto con asfalto espumado, es necesario conocer también el tipo de asfalto que se empleará en el proceso. En este caso, se usará asfalto con una clasificación de grado PG 64-22. Este será el segundo material principal, después del RAP previamente mencionado [4]
Finalmente, se incorporará un tercer material: un porcentaje de filler, que representa únicamente el 1% del total de la muestra. Para este propósito se utilizará cal hidratada, requerida durante el proceso de espumado.
Una vez descritos los materiales empleados en este proyecto, se deben realizar los procedimientos de prueba correspondientes al RAP, comenzando con la clasificación del material para seleccionar el adecuado para los ensayos de desempeño.
El primer paso es el cuarteo. El material inicial se criba con una malla de una pulgada, a fin de eliminar partículas mayores, ya que este es el tamaño máximo permitido
para los especímenes de laboratorio. Posteriormente, el material resultante se extiende para su secado. Este proceso dura aproximadamente una semana, durante el cual debe voltearse al menos una vez al día para favorecer la pérdida de humedad.
Una vez seco, el material se apila en forma de cono para proceder nuevamente al cuarteo, que consiste en reducir la cantidad de muestra de manera equitativa hasta obtener el volumen necesario para los ensayos.
La siguiente prueba a realizar sobre el RAP es la granulometría, cuyo objetivo es determinar los tamaños de las partículas de agregados finos y gruesos. Esta se lleva a cabo utilizando tamices calibrados, según los estándares del Instituto Mexicano del Transporte, y se basa en la norma “Análisis granulométrico de agregados finos y gruesos No. IT-006/ASTM C 136-14”.
El primer paso consiste en tomar una muestra de RAP previamente cuarteada. Se pesa una muestra de 15,000 gramos, que se coloca en charolas metálicas y se deja en un horno a 110 °C durante 24 horas, con el objetivo de secar completamente el material y así poder realizar el proceso granulométrico [5]
Una vez separados los agregados gruesos y finos mediante los distintos tamices, el material se acomoda en círculo según los tamaños de partícula, identificando cada fracción con la malla por la que pasó. Esta disposición, ilustrada en la Figura 4, sirve como referencia visual de los diferentes componentes del RAP.
El diseño de la mezcla con asfalto espumado comprendió los siguientes pasos: Primero, se determinó el contenido de agua necesario para espumar el asfalto. Para este proyecto, se estableció que la
cantidad óptima de agua es del 2.7%, aplicada a una temperatura de 170 °C. Estos valores se definieron con base en un proyecto previo (Pérez et al., 2022).
Posteriormente, se procedió a determinar el porcentaje óptimo de asfalto para la mezcla.
A continuación, se registraron los valores de peso volumétrico seco máximo y contenido de agua óptimo de la prueba Proctor modificada. Se pesaron muestras de 12.5 kg de agregado.
Se pesó el 1% de cal hidratada con respecto al peso del agregado seco. El agregado y el filler se mezclaron por un minuto (la duración de un ciclo).
Posteriormente, se determinó la cantidad de material necesaria para la compactación de los especímenes, con dimensiones de 15 cm de diámetro por 9.5 cm de espesor [6]. Se estableció la cantidad exacta de material a compactar en cada espécimen, asegurando que se alcanzara el peso volumétrico requerido. Los especímenes fueron compactados mediante un compactador giratorio, utilizando como referencia el peso volumétrico seco máximo, conforme a la prueba Proctor modificada (Pérez et al., 2022).
Se llevó a cabo el procedimiento para la preparación del agregado con asfalto espumado. La preparación de los especímenes fue similar a la utilizada previamente en el diseño de mezclas; sin embargo, en este caso, el agregado se mezcló únicamente con un 2.2% de asfalto espumado y un 1% de cal hidratada.
Figura 4. Material clasificado por tamaño.
Se realizó la prueba de resistencia en compresión simple, que consiste en colocar el espécimen en un marco como el mostrado en la Figura 5 y aplicarle una carga a velocidad de deformación controlada. En este caso, la velocidad se mantuvo en 1.2% por minuto. La prueba concluye cuando se presenta la falla del espécimen.
En el siguiente paso se realizaron las pruebas necesarias para obtener los módulos de
5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
resiliencia. Para ello, se aplicó el protocolo NCHRP 1-28A, titulado “Determinación del módulo de resiliencia para diseño de pavimentos flexibles”.
Durante la investigación, estas pruebas se llevaron a cabo utilizando el equipo triaxial cíclico, mostrado en la Figura 6. En esta prueba, se aplican al espécimen diferentes cargas y presiones de confinamiento, según el tipo de material ensayado [7]
el
A partir de los estudios realizados se obtuvieron las propiedades del material a utilizar. Los primeros datos corresponden a las características del RAP empleado, que se resumen en la Tabla 1
En la Figura 7 se muestra una de las granulometrías obtenidas a partir de las muestras de RAP. En dicha figura se observa que las gravas se alinean con la curva de límite superior, mientras que las arenas siguen la curva de límite inferior. Cabe señalar que no se realizó ninguna modificación adicional a la granulometría, excepto por la eliminación del material con tamaño mayor a 1.
Tabla 1. Características de la mezcla de RAP con asfalto espumado
Característica
Clasificación de acuerdo con el SUCS
líquido
de plasticidad
Figura 5. Prueba de resistencia a la compresión. Figura 6. Equipo triaxial para determinar
módulo de resiliencia.
del RAP de estudio.
Otra prueba que se debe conocer es la compactación del agregado que se usará. En la Figura 8 se muestra la curva de compactación Proctor modificada del agregado. De acuerdo con la gráfica, el contenido de agua óptimo fue de 7%, con un peso volumétrico seco máximo de 19.77 kN/m3 (Pérez et al., 2022).
en estudio limite inferior limite superior
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de agua (%)
Figura 8. Curva de compactación Proctor modificada del agregado en estudio.
Para controlar la compactación de todos los especímenes, se utilizó el contenido óptimo de agua y el peso volumétrico seco máximo. Sin embargo, se permitió una variación de ±0.5% en el contenido de agua y ±1% en el peso volumétrico seco. La determinación del porcentaje óptimo de asfalto para espumar se basó en pruebas de tensión indirecta (TSR), cuyos resultados se muestran en la Tabla 2
Figura 7. Gráfica de granulometría
Tabla 2. Características de los especímenes después de la compactación y posterior al curado.
Asfalto espumado % No. de espécimen
Características después de compactar Características después del curado 1234512345
Ym (kN/m3)19.5719.6819.6319.5519.7519.1619.3519.2419.2519.43
La Tabla 3 resume las resistencias a la tensión indirecta, así como el valor calculado de TSR. Además, en la Figura 9 se muestra la relación entre el porcentaje de asfalto espumado y el valor de TSR. A partir de estos resultados, se determinó que el contenido óptimo de asfalto espumado es del 2.2%.
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150 DINosaur Book 6 pt
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Iosevka Fixed 5 pt material en estudio limite inferior limite superior asfalto espumado (%)
Figura 9. Relación entre porcentaje de asfalto espumado y TSR.
Tabla 3. Resultados de resistencia a tensión y valores de TSR.
6 CONCLUSIONES
En esta investigación se analizaron los efectos de la aplicación del asfalto espumado con el objetivo de mejorar la cohesión de mezclas asfálticas a base de RAP, y así comenzar a crear una base teórica sobre el uso de esta metodología.
La aplicación de asfalto espumado tuvo un impacto positivo en la construcción de la mezcla asfáltica a base de RAP, ya que mejoró sus propiedades de adherencia y mostró resultados positivos en las pruebas de TSR.
Se observó que un mayor contenido de asfalto espumado no necesariamente mejora los valores de TSR; sin embargo, podemos
inferir que, al igual que pasaría con el contenido de asfalto convencional, es necesario determinar un diseño óptimo de la mezcla para obtener los mejores resultados.
Aunque aún es muy pronto para definir la implicación del asfalto espumado en la mezcla asfáltica a base de RAP, estos primeros ensayos permiten concluir que su uso mejora la estabilidad de la mezcla, siempre que se cuente con un diseño adecuado.
Actualmente, se está a la espera de los resultados de los análisis realizados sobre el material colocado en los tramos de prueba, con el fin de evaluar su comportamiento dinámico ante el tránsito vehicular.
7 REFERENCIAS
[1] Gonzalo, L. P. Advances in the study of the Behavior of Full-Depth Reclamation (FDR) with Cement. (2019) Spain, p 23-32.
[2] P. Garnica Anguas, H. Delgado Alamilla, J. A. Gómez López, S. Alonso Romero, H. A. Alarcón Orta. Publicación Técnica No. 246, Aspectos del diseño volumétrico de mezclas asfálticas, (2004) Sanfandila, Qro., 137, p 49-56.
[3] P. Garnica Anguas, H. Delgado Alamilla, C. D. Sandoval Sandoval. Publicación Técnica No. 271, Análisis comparativo de los métodos Marshall y superpave para compactación de mezclas asfálticas, Sanfandila, Qro., (2005), 153, p 76-88.
[4] Alfonso, J. S. Evaluación de comportamiento mecánico en pavimentos de espesor completo de asfalto reciclado (RAP) estabilizado con emulsion asfáltica y adicipon de cemento portland tipo I, sin intervención de la subrasante. (2014) Bogota, p 18-29.
[5] Association LEA. Association LEA. Obtenido de Association LEA: https://assolea.org/es/ qu%C3%A9-es-el-asfalto- reciclado-y-c%C3%B3mo-ayuda-al-medio-ambiente/ (5 de septiembre de 2020).
[6] Han, K. T. ( 2015). Recent Development of Recycled Asphalt Pavement. New York.
[7] Mendoza Juan Fernando, A. E. Beneficios ambientales de reciclaje de pavimentos. Notas (2020) p 31-45.
Y
LA OBTENCIÓN DE MÓDULOS ELÁSTICOS
Andrea del Pilar Salinas Acosta, Innova Pavimentos de México, Puebla, México, andrea.salinas@innova3.com.mx
Ana Laura Gressi Jurado, Innova Pavimentos de México, Puebla, México, ana.gressi@innova3.com.mx
Juan Pablo Valadez Castro, Innova Pavimentos de México, Puebla, México, juan.valadez@innova3.com.mx
Carlos Adolfo Coria Gutiérrez, Ergon Asfaltos México, Puebla, México, carlos.coria@ergon.com
APORTACIONES
1 RESUMEN
El retrocálculo se utiliza para determinar los módulos elásticos de la estructura del pavimento asfáltico a partir de las deflexiones realizadas mediante equipos de alto rendimiento. Sin embargo, la variedad de softwares de retrocálculo disponibles en la actualidad puede generar variaciones en los resultados y en las estrategias de conservación propuestas para las carreteras. Por ende, en este estudio se realiza una comparativa entre dos herramientas clave utilizadas en este proceso, que permiten conocer los módulos de las capas del pavimento: los softwares DAPS y ELMOD. Empleando un mismo conjunto de datos de deflexiones recolectados en campo bajo condiciones similares, se analiza la dispersión de los resultados obtenidos por ambos programas para identificar posibles correlaciones y se contrasta con un tercer software para verificar la consistencia de las mediciones. Esta correlación es de gran utilidad en el análisis y diseño de pavimentos, mejorando la precisión en los programas de conservación y mantenimiento. De esta manera, se implementan prácticas que reducen el consumo de recursos y energía durante la construcción y el mantenimiento de pavimentos a lo largo de su ciclo de vida.
2 INTRODUCCIÓN
El retrocálculo se realiza a partir de la medición de las deflexiones de la superficie del pavimento mediante métodos no destructivos,
empleando un deflectómetro de impacto. Este equipo es ampliamente usado para evaluar la condición estructural que proporciona los datos necesarios para el retrocálculo.
La metodología del retrocálculo, también conocida como retroanálisis, permite determinar los módulos de las capas que conforman la estructura del pavimento. Esto se logra utilizando parámetros clave como espesores, módulos elásticos iniciales o semilla, coeficiente de Poisson y otra información relevante necesaria para llevar a cabo el estudio.
Esta herramienta consiste en realizar comparaciones entre la cuenca de deflexiones medida en campo y la teórica. La cuenca teórica puede ser determinada por varios métodos: por programas de computación, por el conjunto de estructuras evaluadas y almacenadas en un banco de datos o por regresión estadística, mientras los métodos simplificados son aquellos que se ejecutan por medio de ecuaciones, tablas y gráficos, basados en la teoría de elasticidad (Andrade Neto, Machado López, & Rufino, 2015). Sin embargo, en el proceso del retrocálculo existen dos técnicas para la evaluación de la capacidad estructural: La primera es retrocalcular los módulos in situ de todas las capas usando las deflexiones y la segunda es determinar su capacidad estructural mediante el módulo de la subrasante y la deflexión máxima.
En el diseño de pavimentos, el retrocálculo desempeña un papel fundamental, ya que ha surgido un creciente interés en enfocar los esfuerzos en la caracterización de insumos de diseño, como el tráfico, el clima y las condiciones de los materiales (Wulff, Hellrung, Ng, & Ksaibati, 2016). Resulta muy importante conocer las propiedades del suelo de soporte, como lo son los módulos del pavimento, ya que a través de la obtención de ellos pueden establecerse ciertas medidas y facilitar la toma de decisiones para la rehabilitación. Por ejemplo, el módulo de la subrasante afecta en los espesores de las demás capas del pavimento. A partir de éste, se define qué tan robusta será la estructura: un suelo de soporte bueno, reducirá los demás espesores de las capas superiores. Esto no sólo afecta los costos, sino también la parte ambiental. Tener espesores de terracerías y carpeta más delgados se considera ecológico, puesto que el volumen de material que compone el pavimento es menor, lo cual reduce el consumo de energía desde la extracción hasta la colocación. Además, reduce la generación de residuos y genera menor impacto a ecosistemas naturales ya que se disminuye la necesidad de nuevas áreas de extracción y expansión de actividades asociadas con la construcción de carreteras.
A pesar de que existen varios métodos de rehabilitación de pavimentos, es necesario tener una metodología clara en la toma de decisiones considerando los recursos monetarios y ambientales destinados a la preservación de los pavimentos. Parte de establecer metodologías para el análisis del pavimento, está en minimizar la variación que existe dentro de las herramientas computacionales relacionadas con el área de pavimentos. Existe una variación considerable en los resultados del retrocálculo por la variación del espesor de la capa de asfalto y la carga dinámica. No obstante, la variación de estos resultados también puede verse afectada por la cantidad de softwares relacionados con el retrocálculo de módulos que hay en el mercado. Por ello, en este artículo se busca comparar dos softwares usados en México para el análisis de módulos como son el DAPS y ELMOD. Ambas son herramientas
computacionales utilizadas para el diseño y dimensionamiento de pavimentos basadas en la metodología de multicapa elástica, pero que pudieran llegar a tener variación en el análisis de módulos.
La implementación de prácticas que minimicen el uso de recursos y energía refleja un compromiso con la eficiencia y la responsabilidad. Este enfoque no sólo mejora la sostenibilidad ambiental de las carreteras, sino que también optimiza los costos asociados con su construcción y mantenimiento a lo largo de su ciclo de vida.
3 ANTECEDENTES
El procedimiento del retrocálculo es una metodología para determinar el módulo elástico de un material por medio de la medición de las deflexiones de la superficie del pavimento. El retrocálculo es empleado debido a tres grandes avances en la ingeniería de pavimentos (Urbáez, 2007):
1. El comportamiento del pavimento con la deflexión medida relaciona que los pavimentos con mayor rigidez tengan menores deflexiones y pavimentos con menor rigidez tengan mayores deflexiones (1935 a 1960).
2. El desarrollo de teorías mecanicistas que relacionan las propiedades fundamentales de los materiales como esfuerzos, deformaciones y deflexiones en un sistema multicapas (1940 a 1970).
3. El desarrollo de equipos de medición de deflexiones precisos, compactos, versátiles y transportables. (1955 a 1980).
Principalmente, la técnica del retrocálculo se emplea para que un conjunto inicial de valores característicos del módulo de elasticidad de las capas del pavimento realice el ajuste continuo hasta que la cuenca de deflexión estimada se aproxime lo suficiente a la cuenca de deflexión medida. Para ello, se requiere determinar la medida cuadrática que relaciona ambas cuencas de deflexiones mencionadas anteriormente mediante la ecuación 1 mostrada a continuación:
Donde:
RMS (Root Mean Square) = Media cuadrática.
nd = Número de mediciones sobre la cuenca de deflexiones a diferentes distancias.
dci = Deflexión calculada.
dmi = Deflexión medida.
Para realizar el análisis del retrocálculo, se requieren los espesores de las capas del pavimento de la carretera a analizar. Estos espesores pueden obtenerse mediante PCA (Pozos a Cielo Abierto) o calas a distancias predeterminadas. También puede utilizarse un equipo más sofisticado, no destructivo, como lo es el GPR (Georradar).
Una vez obtenidos los espesores de las capas del pavimento se realiza un larguillo donde se detalla el cadenamiento de la carretera y la estructura del pavimento.
El retrocálculo se efectúa de forma iterativa, tal como se describe a continuación:
1. Parte de una estimación inicial de los módulos elásticos de las capas (módulos semilla).
2. A partir de los módulos se calculan las deflexiones mediante el software de cálculo estructural.
3. Se comparan las deflexiones calculadas con las medidas. En caso de que sean suficientemente parecidas, se aceptan como válidos los módulos.
4. En caso de que el ajuste no sea satisfactorio, se reajustan los módulos y se repite el proceso.
La forma o proceso de reajuste de los módulos está basado en métodos matemáticos para la resolución de sistemas no lineales y es el núcleo del proceso de retrocálculo (Coria Gutierrez & Árciga Ramírez, 2017).
4 DESARROLLO
4.1 Selección del sitio
El tramo de estudio, denominado Santa Bárbara-Izúcar de Matamoros, ha sido dividido en dos archivos distintos: Santa Bárbara 1 y Santa Bárbara 2. La selección de este tramo se basó en una serie de criterios específicos que debían cumplirse: disponibilidad de información de deflectometría y estratigrafía, pavimento asfáltico con un aporte estructural significativo, y acceso conveniente a datos climatológicos y de tránsito.
Este tramo carretero se encuentra ubicado en la parte suroeste del estado de Puebla, abarcando el trayecto desde Izúcar de Matamoros, Puebla hasta Jiutepec, Morelos. Es parte de la carretera federal No. 160, conocida como Libramiento Cuautla-Cuernavaca, la cual fue construida con el propósito de establecer una conexión entre la carretera México-Cuautla y la carretera México-Cuernavaca. El tramo seleccionado abarca desde el cadenamiento 110+700 hasta el cadenamiento 131+900, con una longitud total de 21.2 kilómetros. Se trata de una carretera tipo B2, caracterizada por contar con un carril por sentido de circulación y un ancho de calzada de 3.5 metros. La ubicación geográfica de la zona de estudio puede observarse en la Figura 1, la cual muestra la referencia en Google Earth.
4.2 Sección del pavimento
La estratigrafía del tramo de estudio está compuesta por una carpeta asfáltica con un espesor total de 21 cm, que contiene sobrecarpetas. Además, se identifica una base hidráulica con un espesor de 22 cm y una subrasante de igual espesor. El espesor del terraplén no es conocido. Para más detalles, consultar la Figura 2, la cual proporciona una representación detallada de la sección del pavimento asfáltico.
4.3 Clima de la zona
El tramo de estudio se encuentra ubicado en la región de la Mixteca
Baja Poblana, caracterizada por pertenecer al trópico seco. Esta área experimenta lluvias, principalmente durante los meses de verano y otoño. El ecosistema predominante en esta región es de tipo boscoso.
Figura 1. Tramo de estudio.
Figura 2. Estratigrafía del tramo de estudio.
4.4 Procedimiento de retrocálculo
4.4.1 Retrocálculo en sofware DAPS
El DAPS (Deflection Analysis of Pavement Structures) es un método eficaz, preciso y fiable utilizado para realizar un análisis retroactivo de los resultados de deflexión de pavimentos.
Este método se fundamenta en la teoría de la multicapa elástica, un enfoque matemático que calcula las respuestas de una estructura compuesta por múltiples capas de espesor finito, excluyendo la capa más superficial (Trejos Castillo, Rojas Perez, Loria Salazar, & Aguiar Moya). DAPS permite retrocalcular las pruebas realizadas por deflectómetros de impacto en estructuras de pavimento que constan de subrasante y hasta cuatro capas adicionales.
Además, ofrece la opción de considerar un estrato rocoso representativo o de subdividir la capa de subrasante cuando sea necesario. Se dispone de la opción de seleccionar diversos modelos de suelo para ajustar el cálculo según las propiedades específicas del suelo correspondientes a cada tipo de prueba. En este artículo se empleará el modelo CB/KS (Constant Depth to Bedrock/Known half-space).
Para llevar a cabo el procedimiento de retrocálculo de los datos obtenidos, se siguen los siguientes pasos:
1. Iniciar el software y cargar el archivo de datos crudos correspondiente (ver Figura 3).
2. Seleccionar el modelo de retrocálculo que se utilizará para el análisis y definir la configuración del equipo que se usará para las deflexiones, incluyendo la distancia entre los geófonos bajo el arreglo de 0.00, 0.20, 0.30, 0.45, 0.6, 0.9 y 1.20 metros.
3. Establecer la estructura del pavimento, especificando el número de secciones del tramo de estudio, el número de capas, los módulos elásticos iniciales y los espesores de cada capa (ver Figura 4).
4. Una vez configurado, ejecutar el análisis. Posteriormente, el software mostrará los resultados en la pantalla principal después de un período de tiempo (ver Figura 5).
Figura 3. Interfaz inicial al seleccionar datos crudos.
4.4.2 Retrocálculo en software ELMOD
El software Elmod 6.0, cuyas siglas corresponden a Evaluation of Layer Moduli and Overlay Design (Evaluación de Módulos de Capa y Diseño de Sobrecapas), se utiliza para realizar el retrocálculo de datos obtenidos del equipo FWD, dado que el formato de archivo está limitado a los datos generados por este equipo. El análisis en Elmod se fundamenta en la teoría de Odemark, usando el método de espesores equivalentes para el retrocálculo.
Para llevar a cabo el procedimiento de retrocálculo de los datos obtenidos, se deben seguir los siguientes pasos:
1. Iniciar el software Elmod y cargar el archivo de datos crudos correspondiente (ver Figura 6).
2. Establecer la estratigrafía del pavimento, incluyendo el número de secciones del tramo de estudio, el número de capas, los módulos elásticos iniciales y los espesores de cada capa (ver Figura 7).
Figura 4. Definición de la estructura del pavimento.
Figura 5. Ventana de resultados del retrocálculo.
3. Seleccionar el modelo de retrocálculo con el cual se realizará el análisis (ver Figura 8) y definir la teoría bajo la cual se llevará a cabo el mismo, ya sea la Teoría de Elementos Finitos (FEM), la Teoría Elástica Lineal (LET) o el Método de Espesores Equivalentes (MET), empleando un valor semilla. En este análisis de retrocálculo se optó por la teoría LET.
4. Finalmente, ejecutar el retroanálisis y revisar los resultados obtenidos (ver Figura 9).
Figura 6. Archivo de datos crudos.
Figura 7. Establecer estratigrafía.
Figura 8. Selección del método de análisis.
DINosaur
DINosaur Book 6 pt
Iosevka Fixed 6 pt
Iosevka
ELASTIC MODULI Section:1 Drop:2
5 RESULTADOS
A partir del retrocálculo realizado en los dos softwares antes mencionados, se obtuvieron los módulos de cada una de las capas analizadas y se graficaron los módulos resultantes, como se muestra en la Figura 10. En el caso del software DAPS, se encontró que el 81% de los puntos analizados tenía un error RMS (Raíz Cuadrática Media) por debajo del 4%. Por otro lado, en el software ELMOD se utilizó la Teoría Elástica Lineal (LET, por sus siglas en inglés) para asegurar que ambas comparativas se realizaran bajo el mismo principio.
Debido a la dispersión observada en los resultados, se llevó a cabo un análisis individual de cada una de las capas que componen el pavimento. Esto permitió obtener una comparativa detallada por capa, como se muestra en las Figuras 11, 12 y 13
Figura 9. Resultados de módulos elásticos.
Figura 10. Comparativa ELMOD y DAPS tramo de estudio.
cadenamiento (km)
DINosaur Book 6 pt Iosevka Fixed 6 pt DINosaur Book 7 pt Iosevka Fixed 5
(km)
En la comparativa realizada, se observó una mayor dispersión en la capa asfáltica. Con el objetivo de reducir la incertidumbre entre los resultados obtenidos por los softwares DAPS y ELMOD, se llevó a cabo una comparativa adicional utilizando un tercer software conocido como PITRA-BACK. Este software también emplea la metodología de multicapa elástica, similar a la utilizada en las comparaciones anteriores. Ver Figura 14
Figura 11. Comparativa ELMOD y DAPS. Capa carpeta asfáltica.
Figura 12. Comparativa ELMOD y DAPS. Capa base hidráulica.
cadenamiento (km) módulo (MPa)
módulo (MPa)
cadenamiento (km)
6 CONCLUSIONES
Para concluir, del análisis comparativo entre los softwares ELMOD y DAPS, se detecta una notable similitud en los resultados obtenidos para los módulos resultantes en las tres capas que conforman la estructura del pavimento. No obstante, al verificar estos resultados con un tercer software, se observa una mayor dispersión, especialmente en la primera capa de la carpeta asfáltica, donde algunos módulos muestran tendencias considerablemente elevadas. Hay un error intrínseco al suponer un comportamiento homogéneo en todo el espesor de la carpeta asfáltica. Esta capa está formada por sobrecarpetas asfálticas que tienen distintos niveles de envejecimiento y deterioro. Si bien es complejo simular este comportamiento
Figura 13. Comparativa ELMOD vs DAPS. Capa subrasante.
Figura 14. Comparativa ELMOD, DAPS y PITRABACK. Capa carpeta asfáltica.
en cualquier software de retrocálculo, tomar un solo espesor para la carpeta desencadena una gran dispersión de resultados que son difícilmente comparables. Deben de proponerse pruebas de módulos resilientes en capas asfálticas de las extracciones o corazones de campo para conocer su verdadero comportamiento y con ello tener una estimación más realista de los módulos semillas de estas capas. Sigue siendo altamente recomendable no realizar el retrocálculo en pavimentos con un alto nivel de deterioro debido a esta discontinuidad presentada a lo largo de la profundidad del pavimento.
Existen diversas ventajas en el uso de cada uno de los softwares. DAPS destaca por su facilidad de uso, ya que los pasos para el retrocálculo son directos y proporciona un análisis del error RMS para cada módulo retrocalculado, junto con un resumen de los RMS de los módulos por cada ejecución realizada. En contraste, ELMOD ofrece una gama más amplia de componentes y emplea varios modelos de retrocálculo, incluyendo la opción de la Teoría de Elementos Finitos (FEM), la Teoría Elástica Lineal (LET) y el Método de Espesores Equivalentes (MET). Además, ELMOD permite ajustarse específicamente a la cuenca de deflexiones, proporcionando así una mayor flexibilidad y capacidad de adaptación en el análisis de pavimentos. Un problema reconocido en esta técnica radica en la falta de soluciones únicas de módulos para una estructura, ya que pueden surgir múltiples propuestas aproximadas con un valor RMS satisfactorio respecto a la cuenca de deflexiones obtenidas. Sin embargo, determinar cuál de estas propuestas es la correcta resulta difícil.
Es importante encontrar una buena técnica de retrocálculo de módulos debido a que un pavimento con módulos elásticos adecuadamente calculados puede optimizar el diseño estructural, reduciendo el consumo de materiales y la energía necesaria para la construcción y mantenimiento, lo cual tiene un impacto directo en la huella de carbono y la eficiencia energética. No obstante, puede prolongar la vida útil del pavimento al asegurar que se utilicen materiales de manera más eficiente y se diseñen para soportar mejor las condiciones ambientales cambiantes, reduciendo así la necesidad de reemplazos frecuentes y minimizando el desperdicio de materiales.
Finalmente, relacionar el retrocálculo de módulos elásticos del pavimento con aspectos ambientales implica considerar cómo la optimización del diseño estructural puede contribuir a la eficiencia de recursos, la durabilidad, la gestión del agua y la conservación de la biodiversidad. Esto no sólo mejora la infraestructura vial, sino que también promueve prácticas más sostenibles y responsables.
7 REFERENCIAS
Andrade Neto, C., Machado López, I., & Rufino, J. (2015). Metodología de análisis de la condición del pavimento a partir del cuenco de deflexión. Scielo.
Coria Gutierrez, C., & Árciga Ramírez, L. (2017). Recomendaciones prácticas para el uso de retrocálculo en la revisión estructural de pavimentos flexibles bajo los esquemas de conservación de carreteras tipo Asociación Público Privadas (APP)
Trejos Castillo, C., Rojas Perez, F., Loria Salazar, L., & Aguiar Moya, J. (s.f.). Solución a la teoría Multicapa Elástica y software de cálculo de las respuestas del pavimento PITRA PAVE
Urbáez, E. (2007). Determinación del valor “C” para la estimación del módulo resiliente de la sub-rasante obtenido por retrocálculo según la metodología AASHTO-93
Wulff, S., Hellrung, D., Ng , K., & Ksaibati, K. (2016). Systematic back-calculation protocol and prediction of resilient modulus for MEPDG
DESEMPEÑO
MEZCLAS ASFÁLTICAS COLOCADAS EN LA RED CARRETERA FEDERAL DE MÉXICO
Dirección General de Servicios Técnicos, Ciudad de México, México
José Rafael Bernal Padilla, jose.bernal@sict.gob.mx
Bruno López Hernández, bruno.lopez@sict.gob.mx
Omar Viveros Carrera, omar.viveros@sict.gob.mx
1 RESUMEN
Durante varios años se ha presentado una problemática en el control de las temperaturas de mezclado y compactación de las mezclas asfálticas colocadas en la red carretera federal de México. Esta situación ha sido ocasionada por diversos factores que ocurren durante su producción y colocación.
A través de este proyecto de investigación, realizado directamente en campo, se determinaron los efectos de las temperaturas en el desempeño de las mezclas asfálticas, mediante la extracción de núcleos y placas de dicha capa estructural. Se identificaron tramos con variaciones de temperaturas que datan de entre 10 y 30 °C debajo del rango estipulado por el distribuidor del cemento asfáltico correspondiente, tanto para las temperaturas de mezclado como para las de compactación. Las muestras fueron evaluadas bajo las pruebas de desempeño: Tensión Indirecta (TSR) y rueda cargada de Hamburgo (HWT). Los resultados obtenidos muestran una disminución en la durabilidad en términos de vida útil de la capa de mezcla asfáltica, lo que representa un sobrecosto para México. Asimismo, estos resultados son de gran utilidad para evidenciar los efectos adversos de esta práctica, así como concientizar y capacitar al personal al frente de la toma de decisiones y ejecución de los proyectos de pavimentación.
2 INTRODUCCIÓN
Hasta el 2022, en México se tenían aproximadamente 402,622 kilómetros como parte de la red carretera federal [1], de los cuales 42% se encuentra en un estado físico que requiere ser atendido para mejorar su nivel de servicio.
De acuerdo con los pilares que toma en cuenta el Foro Económico Mundial para determinar la competitividad de un país, la importancia que tiene la infraestructura en el desarrollo del mismo es esencial, ya que ocupa el segundo pilar de dicha evaluación. Por ello, su desarrollo y conservación en condiciones óptimas es una cuestión prioritaria. Para lograr esto, debemos ser capaces de realizar un manejo eficiente de los recursos utilizados y proyectar, diseñar y ejecutar los trabajos en la infraestructura carretera, empleando las herramientas necesarias para lograr la ya mencionada eficiencia.
La durabilidad de las mezclas asfálticas no solo impacta en el aspecto económico, sino también en el nivel de servicio y seguridad hacia los usuarios. Actualmente, en México, el diseño de las mezclas asfálticas se lleva a cabo mediante dos metodologías de diseño: el método Marshall y el método de diseño por desempeño (Superpave). Ante la necesidad de predecir el comportamiento de las mezclas asfálticas durante su vida útil, se ha estado realizando un esfuerzo significativo para migrar totalmente el uso de metodologías de diseño por desempeño.
Hoy en día, en México —al igual que en muchos países de América Latina— se presentan escenarios que afectan la vida útil de las estructuras de pavimentos de manera acelerada, tales como el exceso de cargas, tasas de crecimiento altas y la falta de control de calidad en los procesos, entre otros. Considerando de manera específica lo referente al control de calidad de los procesos constructivos y derivado del monitoreo de los trabajos ejecutados por la dependencia, se han detectado aplicaciones en las que las temperaturas de fabricación y colocación de mezclas asfálticas se encuentran fuera de los rangos establecidos en sus respectivos diseños, por lo que mediante las evaluaciones de desempeño mostradas en este estudio determinamos el efecto de dichas temperaturas en el comportamiento de las mezclas asfálticas. Los rangos de temperatura a los cuales fueron sometidas oscilaron entre los 10 y 30 °C, valores por debajo de lo requerido en el diseño. Con la finalidad de determinar el efecto de dichas condiciones desfavorables, se procedió a evaluar dos parámetros de desempeño que nos ayudaran a observar el posible comportamiento de
dichas mezclas hacia la susceptibilidad a la humedad y a la deformación permanente. Las anteriores fallas se correlacionan con la presencia de baches y roderas, las cuales afectan tanto el nivel de servicio como la seguridad de los usuarios, lo que a su vez incrementa los gastos de operación.
3 CASO DE ESTUDIO
Como caso de estudio utilizaremos la información de cuatro subtramos carreteros, los cuales corresponden a los siguientes cadenamientos: 7+112, 7+450, 92+260 y 92+460 de la carretera federal MEX-119, tramo Puebla-Tlaxcala, ubicada en el estado de Puebla, México.
La estructura existente en dicho tramo se muestra a continuación:
3.1
Obtención de muestras
La obtención de las muestras se llevó a cabo identificando los subtramos en los que se detectaron condiciones fuera de rango en cuestión de temperaturas de compactación, y donde se procedió a realizar las extracciones de núcleos para su evaluación en laboratorio.
Durante la caracterización de las mezclas evaluadas se observó el alto porcentaje de vacíos de aire presentes en las mezclas asfálticas, esto como primer efecto de la temperatura de compactación fuera de rango. Dichos porcentajes de vacíos se presentan en la Tabla 1
Tabla 1. Porcentaje de vacíos de aire.
de aire en la mezcla
Sabemos que la temperatura es un factor que interviene en las características del asfalto, ya que es un material viscoelástico; a temperaturas bajas, se comporta como un sólido viscoso, y a temperaturas altas tiende a comportarse como un líquido viscoso.
Con lo mencionado anteriormente, podemos entender por qué el porcentaje de vacíos de las mezclas asfálticas evaluadas es alto.
4 EVALUACIÓN A LA TENSIÓN INDIRECTA (TSR)
La evaluación de la susceptibilidad a la humedad de las mezclas asfálticas, mediante la prueba de Tensión Indirecta (TSR), nos permite identificar un comportamiento relacionado con el modo de falla que presentan las mezclas asfálticas cuando se tiene presencia de humedad, la cual se manifiesta físicamente con la formación de baches.
De manera indirecta, también nos permite identificar si la adherencia entre el agregado pétreo y el asfalto es la adecuada.
Para prevenir los daños del agua a la mezcla asfáltica es importante contar con una película de asfalto que cubra el agregado pétreo de manera adecuada, para ello es esencial tener
el asfalto a la temperatura recomendada para su mezclado, ya que, como sabemos, es un material sensible a la temperatura, que modifica su viscosidad.
Recordemos que el valor de TSR representa la conservada entre los especímenes evaluados en condición seca y los especímenes acondicionados. Para calcular el porcentaje de tensión indirecta se utiliza la siguiente expresión (1):
Donde:
TSR: resistencia al daño inducido por humedad, expresada en % ��t húmedo: esfuerzo a tensión indirecta de especímenes acondicionados, KPa ��t seco: esfuerzo a tensión indirecta de especímenes no acondicionados, KPa (1)
Con respecto a la evaluación del parámetro de TSR en las mezclas analizadas, se obtuvieron los siguientes resultados:
Susceptibilidad
Figura 1. Espécimen evaluado en prueba de TSR.
Tabla 2. Resultados de TSR.
Con los datos de la Tabla 2, las mezclas presentan un comportamiento adecuado en la prueba de TSR, salvo la mezcla correspondiente al subtramo 7+450, donde el valor de la conservada está fuera del rango requerido, por lo que es una mezcla con muy alta susceptibilidad a la humedad.
5 EVALUACIÓN A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE MEDIANTE
LA RUEDA CARGADA DE HAMBURGO (HWT)
La deformación permanente representa la acumulación de pequeñas deformaciones producidas con cada aplicación de carga. Dicha deformación es irrecuperable, es decir, la mezcla asfáltica se encuentra en su fase plástica.
El comportamiento de las mezclas asfálticas con respecto a las deformaciones permanentes está muy influenciado por el tipo de asfalto utilizado y por la composición granulométrica, origen y forma de los agregados pétreos.
Asmismo, la temperatura del asfalto es un factor que afecta fuertemente a la deformación permanente. No solo las temperaturas máximas, sino también los gradientes de temperatura pueden influir sobre esta deformación.
La deformación permanente es el deterioro representado por la existencia de una sección transversal de la superficie que ya no ocupa su posición original.
Además, debemos tener en cuenta que otro factor que influye en el desempeño de las mezclas asfálticas frente a la deformación permanente es el porcentaje de vacíos de aire (Va). A mayor contenido de vacíos, mayor es la susceptibilidad de la mezcla a sufrir deformaciones permanentes.
DINosaur Book 7 pt
DINosaur Book 6 pt
Limite de deformación Ensayo: 7+112 Ensayo: 7+450 Ensayo: 92+260 Ensayo: 92+460 Limite de deformación
Iosevka Fixed 6 pt
Iosevka Fixed 5 pt
ensayo: 7+112
ensayo: 7+450
ensayo: 92+260
ensayo: 92+460 límite de deformación
Figura 2. Resultados de rueda cargada de Hamburgo.
Como podemos observar en la Figura 2, los resultados de la prueba de rueda cargada de Hamburgo predicen un desempeño desfavorable de las mezclas evaluadas al tener una deformación mayor a 10 mm [3], con lo cual estas mezclas presentarán fallas de manera prematura bajo la acción de las cargas vehiculares. También es necesario mencionar que durante la evaluación de dichas mezclas asfálticas se pudo observar la expulsión de agregado fino (Figura 3), lo cual agudiza el desempeño.
6 CONCLUSIONES
Sin duda, resulta fundamental buscar la eficiencia en el manejo de los recursos utilizados en los trabajos de diseño, construcción y conservación de la red carretera, con el fin de lograr una infraestructura que ofrezca el nivel de servicio necesario y satisfaga las necesidades de los usuarios.
El pilar de la eficiencia es la calidad: la calidad de los materiales utilizados, el procedimiento constructivo adecuado, el personal de obra capacitado y la maquinaria adecuada. Todo lo anterior debe estar bajo un monitoreo constante por parte de los involucrados en la realización de los proyectos.
El control de calidad es parte crucial; ante su falta, pueden presentarse deficiencias como las observadas en las mezclas asfálticas evaluadas en este estudio.
El desempeño deficiente que se puede predecir de dichas mezclas, a partir de los parámetros de desempeño evaluados, nos indica que estas no cumplirán con su vida útil de diseño. Esto llevará a la necesidad de asignar recursos para una rehabilitación anticipada, interviniendo nuevamente la vialidad.
Como se pudo observar en los resultados de las evaluaciones realizadas en este estudio, se confirma que el desempeño de una mezcla asfáltica se ve afectado cuando se compacta a una temperatura por debajo de la recomendada en el diseño, lo que disminuye su vida útil. En el caso de las mezclas de este estudio para la prueba de TSR para determinar la susceptibilidad a la humedad, solo la mezcla del subtramo 7+450 presenta un valor de la conservada inferior al requerido, mientras que en la prueba de rueda cargada de Hamburgo, ninguna expone un comportamiento adecuado, con lo cual se espera manifiesten falla por deformación permanente.
Figura 3. Especímenes evaluados en la prueba de rueda cargada de Hamburgo.
Es fundamental respetar y replicar las recomendaciones de los diseños de las mezclas asfálticas, ya que, de lo contrario, —como observamos— estaremos afectando el desempeño de las mismas. Esto resulta en un aumento en las intervenciones de mantenimiento en las carreteras y a un uso ineficiente de los recursos financieros.
7 REFERENCIAS
[1] Dirección General de Planeación de la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes. (Octubre 2023). Estadística Mensual del Sector Infraestructura, Comunicaciones y Transportes
[2] Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes. (2021). Susceptibilidad de las mezclas asfálticas compactadas al daño inducido por humedad. M-MMP-4-05-052/21.
[3] Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes. (2021). Deformación permanente por rodera con rueda cargada de Hamburgo. M-MMP-4-05-053/21.
¡APARTA LA FECHA!
PACHUCA, HIDALGO JULIO 16-18, 2025
DE CICLO DE VIDA PARA PAVIMENTOS EN MÉXICO
Ricardo Buzo, Súrfax, S.A. de C.V., Zapopan, Jalisco, México. ricardo.buzo@surfax.com.mx
Enrique Villa, Lasfalto S. de R.L. de C.V. Zapopan, Jalisco, México. evilla@lasfalto.com.mx
Ignacio Cremades, Súrfax, S.A. de C.V., Zapopan, Jalisco, México. ignacio.cremades@surfax.com.mx
SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONIZACIÓN
Buzo Romero
Jorge Alarcón Ibarra
José Abigail Calderón de la Cruz
Hugo Bandala Vázquez
Francisco Javier Castañeda Garay
Rosita Martínez
María Camila Santos Quiñones
Carlos Alberto Quiroz Belmontes
Alejandro Castellanos Cordero
Berenice López Serrano
1 RESUMEN
El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es una técnica que analiza y cuantifica los impactos ambientales de un producto, sistema o proceso. Este método ofrece un acercamiento comprensible para evaluar la carga ambiental de un producto o proceso examinando las entradas (materiales, energía) y salidas (desperdicios, contaminantes) a lo largo de su ciclo de vida, desde la extracción y producción de las materias primas hasta el final de su vida útil. Para los pavimentos, el ciclo incluye la producción de los materiales, el transporte, la construcción, el uso, el mantenimiento, la rehabilitación y su disposición final.
El ACV ha demostrado ser de gran utilidad durante las últimas dos décadas, al ayudar a los usuarios a identificar dónde ocurren los mayores impactos ambientales e implementar acciones y estrategias para reducir los más relevantes.
La Federal Highway Administration (FHWA) de los Estados Unidos desarrolló una herramienta para el ACV de pavimentos, en colaboración con las partes interesadas y utilizando información pública disponible. La herramienta se denomina LCA Pave y está diseñada para la evaluación de impactos ambientales a nivel proyecto. Su objetivo es servir como herramienta para fines demostrativos, de entrenamiento y de información comparativa para agencias o personas con un entendimiento de los fundamentos de un ACV.
Ricardo
Este estudio emplea la herramienta LCA Pave para realizar el ACV de dos mezclas asfálticas en caliente comúnmente utilizadas como carpetas de rodadura en México: una mezcla densa y una mezcla SMA. Además, efectúa consideraciones para adecuar los datos al contexto del mercado mexicano, analiza los resultados en función de la calidad de la información y evalúa la utilidad de la herramienta. Con base en los resultados, se proponen pasos a seguir para mejorar la precisión y utilidad en la evaluación de alternativas dentro de proyectos de pavimentación en México.
2 INTRODUCCIÓN
El Análisis de Ciclo de Vida (ACV o LCA por Life Cycle Assessment) es una técnica que puede ser empleada para evaluar la carga ambiental de un producto o proceso, a través del análisis de todas las entradas y salidas durante el ciclo de vida. Este acercamiento sistemático identifica dónde ocurren los impactos más relevantes y dónde pueden realizarse las mejores más significativas, mientras identificamos potenciales repercusiones fuera del sistema analizado. Esto permite a los usuarios, investigar áreas donde pueden mejorar.
Aunque ya existen herramientas para el Análisis de Ciclo de Vida (ACV), la Federal Highway Administration (FHWA) buscó el desarrollo transparente de una herramienta para el cálculo de Análisis de Ciclo de Vida para pavimentos, en colaboración con partes interesadas clave que hacían uso de datos públicos. La herramienta resultante, LCA Pave, puede emplearse para apoyar a los usuarios y a las agencias de autopistas en la realización de ACV.
La herramienta LCA Pave puede —además— usar las declaraciones ambientales de producto disponibles de las industrias proveedoras locales. El LCA-Pave es una herramienta complementaria de la herramienta Infrastructure Carbon Estimator (ICE) de la FHWA, la cual fue originalmente diseñada por la FHWA para un preanálisis ingenieril de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) para la construcción y el mantenimiento de infraestructura.
El LCA Pave es una herramienta para cálculos a nivel proyecto y no está relacionado o interactúa con los sistemas de administración o la gestión de pavimentos. Tampoco busca ser usado para la toma de decisiones en cuanto al tipo de pavimentos, por ejemplo, entre pavimentos asfálticos y de concreto hidráulico.
La herramienta LCA Pave está diseñada para ser empleada únicamente con fines de entrenamiento e información, y su uso
es voluntario por parte de las agencias e individuos que cuenten con un conocimiento de los principios fundamentales de los ACV. Su uso no es requerido por regulaciones o estatutos federales dentro de los Estados Unidos.
La herramienta y sus supuestos subyacentes fueron validados por el grupo desarrollador con el apoyo de actores claves en el desarrollo de pavimentos, a lo largo de todo el proceso de creación. Entre los actores y las partes interesadas que participaron, se encuentran los Departamentos de Transporte Estatales (DOTs), el Grupo Técnico de Trabajo para Pavimentos Sostenibles (Sustainable Pavement Technical Working Group SPTWG), así como el Grupo de Trabajo de Pensamiento de Ciclo de Vida (Pavement Life-Cycle Thinking Task Group PLCT), conformado por usuarios del Análisis del Ciclo de Vida dentro de los Departamentos de Transporte.
Objetivo de la herramienta LCA Pave
El objetivo de la herramienta LCA Pave es ayudar a los usuarios y agencias de pavimentos a evaluar, cuantificar, comparar y comunicar los impactos ambientales para los siguientes casos:
• Caso 1. Comparaciones para evaluar materiales alternativos para pavimentos, estructuras de pavimentos, tratamientos de pavimentos, transportación de materiales, reciclado, y enfoques de construcción para un proyecto dado.
• Caso 2. Evaluación de impactos ambientales para materiales de pavimentación y diseños estructurales que no son necesariamente un proyecto completo, o aplicado en la realidad.
• Caso 3. Comparación de alternativas de decisiones conceptuales, y diseño de pavimentos durante estudios de diseño a nivel proyecto.
La herramienta considera los impactos ambientales asociados con el uso de materiales, la construcción, el mantenimiento, la rehabilitación y las etapas finales de vida de un pavimento; sin embargo, no incluye ningún impacto relacionado con la etapa de uso.
La herramienta calcula los impactos ambientales y produce un reporte que puede ser personalizado por el usuario con la finalidad de presentar un resumen del proyecto, así como los resultados generales producidos por la herramienta para facilitar la interpretación y comunicación.
La FHWA recomienda que las agencias y los departamentos de transportes usen la herramienta en la siguiente progresión:
• Adopción de la herramienta y su mejora
Los usuarios pueden iniciar con el desarrollo de estudios preliminares utilizando el inventario de datos disponibles en la herramienta, los cuales se complementan con la información de desempeño y los datos particulares del proyecto. Una vez que se conoce la herramienta y se cuenta con datos locales, los usuarios pueden hacer los estudios comparativos a nivel proyecto en un tiempo de entre 4 y 8 horas para las diferentes alternativas, de manera similar a un Análisis de Costo de Ciclo de Vida.
Los usuarios pueden personalizar los datos en la herramienta usando datos más completos y acordes a la región. Además, pueden desarrollar sus propias prácticas estandarizadas para los estudios de casos basados en la información que se vaya generando y acumulando a través del tiempo de uso de la herramienta. La mejora continua de la herramienta y su adopción en la práctica dependen de qué tanto esté enfocada en el contexto y las necesidades del usuario.
• Usos de la herramienta
Inicialmente, la herramienta puede usarse para fines de educación y entrenamiento, ayudando a los usuarios a familiarizarse con el concepto de Análisis de Ciclo de Vida. Los usuarios más familiarizados con los conceptos del Análisis de Ciclo de Vida pueden usar la herramienta para identificar los factores que más contribuyen a las emisiones en sus proyectos para que puedan ser tomadas en cuenta por los desarrolladores o especificadores, y así contribuir a pavimentos más sostenibles.
Con la acumulación de datos específicos, relevantes y completos durante el tiempo, la herramienta puede proveer de mejor y más certera información para sustentar la toma de decisiones en más aspectos y variables relacionadas con los pavimentos para los usuarios y las agencias.
La herramienta LCA Pave complementa las consideraciones de ingeniería y económicas existentes, y proporciona información sobre las consideraciones ambientales y de impacto que puede llevar a una toma de decisiones más informada. La herramienta aún está en desarrollo y requerirá, en el futuro, de mejores datos, así como adecuarse a los consensos que establezcan respecto a los impactos en las diferentes etapas de uso.
3 ALCANCES DE LA HERRAMIENTA LCA PAVE.
Los alcances generales de la herramienta LCA Pave son:
• Un conjunto inicial de tecnologías de materiales para pavimento.
•Enfoque en el análisis a nivel proyecto.
• Inclusión de materiales y etapas de construcción en un periodo de análisis completo, considerando los materiales y actividades de construcción en cada etapa a través del ciclo de vida. Este análisis contempla la transportación y la
movilización del equipo y su uso para actividades de construcción, conservación y rehabilitación.
• Utiliza datos públicos disponibles de promedios nacionales para materiales estandarizados, procesos y datos de la actividad.
• Permite al usuario añadir, almacenar y utilizar datos de la librería.
• Permite al usuario incorporar declaraciones ambientales de producto para materias primas, mezclas asfálticas, e insumos para pavimentos.
La herramienta puede utilizarse para realizar una evaluación de impacto ambiental de los materiales, procesos de construcción, y actividades de transporte para varias mezclas asfálticas y diseños de pavimento relacionados de un ciclo de vida casi completo. Sin embargo, la herramienta no incluye la etapa de uso, excepto por las actividades de conservación y rehabilitación. Esto se excluye del análisis de los efectos de las zonas de trabajo, tales como las demoras, cambios en las velocidades de conducción, retrasos y desvíos. Asimismo, no considera la interacción entre el vehículo y el pavimento, el consumo de combustible y las emisiones relacionadas, el manejo del hielo y la nieve, el desalojo del agua ni los efectos de isla de calor. Se planea incluir esta fase en la herramienta, una vez que se tenga un mayor consenso y más información disponible.
DINosaur Book 7 pt
DINosaur Book 6 pt
Iosevka Fixed 6 pt
Iosevka Fixed 5 pt
etapa de uso
Figura 1. Etapas del ciclo de vida en pavimentos [2]. Los cuadros en azul se incluyen en la herramienta LCA Pave.
producción de materias primas
diseño de pavimentos
fin de vida útil
producción de materias primas
La herramienta excluye las consideraciones de la fabricación de los equipos y las inversiones de capital en la construcción de las instalaciones de producción y sigue un enfoque atribucional y no un enfoque consecuencial. La Tabla 1 muestra el alcance de la herramienta en términos de módulos y etapas de ciclo de vida en relación con la terminología usada por la FHWA [1] y por la Organización Internacional de Estandarización (ISO) para las declaraciones ambientales de producto en términos de módulos y etapas del ciclo de vida.
Tabla 1. Etapas del ciclo de vida incluidas en la aplicación LCA Pave y su relación con las etapas de ciclo de vida de la ISO 21930.
Etapa del ciclo de vida (acorde a la FHWA[1])
Diseño del pavimento
Etapa del ciclo de vida en la herramienta Módulo en la ISO 21930
Construcción inicial
Producción de materialesConstrucción inicial
Construcción
Construcción
Uso
Uso
No es un módulo en el ciclo de vida
A1: Extracción y producción aguas arriba
A2: Trasporte a la fábrica
A3: Manufactura
Construcción inicialA4: Transportación al sitio
Construcción inicialA5: Instalación
(No se incluye)B6: Uso de energía
(No se incluye)B7: Uso de Agua
Mantenimiento y preservaciónPreservación
B3. Reparación
Mantenimiento y preservaciónMantenimientoB2: Mantenimiento
Mantenimiento y preservaciónRehabilitación
Fin de vida
Fin de vida
Fin de vida
3.1 Librerías
Demolición
B4: Reemplazar
B5: Acondicionar
C1: Reconstruir
C2: Transporte
C3: Proceso de desechos
C4: Disposición de desechos
Reconstrucción(No incluido)
(No se incluye)
D: Beneficios potenciales del reúso, reciclado, y/o recuperación de energía más allá de los límites del sistema
Etapa en el ciclo de vida acorde a la ISO 21930
Producción
Producción
Construcción
Construcción
Uso
Uso
Uso
Uso
Uso
Fin de vida
(No se incluye)
(No se incluye)
En la aplicación, el término pavimento (Pavement) se refiere a un objeto con un número variable de carriles y una superficie dura, que puede incluir un hombro interno o externo, y que está compuesto por varias capas sobrepuestas, incluyendo una base y subbase. El usuario puede seleccionar el número de carriles, hombros y capas que son parte del análisis, o bien definir el largo y ancho de la superficie a pavimentar, de modo que se establezca un área rectangular, como si fuera un estacionamiento. Los parámetros definidos por el usuario se incluyen en el
reporte. La herramienta también permite usar pavimentos asfálticos o pavimentos de concreto hidráulico. La herramienta tampoco impone ninguna limitación al usuario en términos de secuencias de las capas de materiales.
El alcance de la herramienta excluye elementos del camino tales como semáforos, señalamientos, equipos para el manejo del tránsito, paisajismo, estructuras (puentes, pasos a desnivel), dispositivos de seguridad, drenajes, entre otros.
La aplicación cuenta con una serie de librerías, las cuales se describen a continuación.
3.1.1 Materiales
Los datos se reunieron de fuentes disponibles al público y buscan ofrecer la mejor información para cada uno de los materiales de construcción. Esto incluye información de la literatura o declaraciones ambientales de producto publicadas. Contiene información de tecnologías que habitualmente se emplean en los Estados Unidos y comprende, asfalto, concreto hidráulico y otros elementos compuestos. Además, brinda a los usuarios la funcionalidad de poder hacer sus propias mezclas con diferentes proporciones de componentes. Se pueden añadir declaraciones ambientales de producto (DAP) a ambos niveles: ya sea para mezclas asfálticas o para los componentes de la mezcla, tales como cemento, asfalto virgen, asfalto modificado con polímeros, agregados y aditivos. Sin embargo, la herramienta no está pensada para ser utilizada como un generador de DAP, ni para componentes ni para mezclas.
3.1.2 Equipo
Los equipos que se incluyen en la librería son los más comunes en la construcción de carreteras. Las actividades de construcción se definen de acuerdo con el tipo de equipos y las horas de uso basados en el modelo U.S. Environment Protection Agency (EPA) Motor Vehicle Emissions Simulator (MOVES). Este es un modelo basado en ciencia que estima las emisiones para fuentes móviles a niveles de proyecto, nacionales o locales.
3.1.3 Residuos
La biblioteca de residuos describe los impactos asociados con el destino final, el uso esperado o la disposición de tipos de residuos genéricos, incluyendo la demolición de pavimentos. Algunos de los datos del procesamiento de residuos se han tomado de la literatura pública disponible, mientras que la mayor parte de la información proviene de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA).
3.1.4 Transporte
Las emisiones generadas por el transporte son modeladas en función del tipo de transporte y la distancia de traslado, utilizando los promedios nacionales de los datos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), publicados en el Inventario de Ciclo de Vida de los Estados Unidos (USLCI), disponible a través de la plataforma en línea Open Source LCA (OpenLCA). El NREL es un laboratorio nacional en los Estados Unidos que depende del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
3.1.5 Combustibles
Los impactos asociados al uso de los combustibles son modelados al usar los valores promedio nacionales del NREL.
3.1.6 Electricidad
Los datos de la electricidad regional provienen del Laboratorio Nacional de Tecnología Eléctrica (NETL).
En el caso de los combustibles y la electricidad, la FHWA propone que para próximas versiones del LCA Pave, se pueda contar con una librería dedicada exclusivamente al tema de combustibles y otra dedicada exclusivamente a la electricidad.
3.1.7 Diseño de mezclas
Los usuarios pueden desarrollar sus propias mezclas con la base de datos de la librería de la aplicación, con proporciones específicas para la región o agencia de pavimentos, que incluyan materiales y datos de la operación de la planta de producción, o pueden añadirse las declaraciones ambientales de las mezclas. Algunas declaraciones ambientales de producto (EPD) de mezclas asfálticas se han incluido en la base de datos de la herramienta como ejemplo de cómo pueden utilizarse; sin embargo, su disponibilidad es limitada y no son muy extensas. En los Estados Unidos no existen regulaciones federales para el uso de las EPD.
3.1.8 Actividades
Los usuarios pueden identificar las actividades específicas del proyecto como parte del ciclo de vida del pavimento. La base de datos predeterminada de la herramienta no incluye actividades típicas, ya que estas pueden variar según la agencia. En consecuencia, las agencias pueden desarrollar actividades específicas representativas de sus prácticas comunes y almacenarlas en la base de datos para usos futuros. Esto permite acelerar el modelado futuro, pues muchas actividades, o muchos detalles de actividades, son usuales en proyectos similares dentro de la misma agencia. Las actividades pueden incluir elementos de cualquiera de las otras bibliotecas mencionadas anteriormente.
3.2 Unidades funcionales
La unidad funcional describe lo que se está estudiando mediante el establecimiento de la unidad física y el rendimiento cuantificado que se debe cumplir durante un periodo de tiempo. La información específica sobre la unidad funcional es establecida por los usuarios, cuando las alternativas de diseño se modelan dentro de la herramienta. La información posible incluye:
• Alcance y tamaño alternativos: sección de pavimento (carriles principales, hombros, rampas, etc.) incluida en el análisis, en términos de número de carriles, longitud y anchura del pavimento. Los usuarios pueden modelar diferentes capas dentro de cada uno de estos tipos de pavimento. Las dimensiones sólo se utilizan para la generación de informes y para la normalización de los resultados por longitud o área, ya que la herramienta no realiza cálculos de cantidad de material.
•Ubicación: área (o una sección de ella) del proyecto de mantenimiento.
•Descripción del desempeño funcional: las especificaciones de la agencia.
• Periodo de análisis: el periodo de servicio modelado por la herramienta, se puede modelar todo el ciclo de vida (excluyendo el uso) o sólo alguna etapa.
Los usuarios pueden describir la unidad funcional cuando se inicia una nueva sesión y más detalles sobre el alcance y el tamaño cuando se establecen las alternativas. Los resultados se pueden expresar en las siguientes unidades: proyecto completo (según lo establecido por el usuario), por milla-carril, por milla-carril por año, por pie cuadrado o por pie cuadrado por año. La herramienta no puede evaluar la validez del análisis porque los usuarios controlan la descripción de la unidad funcional.
La herramienta asume que la unidad funcional para proyectos de comparación de alternativas es la misma. Hay que asegurarse de que así sea para evitar malas interpretaciones de los resultados.
3.3 Periodo de análisis
Cada opción se puede modelar para cierto intervalo de tiempo denominado periodo de análisis. El periodo de análisis debe ser lo suficientemente extenso como para incluir la próxima rehabilitación u otro evento importante cuyo momento pueda estar influenciado por la decisión actual. Para la comparación de sistemas, los periodos de análisis deben de ser los mismos.
4 CALIDAD
DE LOS DATOS
4.1 Evaluación
Todos los datos se evalúan mediante una metodología de evaluación de la calidad de los datos basada en la matriz de pedigrí de la EPA de los Estados Unidos. Esta metodología ha sido mejorada para hacerla más específica para las aplicaciones del ACV de pavimentos, con el objetivo de estandarizar la práctica de la evaluación de la calidad de los datos para este tipo particular de análisis. Los criterios aplicados en esta actualización se presentan en la Tabla 2. La presentación de informes y la interpretación de la calidad de la información obtenida son fundamentales para garantizar que los datos utilizados en la determinación de los flujos, el cálculo de los impactos y el análisis de sensibilidad para la interpretación sean adecuados para cumplir con los objetivos del estudio.
4.2 Inclusión de datos provenientes de declaraciones ambientales de producto
Los usuarios pueden agregar elementos a la base de datos utilizando los datos de la cuna a la puerta disponibles en las declaraciones ambientales de producto (DAP o EPD). Esto incluye, entre otros, datos de la DAP para materiales individuales o diseños de mezclas. La Figura 2 muestra el caso de la herramienta que calcula los impactos de un material compuesto a partir de sus datos internos y la Figura 3 muestra la sustitución de datos internos con impactos de EPD para algunos de los materiales en el material compuesto.
Tabla 2. Criterios para la evaluación de la calidad de los datos.
Categorías de calidad de datos Criterio
Confiabilidad
Confiabilidad
Confiabilidad
Método de recolección de datos
Método de recolección de datos
¿Se revisaron los datos del inventario por balance de masa, energía, recálculos, etc.?
¿Cuál es el statu quo para la propiedad de los datos y del apoyo continuo?
¿Son los datos actualizados con regularidad? ¿Son los datos de naturaleza determinística o se establecen intervalos de confianza estadística?
¿Qué tan representativos son los datos del mercado?
¿Qué tan compatibles son los datos del inventario del ciclo de vida con el método de evaluación de impacto TRACI 2.1 de LCA Commons?
Periodo de tiempo ¿Qué tan viejos son los datos?
Periodo de tiempo ¿Los datos presentan variaciones estacionales?
Geografía
Tecnología
Tecnología
¿Qué tan buena es la correlación geográfica de los datos con los objetivos del estudio?
¿Qué tan buena es la cobertura de los materiales por lo datos y su correlación con los objetivos de calidad del estudio?
¿Qué tan buena es la cobertura de la tecnología por los datos y su correlación con los objetivos de calidad del estudio?
Revisión del proceso ¿Qué tan buena es la revisión del proceso?
DINosaur Book 7 pt
DINosaur Book 6 pt
Integridad del proceso ¿Qué tan completo es el proceso?
energía
Iosevka Fixed 6 pt
Iosevka Fixed 5 pt
flujos de producto
PRODUCCIÓN DE AGREGADOS agregado fino (arenas) agregado grueso (gravas)
mezcla reciclada (RAP) aditivos
flujos de producto almacén (tanques con calentamiento) asfalto (aglutinante)
flujos de producto diesel /gas
finos (casa de bolsas) flujo de producto emisiones vertedero emisiones residuos
bombeo equipo de transporte planta de mezcla planta continua
transporte proceso materiales
Figura 2. Diagrama de flujo de la producción de mezcla asfáltica para pavimentos en una planta continua.
flujos de producto
flujos de producto diesel /gas
DECLARACIÓN AMBIENTAL DE PRODUCTOS AGREGADOS
mezcla reciclada (RAP)
aditivos
almacén (tanques con calentamiento)
asfalto (aglutinante)
equipo de transporte
planta de mezcla
planta continua
bombeo
finos (casa de bolsas)
flujo de producto emisiones vertedero
transporte proceso materiales
Figura 3. Diagrama de flujo de producción de mezcla asfáltica para pavimentos en planta. Se sustituye el cálculo del proceso de trituración de roca por la declaración ambiental de producto del agregado triturado.
5 CASO PRÁCTICO
Con un fin meramente demostrativo, a continuación realizaremos un caso práctico para la evaluación del impacto ambiental de dos carpetas de rodadura para un proyecto específico. Dicho caso seguirá los pasos de la metodología del ACV y el cálculo de impactos con la herramienta LCA Pave.
5.1 Definición de alcance y objetivos
Haremos el ACV para un proyecto de colocación de carpeta de rodadura sobre una carpeta asfáltica existente en buenas condiciones estructurales y con una vida remanente mínima de 32 años. El objetivo del ejercicio es realizar un análisis comparativo de los impactos ambientales, considerando un periodo de análisis de 32 años, entre 2 tipos diferentes de carpetas de rodadura, una mezcla densa con tamaño máximo de partícula de ½ pulgada y una mezcla tipo SMA, también con tamaño máximo de partícula de ½ pulgada. Ambas carpetas se aplicarán en el mismo grosor de 4 cm (1.6 pulgada).
Se establece como unidad funcional una tonelada corta de mezcla asfáltica (907.2 kg), la cual servirá como base para la comparación de impactos ambientales entre las dos alternativas de carpeta de rodadura. Se ha definido una distancia de acarreo de 50 km (aproximadamente, 31 millas) para el transporte de la mezcla asfáltica. El análisis de impacto ambiental se ha limitado a las siguientes categorías: potencial de calentamiento global (medido como kg de CO2 equivalente); uso de energía proveniente de fuentes renovables (medido en kJ); uso de energía de fuentes no renovables (también medido en kJ); agotamiento de recursos abióticos (combustibles fósiles), expresado en kJ; y el empleo de agua, medido en metros cúbicos. Se evaluarán las siguientes etapas del ciclo de vida de las capas de rodadura: su producción (A1, A2, A3), construcción (A4, A5), conservación y mantenimiento (B4) y fin de vida
(C1, C2, C3, C4). El proceso de pavimentación de las dos capas de rodadura en un tramo de 10 km (10,000 m o 6.214 millas) con dos carriles de 3.5 m cada uno (en total 7 m o 23 ft). Se consideró para las dos mezclas de rodadura, una densidad compactada de 2.4 toneladas por m3. Se estimó un consumo por milla carril de mezcla asfáltica de 596 toneladas cortas. El consumo estimado total de mezcla asfáltica es de 7,407.5 toneladas cortas (6,720 toneladas). Para este estudio se tomaron los siguientes tiempos de vida promedio.
Tabla 3. Durabilidades de las mezclas asfálticas comparadas.
(AC) o mezcla densa con asfalto convencional 8 SMA (Escenario 1) 11
(Escenario 2) 16
En los dos casos se harán trabajos de conservación al final de la vida útil de las mezclas asfálticas consistentes en el fresado de 4 cm de carpeta y su reposición por mezcla asfáltica de las mismas características. Al final de los 24 años, se realizará la demolición total. No se consideró un valor remanente como material para reciclado al final de su vida útil.
5.2 Análisis de inventario de ciclo de vida
Para esta fase, tomaremos las declaraciones ambientales de producto sectoriales reportadas por ASEFMA para un concreto asfáltico (AC) [4] y una mezcla discontinua SMA [5]. En Europa, los DAP para los productos de construcción no sólo toman los parámetros de producción (A1, A2, A3), sino que lo extienden a los costos ambientales de su demolición y disposición (C1, C2, C3, C4) o —en dado caso— de su valor residual como producto reciclado o reutilizado (D) acorde a la EN 15804:2012+A2:2019. En este caso, sólo tomaremos los datos correspondientes a la etapa de producción A1, A2 y A3, como se observa en las Tablas 4, 5 y 6 para la mezcla asfáltica tipo AC y en las Tablas 7, 8 y 9 para la mezcla asfáltica tipo SMA. Se hizo la conversión de unidades para ajustar los impactos a una unidad declarada de una tonelada corta (907.2 kg). Las composiciones reportadas en la Declaración de Productos sectoriales se indican en la Tabla 10
Tipo de mezcla asfáltica
Durabilidad promedio (años)
La valoración de la calidad de los datos para ambas declaraciones se describe a continuación:
•Integridad: Muy buena. Puntuación 1.
•Idoneidad y coherencias metodológicas: Buena. Puntuación 2.
•Representatividad temporal: Muy buena. Puntuación 1.
•Representatividad geográfica: Muy buena. Puntuación 1.
•Incertidumbre de los datos: Baja. Puntuación 2 puntos.
Data Quality ranking: 1.33.
Sobre esta valoración, es necesario realizar ajustes para usar los datos en el contexto de México. Sin embargo, dado que en esta ocasión la evaluación de ciclo de vida tiene un propósito meramente didáctico, podemos tomarlo como válido. No obstante, en un ejercicio más estricto, sería necesario reducir la valoración de representatividad tecnológica, ya que los componentes podrían tener un origen diferente y posiblemente utilizar equipos de producción distintos (por ejemplo, plantas de mezclas discontinuas). Asimismo, la representatividad geográfica se vería afectada, al haberse realizado la mezcla en otras latitudes a las de ACV original.
GWP - total (kg CO2 eq): Potencial de calentamiento global; GWP - fossil (kg CO2 eq): Potencial de calentamiento global de los combustibles fósiles; eq): APD-fossil (MJ, v.c.n): Potencial de agotamiento de recursos abióticos para los recursos fósiles; WDP (m3 eq): Potencial de privación de agua (usuario), consumo de privación ponderada del agua.
Tabla 5. Parámetros de impacto ambiental definidos en la Norma UNE-EN 15804.
GWP - total (kg CO2 eq): Potencial de calentamiento global; GWP - fossil (kg CO2 eq): Potencial de calentamiento global de los combustibles fósiles;eq): APD-fossil (MJ, v.c.n): Potencial de agotamiento de recursos abióticos para los recursos fósiles; WDP (m3 eq): Potencial de privación de agua (usuario), consumo de privación ponderada del agua.
Tabla 4. Parámetros de impacto ambiental definidos en la Norma UNE-EN 15804.
Mezcla AC
En la Tabla 6 se muestra la composición de las mezclas, tal como las reporta las DAP.
Tabla 6. Composición de mezclas asfálticas tipo AC y tipo SMA.
Para las etapas de construcción, conservación y demolición, se consideraron los siguientes equipos:
−Construcción de capa de SMA 10 de 4 cm sobre la estructura ya existente.
•Materiales
» Mezcla SMA ASEFMA (7,408 short tones).
—Transporte desde el sitio de producción (229,648 short tones miles).
Transporte al sitio de producción (1,550 short tones miles).
•Residuos
» Mezcla para reutilizar fuera del sitio de remoción (7,408 kg).
Transporte al sitio de producción (229,648 short tones miles).
−Fin de vida. Remoción
•Equipos
» Guillotina, Nonroad diésel 600< hp 75 (72 horas).
Transporte al sitio de construcción (1,550 short tones miles).
•Residuos
» Mezcla asfáltica para reutilizar fuera del sitio de remoción (7,408 short tones).
Transporte al sitio de producción (229,648 short ton miles).
•Relleno vertedero (7,408 short tones).
Se evaluaron 3 alternativas de proyecto: Alternativa 1. SMA con una vida promedio de 11 años.
Año cero. Construcción inicial.
Año 11. Conservación consistente en fresado de 4 cm y reposición de carpeta.
Año 22. Conservación consistente en fresado de 4 cm y reposición de carpeta.
Año 32. Demolición.
Alternativa 1. SMA con una vida promedio de 16 años.
Año cero. Construcción inicial.
Año 16. Conservación consistente en fresado de 4 cm y reposición de carpeta.
Año 32. Demolición.
Alternativa 3. AC con una vida promedio de 8 años.
Año cero. Construcción inicial.
Año 8. Conservación consistente en fresado de 4 cm y reposición de carpeta.
Año 16. Conservación consistente en fresado de 4 cm y reposición de carpeta.
Año 24. Conservación consistente en fresado de 4 cm y reposición de carpeta.
Año 32. Demolición.
5.3 Análisis de impacto
Los resultados del ACV se muestran en la Tabla 7
Tabla 7. Resultados del Análisis de Ciclo de Vida de tres alternativas de capas de rodadura.
de energía no renovable (MJ)
Agotamiento de los combustibles fósiles (MJ)
Potencial de calentamiento global (Ton CO2 equivalente)
T
T
La herramienta LCA Pave también nos permite vislumbrar los impactos por etapa en el ciclo de vida. La Tabla 8 muestra los resultados obtenidos en el potencial de calentamiento Global (Ton CO2 equivalente) para las diferentes etapas de construcción.
Tabla 8. Potencial de calentamiento global (Ton CO2 equivalente) de tres alternativas de pavimentación por etapa en el ciclo de vida.
1. SMA con vida de 11 años
2. SMA con vida de 16 años
Alternativa 3. AC con vida de 8 años
Etapa del ciclo de vida
Alternativa
Alternativa
6 CONCLUSIONES
La herramienta LCA Pave está diseñada en Microsoft® Excel® y permite evaluar los impactos ambientales de un pavimento asfáltico a nivel de proyecto. Se requiere que el usuario tenga conocimientos básicos de los principios del Análisis de Ciclo de Vida y ofrece una limitada librería de opciones para la modelación de mezclas asfálticas y pavimentos. La herramienta presenta ventajas y desventajas, además de requerir de adecuaciones para poder emplearla para la evaluación de pavimentos en México.
Las ventajas se enumeran a continuación:
Incluye un conjunto inicial de tecnologías de materiales para pavimentos basado en información pública disponible. Aunque limitado, ofrece una gama que puede ser utilizada para fines educativos y de entrenamiento para personas que empiezan a conocer los alcances del Análisis del Ciclo de Vida.
Se enfoca en el análisis a nivel proyecto, lo que permite calcular los impactos en las diferentes etapas del ciclo de vida, exceptuando la etapa de uso, donde sólo se pueden calcular los impactos generados por las actividades de conservación y rehabilitación.
Abarca los materiales y las etapas de construcción en un periodo de análisis completo, incluyendo los materiales y las actividades de construcción en cada etapa a través del ciclo de vida. Este análisis incluye la transportación y la movilización del equipo, así como su uso para actividades de construcción, conservación y rehabilitación.
Usa datos públicos disponibles de promedios nacionales para materiales estandarizados, procesos y datos de la actividad.
Permite al usuario añadir, almacenar y utilizar datos de la librería. Esto permite al usuario o a la agencia ampliar su biblioteca personalizada en función de las materias primas más comunes en la región, los principales tipos de asfalto, las modificaciones más comunes, los procedimientos constructivos más utilizados y los porcentajes de reutilización de residuos, en particular del pavimento removido. La herramienta LCA
Pave busca que estas librerías se vayan sofisticando con el tiempo, permitiendo tomar mejores decisiones conforme se obtengan resultados más cercanos a las tecnologías y materiales locales y se reduzca el grado de incertidumbre.
Deja al usuario añadir declaraciones ambientales de producto para materias primas, mezclas asfálticas, e insumos para pavimentos, lo que permite ir incorporando declaraciones ambientales de producto conforme estos se vayan haciendo más comunes en los diferentes mercados.
Las desventajas son:
Las unidades se expresan en el sistema inglés y no permite cambiarlas al sistema internacional, lo que implica que el usuario debe adecuar las unidades del proyecto y las unidades declaradas del estudio para que los resultados sean coherentes.
La herramienta LCA Pave no calcula volúmenes del proyecto, estos deben de ingresarse de manera manual en función de la longitud, el ancho y la profundidad del proyecto de
construcción o rehabilitación. Se debe de ser cuidadoso para asegurarse que los datos del reporte final sean coherentes (los volúmenes del proyecto con las dimensiones de este).
La herramienta no evalúa la etapa de uso, por lo que se requiere de una herramienta de gestión adicional para el cálculo de emisiones por concepto del estado del pavimento, la interacción del vehículo con el pavimento, las emisiones generadas por la reducción de la velocidad en los tramos de obra, los embotellamientos, etc.
La herramienta presenta inconsistencia en los resultados cuando se introducen datos con decimales. Fue imposible determinar si era un error de la aplicación, de la versión del software o del modo en que se ingresaron los datos. Esto obligó a redondear los datos al entero superior en todos los casos, lo cual impidió la evaluación de impactos cuyos valores no fueran cercanos a la unidad.
La herramienta LCA Tool es muy útil para aprender sobre la construcción de un Análisis de Ciclo de Vida y puede ser un punto de partida para construir una base de datos con materiales y procedimientos acordes a las necesidades particulares de una región. Tiene oportunidades de mejora y tiene la ventaja de que es una herramienta que ya existe y que fue desarrollada específicamente para pavimentos.
7 REFERENCIAS
[1] Harvey J., Meijer J., Ozer Hasan, Al-Qadi I. L., Saboori, A. and Kendall, A (2016) Pavement Life Cycle Assessment Framework, Federal Highway Administration, Report No. FHWA-HIF-16-014, Washington, DC.
[2] Meijer, J. Harvey, J. Butt, A. Changmo, K. Prashant, Ram. Smith, K. and Saboori A. LCA Pave: A tool to Assess Environmental Impacts of Pavement Material and Design Decisions- Underlying Methodology an Assumptions. Report No. FHWA-HIF 22-033, November 2021 Federal Highway Administration, 1200 New Jersey Avenue, SE Washington, D.C. 20590.
[3] Prashant, Ram. Hoerner T. Meijer, J. Smith, K. Harvey, J. & Butt, A. LCA Pave: A tool to Assess Environmental Impacts of Pavement Material and Design Decisions – User Manual. Report No. FHWA-HIF 22-032, November 2021 Federal Highway Administration, 1200 New Jersey Avenue, SE Washington, D.C. 20590.
[4] Asociación Española de fabricantes de mezclas asfálticas. Declaración Ambiental de Producto. Mezclas asfálticas tipo AC. Fecha de emisión 2023-08-01. Código de registro: Global EPD EN15804-045.
[5] Asociación Española de fabricantes de mezclas asfálticas. Declaración Ambiental de Producto. Mezclas asfálticas tipo SMA. Fecha de emisión 2023-08-01. Código de registro: Global EPD EN15804-045.
[6] UNE-EN 15804:2012+A2:2020 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
MODELACIÓN NUMÉRICA DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS UTILIZADAS HOY EN DÍA EN LA RED CARRETERA DE MÉXICO
Dirección General de Servicios Técnicos, Ciudad de México, México
Omar Viveros Carrera, omar.viveros@sict,gob.mx
José Rafael Bernal Padilla, jose.bernal@sict.gob.mx
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, México
Carlos Chávez Negrete, cachavez@umich.mx
APORTACIONES
1 RESUMEN
Actualmente, la red carretera de México, al igual que la de muchos países en vías de desarrollo, está migrando hacia estructuras más eficientes, con mejores características mecánicas, hidráulicas y de seguridad, entre otras. Esto se debe al crecimiento de la población y al desarrollo del país, que provocan un aumento en el tránsito, las cargas, las velocidades y las dimensiones de los vehículos, así como a desafíos severos como el cambio climático y el uso excesivo de recursos no renovables. Ante esta situación, es imprescindible buscar opciones de estructuras de pavimento optimizadas. Como parte de las soluciones de reconstrucción, las bases hidráulicas convencionales han sido sustituidas por bases con mayor rigidez en su matriz estructural, entre las que destacan: bases estabilizadas o modificadas con cemento Portland, bases estabilizadas con cemento asfáltico espumado, bases estabilizadas o modificadas con asfalto y bases estabilizadas con productos poliméricos. Partiendo de una estructura tipo definida, se realizaron modelaciones mediante elementos finitos para distintas opciones de reconstrucción de estructuras de pavimento. El desempeño de cada opción se evaluó a partir de los esfuerzos de compresión en las terracerías y de la tensión en la parte inferior de la carpeta asfáltica. Estos resultados sirvieron como insumo para obtener el número de repeticiones de carga que cada estructura es capaz de soportar durante su vida útil. Se obtuvieron resultados sobre la estructura
más eficiente para el caso, incluyendo los pros y los contras de la aplicación de cada una, y lo más importante: cómo ayudaría a México en la inversión de los activos en infraestructura carretera.
2 INTRODUCCIÓN
Actualmente, en México se tienen más de 170,000 kilómetros pavimentados como parte de la red carretera federal [1], un porcentaje importante se encuentra en un estado físico que requiere ser reconstruido.
Considerando los pilares que toma en cuenta el Foro Económico Mundial para determinar la competitividad de un país [2], la importancia que tiene la infraestructura de un país en su desarrollo es esencial, ya que ocupa el segundo pilar de dicha evaluación, por lo que aumentarla y conservarla en condiciones óptimas es cuestión prioritaria. Para alcanzar este objetivo, debemos tener la capacidad de gestionar de manera eficiente los recursos que se utilizan y planificar, diseñar y llevar a cabo los trabajos en la infraestructura de carreteras, utilizando las herramientas necesarias para conseguir la eficiencia mencionada anteriormente.
Como parte del avance de la tecnología y su aplicación en el campo de la ingeniería civil, en particular en el diseño de estructuras de pavimentos, las herramientas de modelación han ocupado un papel importante, pues nos permiten identificar comportamientos mecánicos de las estructuras analizadas de una manera rápida y confiable. Ahora bien, como cualquier herramienta digital, se requiere de datos de entrada confiables, reales, medidos y analizados de manera correcta.
En los últimos años, a nivel mundial, y como parte de la preocupación por el impacto ambiental generado por las actividades de construcción, conservación y modernización de carreteras, se han realizado diversos análisis con el objetivo de desarrollar estructuras de pavimentos sustentables. Estas estructuras buscan brindar un nivel de servicio adecuado y eficiente al usuario, al mismo tiempo que promueven un manejo responsable y eficaz de los recursos financieros.
Así, es fundamental el uso de la metodología de Análisis de Costo de Ciclo de Vida (LCCA, por sus siglas en inglés), que sirve para implementar el beneficio y reducir los costos [3]. Con el creciente enfoque en la sostenibilidad, la industria vial se enfrenta al desafío de considerar prácticas sostenibles [4]. Permitir una transición sostenible requiere altos niveles de inversión. Dado que las
agencias a menudo enfrentan limitaciones debido a fondos insuficientes para las inversiones, es necesario prestar atención a la evaluación de los costos futuros a lo largo de períodos más prolongados. Teniendo en cuenta las restricciones presupuestarias, las agencias deben utilizar metodologías rigurosas para la toma de decisiones que brinden información sobre la viabilidad económica a largo plazo.
Hoy en día, en México, al igual que en muchos países de América Latina, vemos cómo se presentan escenarios que afectan la vida útil de las estructuras de pavimentos de manera acelerada, tales como, exceso de cargas, tasas de crecimiento altas, falta de control de calidad en los procesos, etc. Ante ello, la necesidad de realizar estudios como el del presente artículo, donde realizando modelaciones en un sistema de elementos finitos podremos determinar la estructura de pavimento más eficiente desde un aspecto mecánico, considerando además las cargas que realmente actúan en los pavimentos. De acuerdo con la Asociación Mundial de Carreteras (PIARC), el efecto de la sobrecarga en la vida útil del pavimento depende de diferentes factores como el tipo de tráfico, la distribución de la carga, la rueda y la suspensión del vehículo [5]. Es una realidad que, en países en vía de desarrollo, este fenómeno se presenta con frecuencia, afectando tanto los gastos de operación como la seguridad vial debido al deterioro prematuro de la infraestructura carretera.
Asimismo, para esta investigación se obtienen resultados sobre el comportamiento mecánico de las estructuras propuestas para la rehabilitación del caso de estudio y se muestran las ventajas y las desventajas de cada una de ellas, teniendo como objetivo variar los esfuerzos de acuerdo con lo que pasa en realidad en el sitio. Además, este análisis busca una opción para encontrar la estructura óptima que presente mayores beneficios en costo, pero sobre todo en desempeño, que termina recayendo en la seguridad y el confort de la vialidad para los usuarios.
3 CASO DE ESTUDIO
Como caso de estudio se utilizó la información de un tramo carretero ubicado en la región oeste de México, en el estado de Jalisco, donde la estructura del pavimento se encuentra desplantada y sobre una zona lacustre. La carretera es de dos cuerpos con una faja separadora, tiene un ancho de 11.0 m compuesta por dos carriles de 3.5 m, un acotamiento interno de 1.0 m y un acotamiento externo de 3.0 m perteneciente a las características de un camino tipo A4 [6]. La estructura actual del pavimento se encuentra conformada por una subrasante de 1.0 m de espesor compuesta de material de filtro (roca de origen volcánico de baja densidad). Lo anterior tiene dos finalidades: la primera, romper el efecto de capilaridad y la segunda, dar nivel a la estructura con un material ligero para las condiciones del terreno. Posteriormente, se tiene una capa de subbase de 0.15 m, seguida de una capa de base estabilizada con cemento Portland de 0.30 m, coronando con una carpeta asfáltica Marshall de 0.06 m de espesor. Esta autopista tiene un Tránsito Promedio Diario Anual (TDPA) de 7,434 vehículos con un porcentaje de vehículos de carga del 25.2%, es decir, esta vialidad tiene un tráfico importante.
La estructura existente en dicho tramo se muestra en la Figura 1:
4 MODELACIÓN DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO
Para verificar el efecto de las diferentes propuestas de estructuras para el caso que confiere este artículo, se hizo una modelación numérica considerando un análisis empírico mecanicista [7]. En la Tabla 1 se presentan los espesores y módulos elásticos de las capas para analizar las propuestas elásticas-lineales del modelo axisimétrico realizado con el software GID 14.0.7 COREBRIGHT 2020 [8]. Para el análisis elastoplástico se utilizó el programa PLAXIS 2D CE V20. Para el análisis axisimétrico se consideró un radio de aplicación de esfuerzo de 0.16 m, una ley constitutiva elástica y tres diferentes esfuerzos correspondientes a las magnitudes de las cargas aplicadas por el eje equivalente sencillo dual de 8.2 toneladas (5.09 kg/ cm² o 500 kN/m²) —la carga máxima legal para un eje tándem motriz de 21 toneladas (6.53 kg/cm² o 640 kN/m²) estipulada en la norma mexicana de pesos y dimensiones [9]— y, por último, una sobrecarga del 35% para el mismo tipo de eje tándem (8.81 kg/cm² o 864 kN/m²). El segundo es un análisis elasto-plástico basado en la teoría de Mohr-Coulomb en 2D, con el cual se representa la estructura en su totalidad con la aplicación de los mismos esfuerzos en una línea de influencia de 0.32 m correspondiente al diámetro donde el par de neumáticos tiene influencia sobre la superficie de la capa de rodadura. Este tipo de modelación tiene la finalidad de mostrar los puntos plásticos posibles donde la estructura presenta una deformación no recuperable y ver así cuáles son las zonas más vulnerables ante los diferentes escenarios de la conformación de la estructura y de los distintos esfuerzos aplicados. En el eje de simetría (coordenada x=0), se aplicó una condición de frontera que restringe el desplazamiento en el sentido horizontal a 0. En el lado derecho de la sección se utilizó la misma condición. En la frontera inferior del pavimento, correspondiente a la coordenada vertical (y=0), se restringieron los desplazamientos verticales. El dominio se discretizó con elementos triangulares de 6 nodos, considerando triángulos más pequeños en la zona de las
Figura 1. Geometría de la estructura existente.
cargas, esta condición se extiende hasta la profundidad de la subrasante. Los parámetros de los modelos están definidos en la Tabla 1
Tabla 1. Parámetros elástico-lineales.
Convencional
Material Espesor/módulo
Carpeta asfáltica 0.6 cm/2800 MPa
Base cementada 30 cm/1000 MPa
Subbase 15 cm/280 MPa
Subrasante 100 cm/350 MPa
T. Natural infinito/50 MPa
Propuesta 2
Material
Carpeta asfáltica 0.6 cm/2800 MPa
Base asfáltica 14 cm/2500 MPa
MPaBase
Subrasante
T. Natural infinito/50 MPa
Tabla 2. Parámetros para modelación elasto-plástica. MaterialMaterial
Propuesta 1
Carpeta asfáltica 0.6 cm/2800 MPa
Base hidráulica 30 cm/350 MPa
Subbase 15 cm/280 MPa
Subrasante 100 cm/350 MPa
T. Natural infinito/50 MPa
Propuesta 3
Carpeta asfáltica 0.6 cm/6000 MPa
Base espumada 25 cm/1500 MPa
Subrasante
MPa
T. Natural infinito/50 MPa
T. NaturalMohr-CoulombUndrained12.313550
SubrasanteMohr-CoulombDrained8.8 11 5035
SubbaseMohr-CoulombDrained21.5822.3 21 35
Base cementadaMohr-CoulombDrained22.523.5100030si500
Base didráulicaMohr-CoulombDrained21.522.535 21
Base asfálticaLinear ElasticNon-Porous23.5323.5--
Base espumadaMohr-CoulombDrained22.3523.525030si 700
En la Figura 4 se presentan los contornos de deformación unitaria vertical para una estructura convencional. Se muestran las deformaciones unitarias horizontales ( ) y verticales ( ), siendo estas últimas positivas en sentido hacia abajo. Si se observan dichas figuras, los contornos de deformación vertical se asemejan a los bulbos de esfuerzos verticales, los cuales no se presentan en el artículo. Sin embargo, se puede verificar que en cada cambio
de capa existen una discontinuidad en los contornos, y es más clara la variación de los módulos. Para calcular la deformación permanente a nivel de la subrasante se utiliza la deformación de compresión, y se puede concluir que, mientras mayor sea el módulo de esta capa, menor será la deformación vertical unitaria. Para el cálculo de la vida a fatiga de la superficie de rodadura se usa la deformación unitaria por tensión ( ), correspondiente a las deformaciones horizontales en el eje de las abscisas, medida en la interfase de la carpeta asfáltica y la capa inferior, donde se observa una deformación unitaria mayor en la mayoría de los casos. Se analizaron las configuraciones estructurales presentes en ambos segmentos, estimando los ejes equivalentes que soportarían la aplicación en la carpeta asfáltica. Se determinaron las deformaciones de tensión ( ) y las deformaciones de compresión vertical ( ), en la interfase entre la carpeta y la base (algunas variantes que se dan a conocer más adelante) y en la interfase entre la subbase y la subrasante. Se utilizan las ecuaciones 1 y 2, funciones de transferencia generales [7], con los parámetros del Asphalt Institute. Las ecuaciones empleadas son:
Donde Nf, es el número de repeticiones permisibles debido a la fatiga, Nd, es el número de repeticiones permisibles por deformación permanente, es la deformación de tensión unitaria en la parte inferior de la carpeta, es la deformación unitaria vertical en la parte superior de la subrasante y es el módulo de elasticidad de la carpeta en kN/m² o kPa. En el presente artículo se muestran los esquemas de modelación más representativos que son los de estructura existente. Dentro de los segmentos analizados se manejaron diversas propuestas para explicar la interacción de las diferentes capas que conforman la estructura del pavimento. Se enfatiza en la resistencia por fatiga, dejando a un lado los posibles efectos de reflexión de grietas de las capas inferiores y drenaje de las capas.
4.1
Estructura existente
En la Figura 2 y Figura 3 se muestran los resultados de la estructura existente. Se obtuvo una deformación en la capa inferior de
la carpeta de 2.77e-5, 4.38e-5 y 6.04e-5 por lo cual se calcula un Nf = 1048, 231 y 81 millones de ejes equivalentes, así como una deformación por compresión en la parte superior de la subrasante de 1.41e-5, 1.77e-5 y 2.31e-5. Debido a lo anterior, se calcula un Nd = 240, 81 y 26 millones de ejes equivalentes para la aplicación de esfuerzo del eje sencillo dual de 8.2 ton, la máxima carga legal para un eje tándem motriz y una sobrecarga respectivamente, siendo estos los valores de referencia. Esto quiere decir que, en este punto, la estructura existente presenta una excelente resistencia por fatiga y por deformación permanente, independientemente del esfuerzo aplicado, aunque bien se puede ver el decremento al variar dicho esfuerzo. Asimismo, se puede apreciar una subrasante con un nivel de deformación baja para las condiciones de las capas superiores y el terreno natural, siendo que los esfuerzos en gran porcentaje se distribuyen a nivel de base cementada y subbase, lo que ayuda a que las deformaciones por compresión tiendan a disminuir. Ahora bien, si se observa nuevamente la Figura 2, podemos notar un punto ubicado en la parte superior de la subbase, dicho punto representa el sitio donde se tienen las mayores deformaciones, lo cual probablemente se deba a la importante diferencia de rigidez con la capa superior (base cementada). Esto quiere decir que, a pesar de que es una buena estructura, se ve vulnerable por la subbase tanto por el espesor como por el módulo, lo que puede acelerar el proceso de aparición de fisuras y agrietamiento.
DINosaur Book 7 pt Iosevka
Book 7 pt
unitarias horizontales DINosaur Book 6 pt
asfáltica
asfáltica
Figura 3. Deformaciones unitarias horizontales .
Figura 2. Deformaciones
En la Tabla 3 se pueden observar los resultados de las distintas modelaciones de las estructuras propuestas. La segunda columna se refiere al módulo de la carpeta que para estos casos se consideró por diseño Marshall.
Tabla 3. Resultado de las deformaciones y cantidad de ejes equivalentes que soporta la estructura.
CasoEsfuerzo
1
La propuesta 1 y 1A en la Tabla 3 tienen que ver con una consideración de una base hidráulica convencional en vez de la base cementada de la estructura existente, manteniéndose con los mismos parámetros, a excepción del módulo y de la relación de Poisson. En la propuesta 1, como el caso anterior, se muestran los resultados de Nf de la parte inferior de la carpeta asfáltica y de Nd de la parte superior de la subrasante. Se demuestra un número bajo de aplicación de ejes equivalentes para todos los casos de fatiga, resaltando los resultados de sobrecarga en fatiga. Asimismo, en el caso de la propuesta 1A, donde se obtuvo la máxima deformación por
tensión entre la capa de subbase y base hidráulica, dicha ecuación ya no aplica, ya que está diseñada únicamente para la carpeta asfáltica. Sin embargo, se observan valores de deformación en rojo considerablemente más altos, lo que podría disminuir de manera importante la resistencia a la fatiga. Esto demuestra el porqué una base hidráulica convencional ya no es conveniente para un camino de altas especificaciones y menos con una capa inferior con un bajo espesor, aunque el material sea de buena calidad.
La propuesta 2 y 2A representan una estructura de prueba ya construida como parte de las soluciones de modernización y reconstrucción. Para el caso de la propuesta 2, se pueden observar valores de deformación muy bajos; por lo tanto, se obtienen valores de Nf muy elevados y de Nd también, aunque en menor escala.
La parte inferior de la carpeta asfáltica no presenta deformación por tensión, sino por compresión y muy baja, además no es hasta la base asfáltica que se comienzan a observar las deformaciones por tensión. El modelo prácticamente toma como una sola capa la carpeta asfáltica y la base asfáltica debido a sus similitudes estructurales. Por ello, de manera hipotética, si se considerara como una sola capa el conjunto de la capa de base asfáltica y la carpeta asfáltica (los módulos entre 2,800,000 y 3,500,000 kN/m², y un promedio de 3185,000 km/m²), las mayores deformaciones por tensión se presentarían entre la base asfáltica y la base hidráulica, tal como se indica con la flecha en la Figura 4. Esto demeritaría de manera considerable la vida por fatiga de esta estructura, como se muestra en la Tabla 3. A pesar de que lo anterior es solo una suposición, deja claro (nuevamente) que la interacción de capas de pavimento con diferencias importantes de rigidez tienden a disminuir las aportaciones de las capas estabilizadas, por lo que se piensa que es conveniente considerar una transición modular adecuada.
DINosaur Book 7 pt
DINosaur Book 6 pt
Iosevka Fixed 6 pt
Iosevka Fixed 5 pt
Figura 4. Contornos de deformación para la propuesta 2 y 3.
Para el caso de la propuesta 3, los valores que se muestran en la Tabla 3 indican deformaciones por tensión y por compresión muy pequeñas, lo que resulta en valores de Nf y Nd exorbitantes. En situaciones como esta, el modelo de ecuación del Asphalt Institute deja de ser eficiente, al igual que en el caso anterior. Sin embargo, estos resultados sí reflejan una vida útil elevada en lo que se refiere a repeticiones de carga en ejes equivalentes, lo que sugiere que la estructura tiene baja probabilidad de que falle, al menos bajo las condiciones utilizadas para estas modelaciones. Como se puede observar en la Figura 4 b), pasa lo mismo que en el caso anterior: las deformaciones horizontales en la parte inferior de la carpeta resultan por compresión; la capa más vulnerable es la subrasante, es ahí donde se presentan las mayores deformaciones. La diferencia radica en que esas deformaciones son pequeñas y no representan una disminución importante de la vida por fatiga y deformación permanente de la estructura en ninguno de los tres casos de aplicación de esfuerzos. No hay que dejar de lado que la estructura tiene 0.10 m más de espesor respecto de las anteriores propuestas, lo cual resulta en una problemática distinta (mayor peso) que se abordará en el siguiente apartado. Sin embargo, se observa nuevamente que la transición de rigideces entre capas debe ser un factor a considerar en el diseño. La propuesta de estructura con una base espumada seguida de una base cementada resulta la opción más eficiente, pero, habría que ver el costo-beneficio.
4.2 Modelo elasto-plástico
Para este caso, se realizaron modelos en 2D de las propuestas ya mencionadas, la diferencia es que estos modelos son elasto-plásticos, donde se representa la totalidad de las dimensiones de las estructuras con un espesor considerable de terreno natural (30 m) para así comprender mejor el comportamiento de la estructura conjunta y minimizar el efecto de frontera. Para estos modelos se consideran supuestos de acuerdo con el tipo de material de cada capa de ángulo de fricción y cohesión, los pesos específicos y las resistencias, que son valores de laboratorio. La Figura 5 presenta la configuración geométrica del modelo que corresponde a los mismos datos empleados en el modelo axisimétrico para los casos de las propuestas. Sin embargo, las cargas representan ahora la totalidad del ancho del par de llantas de un eje tándem de un tractocamión (0.32 m en vez de 0.16 m). Cada aplicación de esfuerzo representa el par de neumáticos de un tractocamión por lo que las cuatro aplicaciones representan el paso de dos tractocamiones simultáneos sobre la corona. En estas modelaciones, el enfoque radica en los posibles puntos de falla o puntos plásticos que estarán representados en la estructura en color rojo, mientras que los puntos en color blanco muestran las zonas donde se generan tensiones de acuerdo con los tres tipos de esfuerzos que se han manejado a lo largo de este documento. Ahora bien, las cargas que actúan sobre un pavimento son dinámicas, aunque en este caso particular no se modelaron como tales. Sin embargo, las modelaciones realizadas y los puntos plásticos indican que la carga aplicada excede la capacidad de soporte de la estructura. No obstante, al ser cargas que se aplican en fracciones de segundo, no se produce una falla súbita; lo que sí pasa es que se presenta un daño y este se va acumulando justo en esas zonas plásticas, causando problemas (deterioros) a largo plazo.
Figura 5. Configuración geométrica del modelo.
4.2.1 Modelo con estructura existente
La estructura existente, según el modelo, presenta posibles puntos de falla en la capa de subbase y se intensifica con el incremento de esfuerzos hasta llegar —en buena medida— a la capa de subrasante. También se puede observar la generación de tensiones por debajo de la capa de subbase y hasta un porcentaje considerable de profundidad del suelo de desplante, así como, a los costados de la estructura. No obstante, no se presentan puntos plásticos debajo de la estructura de pavimento debido a que para el caso de origen, el suelo ya está consolidado por el paso del tiempo, el peso de la estructura y la aplicación de esfuerzos ocasionados por el tránsito vehicular.
a) Estructura completa.
b) Puntos plásticos en la subbase carga ESAL.
c) Puntos plásticos subbase carga máx. legal. d) Puntos plásticos subbase sobrecarga.
Figura 6. Representación de las zonas plásticas para la estructura existente.
4.2.2 Modelo con estructura propuesta 1
Esta estructura, como ya se mencionó anteriormente, corresponde a la estructura original, pero con una base hidráulica convencional en lugar de la base cementada existente. Se puede observar en la Figura 7 que los puntos plásticos se presentan a partir de la base hasta el terreno natural, para la Figura 7 b) y c).
a) Puntos plásticos carga ESAL. b) Puntos plásticos carga legal máxima. c) Puntos plásticos sobrecarga.
4.2.3 Modelo con estructura propuesta 2
Para este caso, donde se tiene una capa estabilizada con cemento asfáltico sobre una base, los puntos plásticos se presentan justamente en la base hidráulica y para el caso de la sobre carga se tienen puntos plásticos en el terreno natural. A pesar de que la estructura es adecuada, se considera que el cambio de rigideces representa una modificación importante. Posiblemente, debido al nuevo peso de la estructura y al efecto de la sobrecarga, se generan movimientos bajo la estructura del pavimento hasta alcanzar un nuevo equilibrio (consolidación).
a) Puntos plásticos carga
4.2.4 Modelo con estructura propuesta 3
Para la propuesta 3 se considera una estructura un tanto más robusta aplicando una base con cemento asfáltico espumado. La estructura presenta puntos plásticos en la subbase y en la base espumada, no así en la base cementada, esto por la alta rigidez. Además, es interesante observar que aun con la aplicación de una sobrecarga, no existen puntos plásticos bajo la estructura (a pesar de ser más pesada). Lo anterior, quiere decir que la base espumada absorbe bastante bien los esfuerzos, aunque para ello presenta algunos puntos plásticos en ella.
Figura 7. Representación de las zonas plásticas para la estructura propuesta 1.
ESAL. b) Puntos plásticos carga legal máxima. c) Puntos plásticos sobrecarga.
Figura 8. Representación de las zonas plásticas para la estructura propuesta 2.
a) Puntos plásticos carga ESAL. b) Puntos plásticos carga legal máxima. c) Puntos plásticos sobrecarga.
Figura 9. Representación de las zonas plásticas para la estructura propuesta 3.
5 CONCLUSIONES
Sin duda, es fundamental buscar la eficiencia en el manejo de los recursos utilizados en los trabajos de diseño, construcción y conservación de red carretera para lograr una infraestructura con el nivel de servicio necesario para satisfacer las necesidades de los usuarios.
En este caso de investigación se observa que el uso de capas de pavimento estabilizadas tiene un desempeño bueno, sin embargo, es evidente la importancia de evaluar sobre qué tipo de capa reposarán, ya que el cambio brusco de rigideces tiende a cambiar el comportamiento de la estructura lo que puede mermar la eficiencia de las capas estabilizadas. Además, es importante que los diseños para pavimentos nuevos y reconstrucciones tomen en cuenta la transición de rigideces entre las capas. De acuerdo con los datos obtenidos, la estructura más eficiente es la propuesta con la base espumada, ya que absorbe los esfuerzos en mayor porcentaje. Las bases espumadas son una opción viable para la reconstrucción de pavimentos. La estructura actual presenta un comportamiento bueno; sin embargo, según los datos obtenidos, la capa de subbase —por su espesor y cambio de rigidez— reduce la eficiencia de la capa cementada. Esta situación propicia la aparición de agrietamientos naturales, atribuibles tanto a la rigidez de la capa cementada como —quizá— a la falta de soporte adecuado por parte de la capa inferior. Es importante destacar que al seleccionar la estructura óptima, se apuesta por tener mayor seguridad y confort en la vialidad, por lo que, el análisis presentado en este trabajo puede ser útil en la selección de la estructura que aporte mayor beneficio.
Las zonas plásticas presentes en los modelos elasto-plásticos ubican dónde se da la acumulación del daño en las capas que pueden ser las más vulnerables. Por otro lado, es de suma importancia considerar en los modelos las distintas magnitudes
de los esfuerzos aplicados por cargas vehiculares. A fin de cuentas, los modelos con un elemento finito buscan representar, en la medida de lo posible, la realidad presente de las estructuras o las piezas a modelar.
Como trabajo futuro, se plantea el Análisis del Ciclo de Vida del Costo (LCCA) para definir la estructura del pavimento desde una perspectiva de desempeño satisfactoria a mediano y largo plazo. Asimismo, se busca programar los trabajos de conservación necesarios para cumplir con la vida útil del tramo carretero analizado. No obstante, su aplicación conlleva un reto importante, derivado de la información requerida.
6 REFERENCIAS
[1] Gobierno de México. (2023). Obtenido de: https://www.gob.mx/imt/articulos/aumentaen-29-819km-la-longitud-total-de-la-red-nacional-de-caminos#:~:text=Por%20su%20 parte%2C%20102%2C719km,San%20Luis%20Potos%C3%AD%20y%20Zacatecas.
[2] Instituto Mexicano para la Competitividad, A. (2022). Índice de Competitividad Internacional. México. Obtenido de: https://imco.org.mx/wp-content/uploads/2022/09/Indice-de-Competitividad-Internacional-2022.pdf
[3] Ognjenovic, S., Ishkov, A., Cvetkovic, D., Peric, D., & Romanovich, M. (2016). Analysis of costs and benefits in the pavement management systems. ELSEVIER, 6. doi:doi: 10.1016/j.proeng.2016.11.805
[5] (PIARC), A. M. (2022). Overweight Vehicles: Impact on Road Infraestructure and Safety The Columbian .
[6] Técnicos, D. G. (2018). Manual de Proyecto Geométrico. México: SCT.
[7] Huang, Y. (2004). Pavement Analisys and Design (Second edition ed.). University of Kentucky, EE.UU., New Jersey: Pearson.
[8] Cataluña, U. P. (2023). Code_bright User Guide. Departamento de ingenieria civil y ambiental, Cataluña.
[9] Gobierno, S. D. (2017). Norma Oficial Mexicana NOM-012-SCT-2-2017, Sobre el peso y dimensiones máximas con los que pueden circular los vehículos de autotransporte que transitan en las vías generales de comunicación de jurisdicción federal. Diario Oficial de la Federación. Obtenido de: https://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5508944&fecha=26/12/2017#gsc.tab=0.
3er CONGRESO ACADÉMICO DEL ASFALTO ASOCIACIÓN MEXICANA DEL ASFALTO, A.C. AMAAC, 2025
Cristina Nájera Montiel, Coordinadora Técnica de la AMAAC
Los días 22 y 23 de mayo de 2025 se llevó a cabo con gran éxito el 3er Congreso Académico del Asfalto, organizado por el Comité Técnico de Impulso Profesional de la Asociación Mexicana del Asfalto (AMAAC), bajo la coordinación de la M.I. Daniela Bocanegra. El evento tuvo como sede las instalaciones de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León (FIC UANL), San Pedro Garza García, N.L. Este congreso se desarrolló de manera presencial como virtual, ampliando así su alcance a una audiencia internacional.
El objetivo central del congreso fue promover el conocimiento técnico del asfalto entre las nuevas generaciones de estudiantes e ingenieros vinculados a la infraestructura carretera, con un enfoque especial en la importancia de los pavimentos flexibles como elementos clave para el desarrollo y conservación de la infraestructura carretera. La participación gratuita, fue posible gracias al apoyo de las empresas asociadas a la AMAAC, reafirma el compromiso de la Asociación por democratizar el conocimiento y fomentar el interés en el área de los pavimentos asfálticos.
El congreso académico del asfalto en su tercera edición contó con una destacada participación tanto presencial como virtual, reflejando el creciente interés de las nuevas generaciones de ingenieros por los asfaltos y sus usos en los pavimentos flexibles.
La inauguración, realizada el jueves 22 de mayo, estuvo presidida por el Dr. Mauricio Centeno Ortiz, Presidente del XIII Consejo Directivo de la AMAAC, junto con el Dr. Ricardo Gonzáles Alcorta, Director de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León. La primera ponencia magistral del evento titulada Refuerzo estructural de pavimentos asfálticos, estuvo a cargo del presidente de la AMAAC, Dr. Centeno Ortiz, quien compartió valiosas reflexiones técnicas sobre soluciones sostenibles y duraderas para el fortalecimiento de estructuras viales.
Esta convención no solo sirvió como espacio para el intercambio de conocimientos, sino también como una plataforma para inspirar, motivar y formar a los futuros profesionales, contribuyendo al desarrollo de una infraestructura carretera más eficiente, segura y sostenible en México y el mundo.
Para finalizar, se llevó a cabo una visita a una planta productora de mezclas asfálticas, la visita técnica se consideró una actividad de alto valor educativo para los estudiantes, al brindarles la oportunidad de observar en campo los procedimientos operativos, controles de calidad y tecnologías utilizadas en la producción de mezclas asfálticas. Esta experiencia permitió reforzar los conocimientos adquiridos durante las sesiones técnicas del congreso y entender de manera integral la aplicación práctica de conceptos relacionados con la ingeniería de pavimentos y los materiales asfálticos.
Inauguración del 3er Congreso Académico del Asfalto. Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León (FIC UANL).
El Dr. Mauricio Centeno Ortiz abrió el Congreso con una ponencia magistral sobre el refuerzo estructural de pavimentos asfálticos, destacando soluciones para la rehabilitación vial.
Con una visión integral, el M.I. José Rafael Bernal abordó los desafíos y oportunidades en el diseño y construcción de carreteras en México.
Ponencia Magistral – Dr. Mauricio Centeno Ortiz.
Tema 1 – M.I. José Rafael Bernal Padilla.
La Ing. Katia Torres presentó un análisis del impacto ambiental de las mezclas asfálticas, comparando alternativas en un tramo de prueba de la autopista México-Tuxpan.
Exposición Estudiantil – Katia Torres Moreno.
El Dr. Guillermo Flores destacó el papel clave del reciclaje de pavimentos y el uso de materiales sostenibles en la ingeniería del asfalto.
Yadira Díaz compartió su estudio sobre el comportamiento reológico del ligante extraído del RAP, aportando al conocimiento del reciclaje asfáltico.
Exposición Estudiantil – Yadira Díaz Aguilar.
Miguel Ángel Meléndez comparó tecnologías de topografía tradicional y mapeo móvil, subrayando la precisión que ofrecen las herramientas digitales actuales.
Expertos de los sectores público y privado discutieron retos y oportunidades en la gestión de infraestructura carretera, promoviendo colaboración interinstitucional.
Tema 2 – Dr. Guillermo Alfredo Flores Cuevas.
Tema 3 – Ing. Miguel Ángel Meléndez García.
Mesa de diálogo – Sector Público y Privado.
Durante el evento se formalizó el convenio entre la AMAAC y la ANEIC, fortaleciendo la vinculación entre la academia y la industria.
Firma de Convenio AMAAC – ANEIC.
Desde Oklahoma DOT, David Vivanco compartió estrategias para mejorar el desempeño de mezclas asfálticas y generar impacto en la infraestructura vial.
Tannya Escalera presentó una propuesta de pavimento flexible para mitigar inundaciones en el Cañón del Matadero, en Tijuana.
Israel González compartió buenas prácticas en la elaboración y colocación de mezcla asfáltica, clave para asegurar calidad en obra.
Daniela Bocanegra abordó los retos técnicos de diseñar mezclas con altos porcentajes de RAP, destacando la innovación y eficiencia.
Víctor Báez evaluó la eficiencia de intervenciones en carreteras de Michoacán bajo esquemas de conservación multianual.
Gerardo Ríos motivó a jóvenes ingenieros a emprender y liderar, compartiendo su experiencia en el sector privado.
Ponencia Magistral – M.S. David Vivanco Sala.
Tema 4 – M.I. Daniela Bocanegra Martínez.
Exposición Estudiantil – Tannya Escalera Ávila.
Exposición Estudiantil – Víctor Manuel Báez Ángel.
Tema 5 – M.I. Israel González Fernández.
Tema 6 – Ing. Gerardo Daniel Ríos Hernández.
Docentes y profesionales analizaron cómo fortalecer el perfil del ingeniero a través de una formación académica integral y vinculación temprana con el sector.
Con gran entusiasmo, los equipos de los capítulos estudiantiles participaron en la dinámica 100 Camineros Dijeron, promoviendo el aprendizaje colaborativo.
Mesa de diálogo – Perspectivas académicas y profesionales.
Dinámica 100 Camineros Dijeron. 1er Lugar: Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
Cierre de las sesiones técnicas del 3er Congreso Académico del Asfalto.
