ENSAYO DE RESISTENCIA AL AGRIETAMIENTO CON ESPECÍMENES SEMICIRCULARES A FLEXIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE ASTM D 8044-16

Escrito por: Ing. Mónica Jiménez

En el Laboratorio de Mezclas Asfálticas (LMA) de los laboratorios del Área de Transportes y Pavimentos del LanammeUCR, se implementó el ensayo de Resistencia al Agrietamiento con Especímenes Semicirculares a Flexión de Mezclas Asfálticas en Caliente ASTM D 8044-16, y se muestran algunos resultados obtenidos para mezclas producidas durante el primer semestre del 2019 de diversas plantas de producción del país. El espécimen semicircular se carga a velocidad constante hasta la falla por fractura con una configuración de flexión en tres puntos. La carga y la deformación se registran continuamente y el dato para calcular la energía de deformación para distintas ranuras, luego se calcula la tasa de liberación de energía Jc. Para mezclas resistentes al agrietamiento se esperan valores Jc altos. Los valores entre 0,5 kJ/m2 y 0,6 kJ/m2 son recomendados para asegurar una mezcla con una adecuada resistencia.

Los especímenes deben tener un rango de vacíos de aire entre 7,0 % ± 0,5 %. Se tienen que cortar 3 ranuras de 25 mm, 32 mm y 38 mm con una tolerancia de ± 1,0 mm. Y el ancho de la ranura tiene que ser menor a 3,5 mm. Se tienen que acondicionar los especímenes con el proceso de largo plazo de acuerdo con la norma AASHTO R30, que indica que son 5 días a 85 °C. Se requieren 12 especímenes mínimo para realizar la prueba, 4 semicírculos por ranura.

Se tiene que realizar el ensayo a la temperatura intermedia del PG con una precisión de ± 0,3 °C. Se aplica una precarga de 45 N ± 10 N por 30 segundos, luego de esto se remueve la precarga. La forma de carga es estática a una velocidad de 0,5 mm/min. La toma de datos de tiempo, fuerza y desplazamiento se tiene que hacer con una frecuencia de 10 Hz. El ensayo concluye cuando se alcanza 25 % de la carga máxima.Tasa crítica de liberación de energía de deformación J-integral (Jc)

Donde:

Jc = tasa crítica de liberación de energía de deformación, kJ/m2

b = espesor del espécimen, m

a = ranura, m

U = energía de deformación para la falla, kJ

Energía de deformación a la falla U
Es el área bajo la curva en el gráfico de carga en función del desplazamiento hasta la carga máxima para cada ranura.

Donde:

U = energía de deformación a la falla, kJ

Pi = carga aplicada en la aplicación de carga i, kN

Pi+1 = carga aplicada en la aplicación de carga i+1, kN

ui = desplazamiento en el paso de carga i, m

ui+1 = desplazamiento en el paso de carga i+1, m

Se tiene que aplicar un método estadístico para encontrar valores atípicos entre réplicas con un nivel de confianza del 90 %. El coeficiente de determinación R2 de la regresión lineal se espera que sea mayor al 90 %. El coeficiente de variación en el mismo laboratorio se ha estimado en 9,9 %.

Aprovechamiento de materiales de desecho en las carreteras

Escrito por: Tania Ávila/José Pablo Aguiar

Situación Actual

Con el crecimiento de la población mundial y por ende del consumo de bienes, la contaminación por desechos plásticos y otros; ha aumentado exponencialmente. Actualmente 8 millones de toneladas de basura al año llegan a los mares y océanos, esta cantidad es equivalente al peso de 800 Torre Eiffel, para cubrir 34 veces la isla de Manhattan o el peso de 14.285 aviones Airbus A380. Además, cada segundo más de 200 kilos de basura va a parar a los océanos, se desconoce la cantidad exacta de plásticos en los mares, pero se estiman unos 5-50 billones de fragmentos de plástico, sin incluir los trozos que hay en el fondo marino o en las playas. Se estima que en 2020 el ritmo de producción de plásticos habrá aumentado un 900% con respecto a niveles de 1980 (Estévez, 2019).

Lo anterior supone un grave problema mundial (Estévez, 2019):

  • Más de 500 millones de toneladas anuales y la mitad de este incremento se producirá tan solo en la última década.
  • La producción global de plásticos se ha disparado en los últimos 50 años, y en especial en las últimas décadas.
  • China es el principal productor de plásticos seguido de Europa, Norte América y Asia (excluyendo ya a China).
  • Existen muchos tipos de plásticos, aunque el mercado está dominado por cuatro tipos principales.
    • Polietileno (PE): Bolsas de plástico, láminas y películas de plástico, contenedores (incluyendo botellas), microesferas de cosméticos y productos abrasivos.
    • Polietileno Tereftalato (PET): Botellas, envases, prendas de ropa y películas de rayos X
    • Polipropileno (PP): Electrodomésticos, muebles de jardín y componentes de vehículos.
    • Cloruro de polivinilo (PVC): Tuberías y accesorios, válvulas y ventanas.
  • La mayor parte de los plásticos se emplean en la fabricación de envases, es decir, en los dañinos productos de un solo uso.

Antecedentes

Una de las propuestas para la reducción y aprovechamiento de materiales de desecho no biodegradables es su uso como parte de los materiales que conformen un pavimento. El plástico en forma de botellas, bolsas, recipientes, entre otros, es de los materiales de mayor consumo diario, por lo que su uso tratamiento como material a ser incorporado en pavimentos se ha realizado a través de diferentes aplicaciones:

  • Modificación de ligantes asfálticos
  • Agregados cubiertos de plástico
  • Sustitución del agregado

Es por lo anterior que se plantea en el LanammeUCR un proyecto de investigación global que persigue el cumplimiento de la Meta Carbono Neutralidad, meta país; al tratar de destacar los beneficios del uso de nuevas técnicas que contribuyen al desarrollo sostenible y a la economía del país, y su vez, impactan positivamente el desempeño de los materiales, como es el caso de las carreteras asfálticas.

Uno de los primeros pasos en proyectos de investigación con materiales de desecho, consistió en el uso de bolsas de polietileno utilizadas en la producción de banano como un posible modificador para el asfalto convencional AC-30. El proyecto presenta las propiedades del material y evalúa la viabilidad de reutilizarlo y reincorporarlo en la producción de un nuevo material, a través de la medición de cambios en el desempeño del asfalto (Villegas et al, 2012). 

Bolsas PE
Búmpers

En el 2015 se desarrolló una investigación que analiza el desempeño de la mezcla asfáltica con asfalto modificado con dos materiales de desecho: búmper y polipropileno. Los asfaltos son clasificados reológicamente, evidenciando mejoras en las propiedades de recuperación y resistencia a la fatiga y a la deformación del material respecto al asfalto original. A nivel de mezcla asfáltica, los ensayos de APA, Resistencia a la Tensión Diametral y Módulo Resiliente revelan una mejora en el desempeño de las mezclas que contienen asfaltos modificados con los diferentes desechos. (Aguiar et al, 2015).

Mezcla Modificada con PET
Mezcla Modificada con PET

Posteriormente se publica una investigación sobre el desempeño de mezclas asfálticas con materiales de desecho, esto considerando que la modificación de asfaltos es una práctica cada vez más común a nivel mundial y representa una alternativa para la eliminación de materiales con alto impacto ambiental severo debido a razones como contaminación o dificultad de desecho. Algunos de los productos sugeridos son el caucho presente en los búmpers (parachoques) de los automóviles y el polipropileno y polietileno para el empaque de banano. Es de resaltar que, debido a las políticas país, cada vez más los desechos se vuelven en aliados para el aporte en la ciencia y tecnología, debido a una creciente preocupación de la ciudadanía por definir mecanismos para reutilizar y reciclar. (Villegas, Loria y Aguiar, 2018).

Con base en esta experiencia, se procedió a construir tramos de prueba con materiales de desecho en el Lanamme.

Construcción de tramos de pavimento incorporando plástico

El propósito de los tramos consiste en el análisis del desempeño a escala natural de mezclas asfálticas modificadas con materiales de desecho.

Las características principales del proyecto se resumen a continuación:

  • Se construyeron 8 tramos de prueba con 4 mezclas asfálticas distintas (2 tramos por tipo de mezcla), donde una es una mezcla de control (no modificada), una mezcla modificada con 1% de PET, una mezcla con 1% de PE de Alta Densidad y finalmente, una mezcla con 1% de agregado sintético (fundición de distintos materiales de desecho).
  • Se utilizará un simulador de vehículos pesados para generar deterioro en los tramos de prueba, de esta forma se pueden obtener respuestas en cuanto al desempeño de las estructuras de forma acelerada.
  • Se utilizarán condiciones climáticas (humedad y temperatura) propias del país.
  • Algunas mediciones a realizar comprenden la pérdida de capacidad estructural de la estructura de pavimento, el deterioro de la regularidad superficial, la aparición de deterioros prematuros (grietas y deformaciones), entre otros.

Fotografía por Daniela Martínez

Como productos puntuales de la realización de este proyecto se pretende obtener:

  • Metodología de modificación con material de desecho de mezclas asfálticas, en planta de producción en caliente.
  • Posibles variaciones en el método de construcción propio del desempeño de las mezclas.
  • Desempeño de las mezclas (aparición de deterioros) a través del tiempo, al aplicarle cargas aceleradas, para simular el posible daño del paso continuo de vehículos pesados.

Finalmente, el proyecto desea establecer la viabilidad del uso de este tipo de mezclas asfálticas en el país, desde el punto de vista constructivo y de desempeño, pero, sobre todo, de su posible impacto en la disminución de los desechos.

Referencias

Aguiar, J. P., Cruz, L. M., Porras, A., Vargas, A. & Loría, L. G. (2015). Materiales de desecho como modificantes de la mezcla asfáltica. Congreso Iberolatinoamericano del Asfalto. Bariloche, Argentina.

Estévez, R. (2019). Datos sobre la contaminación que causa el plástico. Ambientum. Recuperado de https://www.ambientum.com/ambientum/residuos/contaminacion-plastico.asp Disponible el 13 de diciembre de 2019

Villegas-Villegas, R. E., Loria-Salazar, L. G., Aguiar-Moya, J. P., Fernández-Gomez, W. D., & ReyesLizcano, F. A. (2012). Recycling of banana production waste bags in bitumens: A green alternative. EUROBITUMEN-Estambul, Memoria congreso.

Villegas-Villegas, R. E., Loria-Salazar, L. G., Aguiar-Moya, (2018). Diseño de mezcla asfáltica con materiales de desecho. Revista RIOC, vol 8, 1/2018, pag 7-18, Chile.

Bases estabilizadas con cemento y su importancia en el desarrollo vial costarricense

Escrito por: Ing. Diego Herra – Unidad de Auditoría Técnica

Las bases estabilizadas con cemento corresponden a una técnica cuyo fin es modificar las características de una base granular (nueva o existente), mediante la incorporación de cemento y agua, mejorando sus propiedades mecánicas a medida que el cemento se hidrata.

La utilización de cemento en la estabilización de bases para su uso en pavimentos ha sido muy amplia. Desde hace muchos años, muchas carreteras construidas en varias regiones del mundo han demostrado las múltiples ventajas de los materiales estabilizados con cemento (Quintanilla, 2007), esta es una de las razones por las cuales las técnicas y los equipos de estabilización han mejorado considerablemente en los últimos años.


Figura 1.Frente de estabilización de una base con cemento
Fuente: Archivo Unidad de Auditoría Técnica, 2018

Al hablar de las ventajas del uso de las bases estabilizadas, con respecto al uso de una base granular convencional, se debe considerar el hecho de que la estabilización con cemento permite una mayor resistencia del material ante los agentes atmosféricos, dicho incremento en la durabilidad es un aspecto muy atractivo principalmente en países como el nuestro, donde las constantes precipitaciones en combinación con deficiencias en el sistema de drenaje de los pavimentos provocan que dichas estructuras estén expuestas a altos niveles freáticos.

Por otro lado, la estabilización con cemento de una base implica un incremento en la rigidez y resistencia mecánica del material granular. Lo anterior, consecuentemente permite que estas bases sean más resistentes a la deformación permanente que inducen los camiones a la estructura de pavimento (Arce, 2011). Además, permite disminuir los esfuerzos a tensión que se generan en la fibra inferior de la mezcla asfáltica, reduciendo la posibilidad de ocurrencia de daño por fatiga en dicha capa.

Estas ventajas mecánicas se traducen en un aporte estructural considerable que permite reducir el espesor de la estructura de pavimento sin afectar su capacidad estructural, lo que permite disminuir los desniveles que comúnmente se generan entre la carretera, el resto de vías, viviendas y comercios aledaños, producto de la necesidad de contar con estructuras robustas de pavimento.

Desde el punto de vista ambiental, la implementación de bases estabilizadas con cemento representa una gran ventaja, ya que, al mejorar las propiedades mecánicas de un material, se reduce la necesidad de buscar y explotar fuentes de agregado de muy alta calidad.

En términos generales, una base estabilizada modifica la forma en la que un pavimento responde ante las cargas, es por esto que los pavimentos que cuentan con una base estabilizada en su estructura son denominados pavimentos semirrígidos, pues por su resistencia, la base estabilizada tiende a comportarse similar a una losa de concreto. Dicho comportamiento como ya se mencionó puede llegar a ser muy ventajoso, sin embargo, debe ser abordado cuidadosamente, ya que al igual que una losa de concreto, la base estabilizada puede agrietarse por un inadecuado proceso de curado o por un exceso en su resistencia. En Costa Rica, la Unidad de Auditoría Técnica del LanammeUCR, ha observado múltiples pavimentos semirrígidos, cuya superficie refleja agrietamiento por contracción en la base estabilizada producto de altos valores de resistencia (ver Figura 2).

Figura 2.Frente de estabilización de una base con cemento
Fuente: Archivo Unidad de Auditoría Técnica, 2018

Este agrietamiento representa un riesgo para el adecuado funcionamiento de la estructura de pavimento, principalmente porque las grietas señaladas permiten el ingreso de agua a las capas subyacentes de la estructura, condición que reduce la vida útil de la carretera.

De este modo, al tener en cuenta la importancia de mantener la resistencia de la base dentro de un margen, no tan alto para evitar problemas de agrietamiento y no tan bajo para evitar problemas de capacidad de soporte, es necesario que el proceso constructivo de la base estabilizada sea estándar, técnicamente correcto y apegado a un diseño formal.

Por lo tanto, considerando la importancia que tiene un adecuado proceso constructivo de la base estabilizada en el desempeño final de la carretera, se procedió a elaborar la “Guía de inspectores para la construcción de bases estabilizadas con cemento”, cuya descarga se puede realizar a partir del siguiente vínculo:

https://www.lanamme.ucr.ac.cr/repositorio/handle/50625112500/1435I

Dicha publicación es el resultado de una revisión de literatura, tanto nacional como internacional, relacionada con la estabilización de bases con cemento. Tiene como objetivo proporcionar una herramienta a los inspectores de campo para ejecutar las labores de estabilización de bases con cemento. Este documento describe los atributos necesarios en un inspector, conceptos importantes, personal necesario, equipo, maquinaria y materiales requeridos para la actividad. Asimismo, se ilustra y describe el procedimiento detallado para la realización de un trabajo eficiente, en un lenguaje sencillo. Se enmarcan recomendaciones especiales para el inspector y se presenta una lista de chequeo. Finalmente, se presentan ejemplos de prácticas adecuadas e inadecuadas en la estabilización de bases con cemento. Esta guía representa un esfuerzo por parte de la Unidad de Auditoría Técnica del LanammeUCR, que busca eliminar la reincidencia de procedimientos inadecuados durante la labor de estabilización de bases con cemento, de manera que se garanticen obras de mayor durabilidad y una adecuada inversión de los recursos.

Ing. Luis Diego Herra G. | luis.herragomez@ucr.ac.cr | 2511 – 2544

Unidad de Auditoría Técnica

PITRA – LanammeUCR

Referencias

Arce, M. (2011). Bases estabilizadas con cemento. Algunos comentarios sobre sus ventajas e inconvenientes. Programa de Infraestructura del Transporte, II (19).

Quintanilla, C. A. (2007). El estado del arte del suelocemento en estructuras de pavimentos. Ciudad de Panamá: Federación Interamericana del Cemento (FICEM).

Importancia del riego de liga en los procesos de construcción de sobrecapas asfálticas

Ing. Sergio Guerrero AguileraAuditoría Técnica, LanammeUCR, Costa Rica, sergio.guerreroaguilera@ucr.ac.cr


Las sobrecapas asfálticas constituyen una de las principales técnicas de mantenimiento de carreteras de la red vial de Costa Rica. La aplicación del riego de liga o emulsión asfáltica es un elemento fundamental en el proceso constructivo de sobrecapas de mezcla asfáltica.

La actividad del riego de liga o tack coat en el proceso constructivo de carreteras se describe como la aplicación de una capa delgada de material bituminoso líquido (generalmente emulsión asfáltica), por medio de riego a presión sobre una superficie ya sea bituminosa, losa de concreto, base granular o estabilizada previo a la colocación de una capa asfáltica.

El riego liga tiene como objetivo propiciar la adherencia necesaria para asegurar que la nueva capa asfáltica colocada sobre la estructura existente actúe en conjunto como un solo sistema en la transmisión de las cargas de tránsito a la estructura del pavimento (comportamiento monolítico). Por este motivo, se requiere garantizar buenas prácticas constructivas de manera que se obtenga un riego de liga uniforme con cobertura total del área de intervención asegurando una adecuada adherencia en la interfaz y por ende el correcto desempeño global del pavimento.
En nuestro país, como se ha evidenciado en diferentes informes de Auditoría Técnica del Programa de Infraestructura del Transporte (PITRA) del LanammeUCR, es frecuente observar en procesos constructivos de sobrecapas de mezcla asfáltica la aplicación de riegos de liga no uniformes con coberturas parciales de la superficie por adherir, excesos de riego de ligante asfáltico en juntas, arrastre del ligante asfáltico en las llantas de vagonetas, escasez de tiempo en el rompimiento de la emulsión.    

Fotografía 1. Riegos de liga no uniformes sin cobertura total del área a intervenir Fuente: Archivo fotográfico Auditoría Técnica, 2016

Las condiciones anteriormente mencionadas inciden directamente en las propiedades de adherencia del riego de liga sobre las capas que se desean ligar, aspecto que es crítico para transferir los esfuerzos (cortantes y radiales de tensión) inducidos por las cargas de tránsito a la estructura de pavimento.
Desde el punto de vista del proceso constructivo de sobrecapas, una mala resistencia en la interfaz de adherencia, producto de una incorrecta aplicación del ligante asfáltico sobre la superficie existente, se verá reflejada en la posible aparición de deterioros, tal como desplazamiento de mezcla por deslizamiento, delaminación en el corto plazo y agrietamientos a mediano y largo plazo. De igual forma, informes de Auditoría Técnica del PITRA del LanammeUCR han evidenciado deterioros de desplazamiento de mezcla asociados a problemas de adherencia en capas asfálticas tal como se observa en la Fotografía 2.  

Fotografía 2. (A)Desplazamiento y delaminación sobrecapa ruta nacional 712, (B) Bacheo realizado como reparación al desplazamiento de mezcla asfáltica. (C) Abertura de bache y desplazamiento de mezcla, se extrajeron núcleos y se observó condición desligada entre las capas asfálticas. Fuente: Archivo fotográfico Auditoría Técnica, 2015

Se debe mencionar que el mecanismo de falla de los desplazamientos observados en la Fotografía 2 corresponden a una falta de capacidad de resistencia al corte, por lo que el material se deforma y desplaza. Este tipo de deterioros puede ocasionarse no solo por una pobre adherencia entre las capas asfáltica producto de un riego de liga deficiente o por el tipo de emulsión empleada, sino también por la interacción de otros factores como lo son problemas con el control de calidad de la mezcla asfáltica, prácticas constructivas inadecuadas, sitios cuyo requerimiento de resistencia al corte es mayor, tal es el caso de pendientes, zonas de frenado, entre otros factores.

Conociendo algunas de las posibles consecuencias una inadecuada aplicación de riego de liga, se es claro en la responsabilidad de los partícipes de los procesos constructivos de sobrecapas asfálticas de la red vial del país propiciar las condiciones idóneas para asegurar la aplicación de un riego de liga óptimo que asegure un adecuado desempeño del pavimento, así como la eficiencia de la inversión realizada. Para lo anterior, es necesario que tanto la ingeniería, inspección y contratistas responsables del proyecto tengan presente la importancia de la aplicación de buenas prácticas de ingeniería durante el proceso constructivo. 

Prácticas de ingeniería como: la adecuada selección del tipo y tasa de emulsión según la superficie a utilizar, determinados por las ingenierías de proyecto y/o contratistas previo al proceso constructivo, así como el cuidado y cumplimiento según las especificaciones de actividades durante el proceso constructivo por parte de la inspección como son la limpieza de la superficie a intervenir, el funcionamiento, calibración y operación del equipo, la aplicación y cobertura del material, así como el rompimiento y curado del riego de liga previo a la colocación de la capa asfáltica, estos son aspectos primordiales a contemplar si se desea alcanzar una buena aplicación del riego de liga en los proyectos de sobrecapas asfálticas.

También es importante mencionar que en el último año se ha propiciado un esfuerzo importante en el tema de calibración de equipos, así como en la capacitación de inspectores que ha permitido mejorar en el tema de uniformidad en los riegos de liga, sin embargo, aún existen prácticas constructivas inadecuadas y aspectos por mejorar en este tema que permitirán mejorar la durabilidad de las intervenciones que se realizan en la red vial del país. 

El LanammeUCR también ha realizado un esfuerzo en aras de mejorar la capacitación de profesionales en el tema de aplicación de riegos de liga mediante la publicación de un boletín técnico denominado: “Buenas prácticas constructivas en la aplicación de riego de liga para la colocación de sobrecapas asfálticas”. Además, próximamente se buscará extender este tipo de información a inspectores de campo a través de la publicación de una guía de bolsillo para inspectores para la supervisión de la actividad.

Para finalizar se recalca la responsabilidad que como profesionales ejercemos sobre el desempeño y durabilidad de los trabajos de mantenimiento y obra nueva de nuestra red vial, por lo que la adecuada supervisión de una actividad simple como la aplicación del riego de liga es un aspecto de carácter obligatorio para alcanzar un proyecto exitoso y duradero.  

Para descargar la guía sobre la aplicación de riego de liga, puede hacerlo aquí: http://bit.ly/2CT8QsM

Lo invitamos a conocer más sobre nuestro “Asfalto Verde”

Escrito por: Ing. José Pablo Aguiar PhD., Ing. Fabiola Miranda MSc., Ing. Edgar Camacho, Ing. Tania Ávila MSc., Quim. Alejandra Baldi MSc., Ing. Ernesto Villegas & Ing. Luis Guillermo Loría PhD.

El proyecto “Asfalto Verde” es una iniciativa amigable con el ambiente que permitirá el desecho responsable de toneladas de plástico en Costa Rica. Esta iniciativa tiene sus orígenes hace más de 6 años en el LanammeUCR y se estima que antes de finalizar el año 2018 se tendrá construida la primera carretera con plástico en Latinoamérica. Si quiere conocer acerca del proyecto le invitamos a leer la siguiente información.

¿Qué tipo de plástico se va a utilizar?

Como parte de este primer proyecto piloto en Costa Rica, se preparará una mezcla con plástico de botellas retornables de Coca-Cola, incluidas sus tapas. Las botellas recolectadas se limpian y trituran para ser aprovechadas responsablemente en el pavimento.

Sabía que… · El nombre técnico del plástico utilizado es PET que significa Tereftalato de Polietileno.

· El plástico molido que será añadido a la mezcla tiene un tamaño menor a 5 mm y su forma se asemeja a hojuelas de maíz.

¿Cómo se prepara la mezcla modificada con plástico?

La mezcla asfáltica modificada consiste en la combinación de agregados, asfalto y plástico. Esta mezcla contendrá entre un 3 y un 5% de su peso en plástico triturado. Este porcentaje sustituirá una fracción de los agregados que conforman la mezcla.  

El proceso de producción de la mezcla con plástico en la planta es muy similar al proceso ordinario, solo debe considerarse un paso adicional en la planta, el cual consiste en adicionar el plástico triturado en el momento en el que los agregados se combinan con el asfalto a una temperatura cercana a los 160° C. Afortunadamente, el PET se funde a temperaturas por encima de 220° C, por lo cual NO se emitirán gases producto de una posible descomposición del plástico.

¿Cuánto plástico estará contenido en la mezcla?

Para la construcción de un kilómetro de carretera de dos carriles se requieren aproximadamente 1200 toneladas de mezcla asfáltica. En una tonelada de mezcla asfáltica modificada del total de agregado (aproximadamente 9400 kg) únicamente 30 a 50 kg serán reemplazados con plástico.

Por tanto, en un kilómetro se desecharán más de 36 toneladas de plástico, lo cual equivale a desechar alrededor de más de un millón de botellas trituradas.

¿La mezcla modificada con plástico es de buena calidad?

Previo a la construcción del pavimento el material será diseñado en laboratorio, en donde se aplicarán pruebas para garantizar su calidad a través de la medición de la resistencia del material a deterioros típicos de las carreteras relacionados con la presencia de agua, deformación y agrietamiento. Para todo ello se espera que la mezcla con plástico presente mejores características que la mezcla convencional, con mejor desempeño y más durable en el tiempo

La carretera permanecerá en uso de la municipalidad y adicionalmente se construirán pistas de prueba para realizar el ensayo acelerado con el Simulador de Vehículos Pesados. Si se pregunta ¿qué es un ensayo acelerado?, este consiste en un experimento que simula el proceso de deterioro de las estructuras de pavimento 80 veces más rápido de lo que ocurre en la realidad. Esto nos permitirá validar la técnica de mezcla modificada con plástico en término de 4 o 5 meses.

Este tiempo equivale a aproximadamente 20 años de servicio de la carretera. Siendo esta la primera vez en el mundo que se realiza un experimento de este tipo sobre una estructura de pavimento con plástico.

¿El plástico puede desprenderse?

En el laboratorio nos hemos asegurado de que la distribución de plástico en la mezcla sea homogénea y uniforme en todo el espesor, de modo que la adición del plástico va a presentar un impacto muy leve en la superficie en contacto con las ruedas de los vehículos. Por otro lado, para garantizar que no ocurra desprendimiento, el pavimento tendrá un seguimiento riguroso asegurando la seguridad y el confort de los usuarios. Finalmente, el material se evalúa mediante estrictas pruebas de abrasión que buscan garantizar que el plástico no salga de la carretera.

¿Cuál es el costo de la mezcla?

El costo del PET procesado es de ₵176.41 colones por kg, por lo que en una tonelada de mezcla asfáltica el costo del PET será de ₵3 000.00 colones. Mientras que 30 kg de agregados cuestan ₵120 colones. De acuerdo a los números anteriores, la mezcla modificada con plástico puede resultar un 7% más costosa que la mezcla convencional, pero hasta un 18% menos costosa que las mezclas modificadas en Costa Rica. No obstante, ¿Cuál es el precio que usted le daría a eliminar 36 toneladas de plástico por cada kilómetro de carretera y que a la vez la carretera dure más?

Pero si existen tantas ventajas ¿Por qué no lo hemos hecho antes?

El secreto del proyecto es que se logró conjuntar esfuerzos del sector académico, empresa privada y gobiernos locales conscientes de la necesidad de atender y resolver problemas ambientales que amenazan la sostenibilidad del país. Esto permite crear fuertes alianzas complementarias entre sí, pensar en grande y llevar a cabo proyectos de primer mundo en un país como Costa Rica, reconocido a nivel mundial por su belleza escénica, la cual debemos preservar. 

El proyecto ya inició, pronto les compartiremos nuestros primeros resultados. 

5 años de ensayos acelerados de pavimentos

Escrito por: Ing. Edgar Camacho-Garita

Desde el año 2013 Costa Rica cuenta con la oportunidad de realizar ensayos acelerados de pavimentos a escala real, lo que representa una gran oportunidad para la comunidad científica de la región en esta materia, por lo que también es una oportunidad para que el país de un salto en la forma en que se conceptualiza, diseña, construye y administra la infraestructura de transporte, y con esto contribuir a garantizar la mejor inversión de los recursos actuales y futuros.

Los primeros 5 años de ensayos acelerados han marcado un hito en la investigación de pavimentos de Latinoamérica, ya que el escepticismo y las dudas respecto a la posibilidad de desarrollar los ensayos con éxito han quedado en el pasado; actualmente el programa de ensayos acelerados del LanammeUCR se ha posicionado como uno de los más exitosos a nivel mundial.  

Qué sucedió en el pasado

El desarrollo del conocimiento en cuanto a pavimentos en Costa Rica, como en muchos otros países, históricamente ha sido un proceso de duras lecciones, con proyectos que en etapas tempranas sufren significativos problemas de desempeño cargando con altos costos de reparación y/o reconstrucción a los diferentes involucrados y responsables. A manera de ejemplo, el proyecto de la Ruta 27 inaugurado en los primeros meses del año 2010, este proyecto fue desarrollado con una alta inversión de recursos destinados a estructuras de pavimento, las cuales se diseñaron para que cumplieran con muchos años de servicio; sin embargo, tan solo 10 meses después y durante la primera época lluviosa, se presentaron múltiples problemas de desempeño en la carretera de 77 kilómetros de longitud, afectando varios kilómetros de estructuras de pavimento. Las diferentes limitaciones de los materiales, algunos procesos constructivos y algunos elementos de diseño influyeron para obtener esos resultados. Además, los montos de reparación fueron significativos.


Algunos números

El programa de ensayos acelerados ha desarrollado en esta primera etapa el ensayo de 8 secciones en el experimento principal (cuatro estructuras ensayadas en seco y cuatro en húmedo), se han ensayado 2 secciones relacionadas con técnicas de mantenimiento, 2 secciones relacionadas con seguridad vial (retroreflectividad en demarcación y desempeño de captaluces), así como 2 secciones en adoquines (enfocadas en el desempeño de la arena). Aplicando un total de 10.1 millones de repeticiones de carga; lo cual representa 73.4 millones de ejes equivalentes de carga.

¿Por qué es esto importante?

Cuando consideramos que un proyecto de construcción de una carretera se diseña para una cantidad de ejes equivalentes de carga (por ejemplo 12 millones), podemos ver que hemos aplicado cerca de 6 veces la cantidad de cargas que se esperan en el proyecto para toda su vida útil (por ejemplo 20 años). Es decir, en términos del ejemplo ya hemos podido estudiar un equivalente a 120 años de vida útil de un proyecto grande, o la vida útil de 6 proyectos grandes. Y gracias a los instrumentos de medición que se utilizan durante los procesos de ensayo es que podemos analizar y estudiar el comportamiento de cada uno de los componentes del pavimento. Cuáles presentan mejores características, cómo es la mejor forma de hacerlos trabajar en conjunto, cuáles debemos preferir para vías de alto tránsito, cuál debemos evitar usar; estos ensayos nos permiten responder con mayor profundidad a estas consultas, puesto que son atendidas gracias a la información técnica generada por el equipo. Esta información, se ha recolectado y procesado en primera instancia durante los 5 años a diferentes niveles de procesamiento, análisis y estudio; y nos brindarán los primeros elementos que permitirían al país generar activos viales que nos podrían acompañarán por muchos años.

LanammeUCR como parte del proceso de actualización de normativa para carreteras en Costa Rica

ng. Raquel Arriola Guzmán / Rosa Isella Cordero.

El procedimiento para la oficialización de normativa en materia de carreteras en Costa Rica involucra la participación de diferentes actores, que de forma intrínseca, son parte importante del quehacer en la construcción, conservación, administración y gestión de la infraestructura vial del país. Esta integración obedeció a la visión de sus gestores al oficializar tal proceso en el que participan de manera activa y conjunta tres entidades principales:  el LanammeUCR, la Comisión de Revisión Permanente (CRP) y la Comisión Revisora de los Proyectos de Actualización de los Manuales de Especificaciones (CRAM) del MOPT. Por otra parte, con esta integración se procuraba dar una democratización del proceso de actualización, así como el fomento de sugerencias y aportes que permitieran acrecentar el acervo técnico y profesional en aras de la actualización y el mejoramiento de la normativa vigente. Tal como lo establece el Capítulo III del Reglamento al Artículo 6 de la Ley 8114, este proceso se ilustra en la siguiente figura:

Proceso de Actualización del Manual de EspecificacionesFuente:  UNAT, 2018

En primera instancia, el LanammeUCR es un ente coordinador de las actividades tendientes a la actualización de los nueve volúmenes que componen el Manual de Especificaciones y realiza el análisis de la vigencia y pertinencia técnica de las especificaciones con el propósito de determinar la necesidad de su modificación. Esta coordinación la realiza a través de la Unidad de Normativa y Actualización Técnica (UNAT) del Programa de Infraestructura del Transporte (PITRA). Para tal efecto, utiliza el conocimiento adquirido a través de la investigación efectuada por los académicos y el personal técnico calificado, así como su experiencia directa en procesos de gestión de Infraestructura de Transporte de la red vial del país, como herramientas para el desarrollo y actualización de la normativa. Asimismo, analiza las propuestas que la comunidad técnica interesada pueda plantear como parte del proceso democrático y participativo de revisión. Estas propuestas son consideradas cuando se presentan formalmente y se acompañan de un razonamiento técnico y fundamentado. 

Luego de esta primera revisión técnica, toda propuesta y su respectiva documentación de respaldo es trasladada a la Comisión de Revisión Permanente (CRP), conformada por representantes de las entidades involucradas en el ámbito de la Ingeniería a saber: Despacho del Ministro de Obras Públicas y Transportes (MOPT), Consejo Nacional de Vialidad (CONAVI), Dirección de Obras Públicas del MOPT, Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos (CFIA), Asociación de Carreteras y Caminos de Costa Rica, Instituto Tecnológico de Costa Rica y LanammeUCR, todos designados según estipula el Art. 21 del precitado Reglamento. Tales representantes deberán demostrar capacidad técnica para la realización de sus funciones. La CRP es la responsable de revisar y analizar las propuestas de modificación recibidas por el LanammeUCR en su función de secretaria técnica de dicha comisión, para determinar la emisión de la normativa ampliada o corregida.  Siendo que en este proceso se pueden presentar nuevos criterios técnicos, el resultado final de las deliberaciones de esta comisión se somete a votación entre sus miembros.  

La nueva propuesta es sometida a la revisión de la pertinencia técnica por parte del LanammeUCR, del cual se genera un informe técnico.  Por otra parte, la organización de actividades en las que se promueva el aporte de sugerencias y propuestas por parte de la comunidad técnica y se brinde divulgación a la normativa vigente, es parte de las acciones que son ejecutadas por el LanammeUCR en función de la recomendación que, al efecto, realice la CRP. Posterior a esta revisión de pertinencia técnica, el LanammeUCR remite al Jerarca del MOPT la normativa analizada por la CRP.  Es aquí cuando el Ministro convoca a la Comisión Revisora de los Proyectos de Actualización de los Manuales de Especificaciones (CRAM) del MOPT, conformada por los gerentes o jefaturas de las siguientes dependencias:  Dirección de Obras Públicas, Dirección de Puentes, Dirección de Ingeniería, Departamento de Normas de la Dirección de Ingeniería, Dirección Ejecutiva del COSEVI, Gerencia de Contratación de Vías y Puentes del CONAVI, Gerencia de Construcción de Vías y Puentes del CONAVI, Gerencia de Conservación de Vías y Puentes del CONAVI y Secretaría Técnica del Consejo Nacional de Concesiones. 

Coordinada por un representante del Director de la División de Obras Públicas del MOPT, esta comisión distribuye entre sus miembros el análisis y revisión de las propuestas de actualización de normativa o de manuales nuevos. Esta comisión cuenta con un plazo de tres meses para esta revisión después del cual, en caso de la inexistencia de objeciones a la propuesta remitida por la CRP, la CRAM emite un informe al Ministro donde recomienda su oficialización. De lo contrario, la CRAM solicita al LanammeUCR una revisión de las objeciones surgidas.  Una vez realizada esta revisión final del LanammeUCR y en caso de discrepancias entre ambos entes, la CRAM tiene la potestad de resolver el diferendo de manera definitiva y de remitir al Ministro su resolución final. Siendo del conocimiento por parte del Jerarca del MOPT tal resolución, éste cuenta con un mes para la oficialización de la nueva versión.

Actualmente, y siendo que la promulgación de la actualización de normativa es un proceso sujeto a la mejora continua, se encuentra en revisión por parte del MOPT y del LanammeUCR, en aras de establecer una mayor simplificación y eficiencia del proceso. 

Finalmente, es de interés del LanammeUCR fomentar la participación de la comunidad técnica en el proceso de actualización de normativa, por lo que pone a disposición los siguientes enlaces:  

Si tiene propuestas de modificación de normativa: http://bit.ly/modificar-normativa
Si desea participar como revisor de normativa: http://bit.ly/Revisores
En caso de consultas puede escribirnos al correo: unat.lanamme@ucr.ac.cr