Muros de mampostería en Costa Rica

Escrito por el ingeniero Diego Hidalgo – Coordinador del Laboratorio de Ingeniería Sísmica

Existe una gran variedad de materiales y sistemas constructivos disponibles en el país. Por muchos años, el uso de paredes con bloques huecos de concreto ha sido el sistema constructivo preferido en la industria costarricense, especialmente para estructuras de tamaño pequeño a mediano, como viviendas, comercios e industrias de poca envergadura.

El Código Sísmico de Costa Rica (CSCR), reconoce dos tipos principales de sistemas constructivos. En el primero, las paredes de mampostería no emplean columnas de concreto reforzado en sus extremos y el muro lleva refuerzo en forma de varillas, tanto horizontales como verticales, se le llama Mampostería Integral. El segundo, emplea marcos de concreto reforzado (vigas y columnas) para confinar paños de mampostería. En este caso, la mampostería no lleva refuerzo y posee un contacto con el marco en todo su perímetro , es decir, no está desligado del marco.

Por muchos años en Costa Rica, se ha empleado una mezcla de estos dos sistemas, lo que usualmente se llama mampostería a la tica, donde se emplean marcos de concreto y los muros de mampostería se refuerzan y se integran a dicho marco.

Figura 2. Muro de mampostería confinada reforzada.

La mayor dificultad de emplear dicho sistema constructivo, es que no es muy empleado en otros países, por lo que no se conocen realmente sus propiedades ni su comportamiento ante cargas extremas como los sismos. Costa Rica al ser un país de alto potencial sísmico, debe garantizar que las prácticas constructivas empleadas en la industria sean seguras y cumplan con requisitos mínimos deseados durante un sismo de alta intensidad.

Es aquí donde los encargados del redactar el CSCR, la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica, el Lanamme y el Laboratorio de Ingeniería Sísmica, proponen proyectos de investigación orientados a identificar las propiedades más relevantes de los muros de mampostería, en la forma en que se construyen usualmente, con el objetivo de que los resultados sean representativos de la realidad nacional. Existen muchas pruebas experimentales que se realizan periódicamente para comprobar calidad de materiales, como pruebas a los bloques, las varillas de refuerzo, el concreto de relleno o el mortero de pega, pero también se realizan, para ciertos proyectos de investigación, pruebas de muros a escala reducida o en tamaño real. Dichas pruebas son realizadas en el muro fuerte del Lanamme, donde se aplica una carga cíclica al muro (simulación del sismo) a una velocidad constante y relativamente baja.

En la actualidad se realiza una investigación financiada parcialmente por el CONICIT, que involucra a 4 estudiantes de grado y 4 de posgrado de la Licenciatura y Maestría en Ingeniería Civil. En dicho proyecto se está verificando el comportamiento de muros a escala natural con diferente geometría, para valorar el efecto de la longitud de los muros en su comportamiento ante sismos. Además, se realizan pruebas para cuantificar la eficiencia de dos sistemas de reparación, los cuales puedan ser utilizados de manera sencilla para el proceso de recuperación de estructuras, después de un evento sísmico importante. Los resultados obtenidos en este y otros proyectos de investigación son transferidos en gran medida a las normativas nacionales, que regulan tanto la calidad de los materiales como el diseño y construcción de estructuras, en aras de resguardar la seguridad de las personas, así como la inversión realizada por familias, estado y empresa privada.

APORTES DEL LANAMMEUCR EN LA MEJORA DE LA GESTIÓN DE LA RED VIAL CANTONAL DEL PAÍS

Autor: Ing. Lilly Xu Ye. Unidad de Gestión Municipal-PITRA                      

Correo: lilly.xu@ucr.ac.cr

La red vial cantonal (RVC) es esencial para el país, pues brinda accesibilidad y movilidad a la población, además de incentivar el desarrollo económico de las áreas rurales. La principal fortaleza que posee es su cobertura extensa y coherente con la distribución de la población. Sin embargo, su debilidad es la calidad deficiente que posee, ocasionado no solo por la falta de disponibilidad de recursos, sino por la falta de una gestión planificada sistemática (Xu, López, Allen, & Loría, 2019).

En el año 2001 entra en vigencia la Ley N°. 8114 de Simplificación y Eficiencia Tributaria, que le asigna a la Universidad de Costa Rica, mediante el LanammeUCR, la facultad de velar por la calidad y la eficiencia de la inversión pública destinada a conservar y desarrollar la red vial nacional (RVN) del país, En el año 2007, además, se incluyó a la red vial cantonal (Ley N.° 8603). Así, en el LanammeUCR, se crea la Unidad de Gestión Municipal (UGM), con el fin de cumplir las funciones definidas por Ley en las rutas cantonales, mediante convenios de cooperación técnica entre la Universidad de Costa Rica y las distintas Municipalidades.

La UGM se caracteriza por tener un funcionamiento dinámico y flexible, pues el trabajo se enfoca principalmente, en atender y adaptarse a las necesidades de las 82 municipalidades del país, conforme van surgiendo las solicitudes de las mismas; respondiendo de manera oportuna y eficiente. La filosofía de trabajo consiste en generar capacidades en las municipalidades, trabajar en conjunto y nunca sustituir a las unidades técnicas de gestión vial.

El enfoque de las labores de la UGM se da en dos niveles, uno es a nivel general, que consiste en actividades para llegar a la mayor cantidad de municipalidades. El otro, a nivel individual, se trabaja con cada municipalidad de forma más específica, atendiendo las necesidades puntuales de cada gobierno local. Todo con el objetivo común de modernizar y fortalecer la gestión vial municipal del país. En la Figura 1 se muestra las principales actividades que se realizan en cada nivel.

Figura 1. Enfoque de las labores de la UGM

La UGM atiende las solicitudes de las municipalidades relacionadas con la infraestructura vial cantonal, que va desde temas en caminos pavimentados como no pavimentados, hasta puentes, alcantarillas, drenajes, elementos de seguridad vial, entre otros. A continuación, se presentan las principales labores realizadas por la UGM:

  • Evaluación e inspección de la red vial cantonal asfaltada (RVCA)
  • Evaluación e inspección de la red vial cantonal en lastre (RVCL)
  • Inventario e inspección de puentes
  • Inventario e inspección de alcantarillas
  • Inventario e inspección del sistema de evacuación pluvial
  • Estimación del valor patrimonial vial
  • Asesorías Técnicas
  • Capacitaciones
  • Proyectos de investigación
  • Generación de guías y manuales
  • Sistemas de Información Geográfica y Bases de Datos
  • Proyectos especiales con otras instituciones del país

Figura 2. Fotografías de labores realizadas por la UGM

Logros obtenidos

La UGM ha logrado atender a 64 municipalidades, lo que representa el 78 % de los cantones del país. Se han tratado temas relacionados con asesorías y evaluaciones de la infraestructura vial cantonal, emitiendo un aproximado de 231 informes o notas de informes que sirven de insumo técnico a las municipalidades para la toma de decisiones relacionadas con la gestión vial.

Entre el año 2009 al 2019, se realizaron evaluaciones a la red vial cantonal asfaltada de 32 municipalidades, evaluando las principales rutas de los cantones, abarcando una longitud de 1 200 km. Entre las principales características evaluadas es la condición funcional y estructural del pavimento, en donde se obtiene una noción de la condición general de las rutas al momento de efectuarse la evaluación. Asimismo, para planificar adecuadamente la inversión en la infraestructura vial, es fundamental conocer las características del tránsito vehicular que circula por la red vial, tanto la cantidad como el tipo de vehículo, es por ello que se han realizado más de 850 conteos vehiculares. Adicionalmente, se han realizado cerca de 750 sondeos a cielo abierto, caracterizando la estructura del pavimento de las rutas evaluadas, en donde se determina el espesor y tipo de material que conforman las diferentes capas del pavimento, además de determinar la capacidad soportante y el tipo de material que conforma la subrasante.

Los resultados de las evaluaciones funcionan como insumo para caracterizar técnicamente las rutas asfaltadas, que permite la emisión de recomendaciones, y sirve como fundamento a las municipalidades para la toma de decisiones en la planificación y selección de alternativas oportunas de intervención. Además, todo lo anterior ha permitido a la UGM generar una amplia base de datos útiles para caracterizar la RVC del país.

La UGM, con la colaboración de múltiples municipalidades, ha logrado la inspección de 637 puentes en todo el país. Además, 28 cantones ya cuentan con un registro completo de sus puentes, tanto de inventario como diagnóstico de su condición, además, en otras 21 municipalidades se han realizado labores de inspecciones parciales. Un aporte valioso es que se capacita continuamente al personal municipal mediante inspecciones conjuntas o talleres y cursos, en donde poco a poco se está generando una formación y concientización de la prioridad del tema de los puentes en los procesos de gestión vial.

Desde el 2009 hasta la fecha se han impartido más de 70 talleres, cursos u otras actividades de capacitación a personal de diferentes municipalidades en el país, y se han publicado dos guías o manuales para mejorar labores de gestión vial de las municipalidades.

En la Figura 3 se presenta las municipalidades atendidas y un resumen de los datos mencionados previamente.

Figura 3. Resumen de los principales logros obtenidos en cuanto a asesorías y capacitación técnica a las municipalidades en los años 2009 al 2019.

En el 2014, el MOPT solicitó los servicios de consultoría al LanammeUCR para la ejecución del programa de capacitación denominado Técnico en Inspección de Obra Vial, en el marco del Primer Programa Red Vial Cantonal MOPT-BID (PRVC-I MOPT-BID), el cual fue coordinado por la UGM. Con el programa se logró capacitar a 230 personas en todo el país, desde asistentes de ingeniería e inspectores viales de las unidades encargadas de la gestión vial en las municipalidades, hasta personal de las direcciones regionales y sede central del MOPT. El trabajo se enfocó en brindarles conocimientos de la normativa técnica vigente, la importancia de la inspección vial y el desarrollo de procedimientos y herramientas para ejecutar las labores de inspección vial de manera adecuada (FUNDEVI-LanammeUCR, 2016).

Entre 2015-2017 la UGM brindó servicios de consultoría al PRVC-I MOPT-BID, para realizar actividades de capacitación y georreferenciación de la RVC. En el proyecto se logró la digitalización de aproximadamente 30 000 km de la RVC, abarcando un total de 49 cantones, lo que permite a las Municipalidades disponer de una capa digital de la RVC homogénea, de calidad y estandarizada, que sirve como instrumento básico en la gestión de la infraestructura vial, y que les permita tener entre otros insumos, una estimación real de la longitud de la red vial que administran.

Entre 2015-2017 la UGM también participó en un proyecto desarrollado en conjunto con la Escuela de Planificación y Promoción Social de la Universidad Nacional bajo el marco del PRVC-I MOPT-BID, en donde se brindó los “servicios de consultoría para realizar la formulación y propuesta de gestión de los Planes de Conservación, Desarrollo y Seguridad Vial Cantonal (PCDSVC), mediante un programa modular de acciones educativas y acompañamiento” en 40 Gobiernos Locales de Costa Rica. Se generó la “Guía para la Formulación y Seguimiento del Plan Vial Quinquenal de Conservación y Desarrollo (PVQCD)”, en donde se presenta los requerimientos, estrategias e indicadores para realizar la gestión vial municipal de manera eficiente y sostenible. Además, se implementó los procedimientos de esta guía con 40 municipalidades del país, en donde se les dio capacitación y asesoría para la elaboración de sus PVQCD.

Conclusiones

La UGM del LanammeUCR, actualmente tiene una influencia activa en la mejora de la gestión vial municipal en Costa Rica. El objetivo es seguir incursionando en nuevas áreas de conocimiento, por medio de una adaptación continua a las necesidades de las 82 municipalidades del país. Se busca modernizar la gestión de la infraestructura vial municipal, con el propósito de mejorar la eficiencia y calidad de la inversión pública, lo que se traduce además en un mayor desarrollo socioeconómico de las comunidades beneficiadas.

A través de los años se ha logrado avanzar en las líneas de trabajo relacionadas con brindar asesoría, acompañamiento y capacitación a las unidades encargadas de la gestión vial de las municipalidades, en donde se ha implementado la metodología básica de “aprender-haciendo”, obteniendo resultados positivos, en donde se les brinda herramientas e insumos técnicos que les permite planificar y atender oportunamente la RVC.

Se estima que todavía hay mucho camino por recorrer, pero se considera que ya se están dando los primeros pasos hacia una Gestión Vial Municipal planificada.

Las expectativas futuras son fortalecer relaciones y el trabajo con las Municipalidades, y que la UGM se mantenga como un referente nacional para la capacitación y asesoría técnica en el campo de la gestión vial municipal, respondiendo de una manera oportuna y eficiente; además, de continuar incursionando en nuevas áreas de investigación.

Referencias bibliográficas

FUNDEVI-LanammeUCR. (2016). Informe Final: Servicios de consultoría para la ejecución del programa de capacitación denominado Técnico en Inspección de Obra Vial. San José: Fundevi-LanammeUCR y MOPT.

Xu, L., López, S., Allen, J., & Loría, L. (2019). Desarrollo de la Gestión Vial Municipal en Costa Rica: Incidencia de Elementos Político – Técnicos. Revista Centroamericana de Administración Pública, 75.

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.