Evaluación comparativa de la resistencia a fatiga (4PBT) de mezclas asfálticas con el uso de diversos materiales reciclados y asfaltos con y sin polímero | Señales de información específica como una alternativa para la obtención de recursos económicos | Evaluación de la susceptibilidad al agrietamiento de concretos asfálticos con RCR mediante la prueba IDEAL-CT | Nuevo método de prueba utilizando el reómetro de corte dinámico para determinar la cantidad de aditivo rejuvenecedor que se debe adicionar a una mezcla asfáltica con RAP | Descarbonización en la selección de mantenimientos de pavimentos asfálticos mediante modelos predictivos de machine learning.
Presidente
Javier Herrera de León
Vicepresidentes
Sergio Serment Moreno
Francisco Javier Fernández Almanza
Fernando Martín del Campo Aviña
Secretario
Alejandro Díaz Cruz
Tesorero
Juan Adrián Ramírez Aldaco
Vocales
Ángel Salomón Rincón de la Rosa
Luis Carlos Soto Moreno
José Antonio Trujano Ramírez
Denice Mercado González
Gerardo Villagómez Exiga
Maricarmen Magaña Orozco
Dantón Mendoza Cervantes
Christian André Doig Alvear
Comité de vigilancia
Luis Guillermo Limón Garduño
Francisco Javier Romero Lozano
Alejandro Padilla Rodríguez
Comisión de honor
Raymundo Benitez López
Jorge Alarcón Ibarra
Víctor M. Cincire Romero A.
asfaltica@amaac.org.mx www.amaac.org.mx
SUMARIO
APORTACIONES
Evaluación comparativa de la resistencia a fatiga (4PBT) de mezclas asfálticas con el uso de diversos materiales reciclados y asfaltos con y sin polímero
APORTACIONES
Señales de información específica como una alternativa para la obtención de recursos económicos
APORTACIONES
Evaluación de la susceptibilidad al agrietamiento de concretos asfálticos con rcr mediante la prueba ideal-ct
APORTACIONES
Nuevo método de prueba utilizando el reómetro de corte dinámico para determinar la cantidad de aditivo rejuvenecedor que se debe adicionar a una mezcla asfáltica con rap
APORTACIONES
Descarbonización en la selección de mantenimientos de pavimentos asfálticos mediante modelos predictivos de machine learning
ASFÁLTICA, año 19, núm. 84, enero-marzo 2026, 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: XIV Consejo Directivo de la Asociación Mexicana del Asfalto, A.C. 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 28 de febrero de 2026 en su versión 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.
Producción editorial CODEXMAS, S. de R.L. de CV.
AMAAC: LIDERAZGO QUE
IMPULSA EL FUTURO DE LA INGENIERÍA VIAL
La Asociación Mexicana del Asfalto, A.C. (AMAAC), se fortalece con la integración de su XIV Consejo Directivo (2025-2027), conformado por profesionales de gran trayectoria, compromiso y visión estratégica.
Este nuevo Consejo representa más que una suma de experiencias: simboliza la unión de mentes dedicadas a la innovación, la sustentabilidad y la formación de nuevas generaciones de especialistas que transforman el presente y futuro de la infraestructura vial en México.
Bajo la presidencia de Javier Herrera de León, acompañado por Sergio Serment Moreno (Vicepresidente Técnico), Francisco Javier Fernández Almanza (Vicepresidente de Infraestructura Vial), Fernando Martín del Campo Aviña (Vicepresidente de Distribución), Juan Adrián Ramírez Aldaco (Tesorero) y Alejandro Díaz Cruz (Secretario), así como un destacado equipo de vocales integrado por Ángel Salomón Rincón de la Rosa, Juan Carlos Soto Moreno, José Antonio Trujano Ramírez, Denice Mercado González, Gerardo Villagómez Exiga, Maricarmen Magaña Orozco, Dantón Mendoza Cervantes y Christian André Doig Alvear, AMAAC reafirma su compromiso con la excelencia técnica, la colaboración interdisciplinaria y el desarrollo sostenible de la ingeniería mexicana.
Este Consejo Directivo encarna el espíritu que distingue a AMAAC: una asociación que evoluciona, que escucha a su comunidad y que trabaja con pasión para consolidarse como un referente de conocimiento y liderazgo en Latinoamérica.
El futuro se pavimenta con innovación, compromiso y trabajo en equipo. Hoy, AMAAC avanza con paso firme hacia un nuevo capítulo de crecimiento y excelencia.
A FATIGA (4PBT) DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON
EL USO DE DIVERSOS MATERIALES RECICLADOS Y ASFALTOS CON Y SIN POLÍMERO
Ergon Asfaltos México, Puebla.
Alfonso Díaz, Alfonso.Diaz@ergon.com
Eymard Ávila, Eymard.Avila@ergon.com
Rosita Martínez, Rosita.Martinez@ergon.com
Luis Bernal, Luis.Bernal@ergon.com
1 RESUMEN
El agrietamiento es uno de los deterioros que más afectan el comportamiento de las mezclas asfálticas. El agrietamiento por fatiga ha sido objeto de estudio durante décadas y la forma de caracterizar y predecir este deterioro continúa en constante evolución.
Entre los ensayos de laboratorio que existen para evaluar la susceptibilidad al agrietamiento en mezclas asfálticas, y que principalmente caracterizan la fatiga de la mezcla, se encuentra la viga a flexión en cuatro puntos (4pbt).
El uso de diferentes tipos de materiales asfálticos y la inclusión de materiales reciclados en mezclas, tales como pavimento asfáltico recuperado (rap), hule de llanta (hll) y plásticos, modifican el comportamiento de las mezclas asfálticas. Por lo tanto, es importante medir la influencia que tienen estos materiales en su respuesta a fatiga.
En este estudio se evalúan cuatro distintos grupos de mezclas asfálticas con materiales reciclados mediante el ensayo 4pbt. Se determinaron las leyes de fatiga tradicionales, el límite de resistencia a la fatiga (fel) y el número de repeticiones mínimas hasta la falla a diferentes niveles de deformación.
Se presentan los resultados de los grupos de mezclas, evaluando la inclusión de materiales reciclados incorporados vía húmeda y vía seca, en comparación con un blanco sin material reciclado y con asfalto modificado con polímero. Los resultados muestran que,
aunque algunos materiales reciclados aumentan la rigidez, no necesariamente mejoran la resistencia a fatiga. El estudio mostró que las mezclas que contenían un asfalto modificado con polímero, con o sin material reciclado, logran mejorar el comportamiento a fatiga.
2 INTRODUCCIÓN
La fatiga de los materiales se refiere a los cambios de sus propiedades como resultado de la aplicación de cargas cíclicas [1]
El agrietamiento por fatiga es uno de los principales problemas que afectan a los pavimentos asfálticos a nivel mundial y constituye un área prioritaria de investigación en el ámbito de la ingeniería de carreteras, especialmente en el diseño de mezclas asfálticas [2]
Los pavimentos de mezcla asfáltica en caliente (hma) se diseñan, entre otros factores, para resistir la formación de roderas y agrietamiento por fatiga ascendente. En el enfoque clásico de diseño de pavimentos, el espesor del pavimento se incrementa conforme aumentan las cargas de diseño. Se ha demostrado que en pavimentos de gran espesor, en los cuales las microdeformaciones están limitadas a un rango bajo, el agrietamiento por fatiga de abajo hacia arriba no ocurre.
Para explicar esta situación, se propone el concepto de “Límite de Resistencia a la Fatiga” (fel, por sus siglas en inglés: Fatigue Endurance Limit), definido como el nivel de deformación por debajo del cual no se genera daño acumulativo durante un número indefinido de ciclos de carga [3]
El fel puede determinarse mediante ensayos de laboratorio, como el de flexión en cuatro puntos (4pbt), o mediante la evaluación en campo de pavimentos existentes. Monismith y McLean fueron los primeros en proponer un valor de fel igual a 70 microdeformaciones (me). No obstante, investigaciones posteriores, como las de Thompson y Carpenter (2009), consideraron este valor conservador, ya que estudios en laboratorio han demostrado que la mayoría de hma presentan valores muy superiores a 70 me. En 2009, Prowell et al. apoyaron esta información proporcionando datos de pruebas de laboratorio que respaldan la existencia de un fel mayor, que oscila entra 75 y 200 me [4]
Un estudio realizado en la Universidad de Illinois, que evaluó 120 mezclas hma, encontró que el fel varía de 90 a 300 me y que depende directamente del tipo de asfalto y la composición de la mezcla [4]. Generalmente, el valor de fel varía de 70 me hasta estimaciones más recientes de 200 me [4]
En México se han diseñado y construido pavimentos asfálticos denominados de larga duración (pld) utilizando el concepto del fel durante el diseño de la mezcla asfáltica y el dimensionamiento del espesor del pavimento, con un valor de referencia propuesto de 180 me. El primer pld se puso en servicio en 2011 y, tras 14 años de operación, ha acumulado 37.52 millones de ejes equivalentes, con una vida remanente superior a 25 años, determinada mediante deflectometría y retro cálculo [5]
El ensayo 4 pbt para mezclas asfálticas ha sido utilizado durante varias décadas por numerosos investigadores para simular condiciones del comportamiento en campo de un pavimento asfáltico. Se prevé que este ensayo tendrá mayor aceptación, ya que constituye
la base del análisis de fatiga utilizado en la Guía de Diseño de Pavimentos EmpíricoMecanicista [6]
El uso de rap en mezclas asfálticas ofrece potenciales beneficios, como menor consumo de energía y emisiones, reducción del uso de agregados pétreos vírgenes y disminución del transporte, así como reducción del contenido de asfalto de aporte. No obstante, para que una mezcla con rap sea considerara sostenible, debe igualar el desempeño y la durabilidad de una mezcla de referencia virgen.
Ante la creciente generación de residuos plásticos y sus impactos ambientales, diversas investigaciones han explorado su aprovechamiento en mezclas asfálticas para pavimentos. Estos estudios evidencian la compleja interacción entre el tipo de polímero, las condiciones de procesamiento y la química de los aditivos, factores determinantes para obtener materiales asfálticos duraderos y de alto desempeño [7]. Entre las fuentes más comunes de residuos plásticos utilizados se encuentran el polietileno de alta densidad (hdpe) y el de baja densidad (ldpe), el polipropileno (pp), el tereftalato de polietileno (pet), el cloruro de polivinilo (pvc), así como combinaciones con otros materiales modificadores como estireno-butadienoestireno (sbs), etilen-vinil-acetato (eva), grafeno [9], entre otros.
La incorporación de plásticos en las mezclas asfálticas se ha implementado mediante dos métodos principales: el proceso húmedo y el proceso seco. El primero ha demostrado mejorar la resistencia a la humedad y a la deformación permanente, aunque presenta desafíos como la separación de fases y un mejor desempeño a bajas temperaturas [7], [8]. Por su parte, el proceso seco ha demostrado mayor versatilidad, permitiendo la incorporación de diversos tipos de plásticos y mejorando la resistencia a la rodera y a la humedad en pavimentos asfálticos [9], [10], [11]. Sin embargo, aún existen lagunas en la comprensión de la resistencia al agrietamiento térmico a bajas temperaturas, la fatiga y la susceptibilidad a la humedad [7], lo que subraya la necesidad de continuar investigando en estas áreas.
El caucho utilizado en la fabricación de neumáticos se compone hasta en un 30% de caucho natural, mientras que el resto de la demanda lo ocupan los cauchos sintéticos (derivados de hidrocarburos). Los tipos de cauchos más usados son: estireno-butadieno (sbr), polibutadienos (br) y polisoprenos sintéticos (ir) [12]
Durante la fabricación de los neumáticos, el caucho se somete al proceso de vulcanización, que tiene la función de entrelazar los polímeros con las moléculas de azufre mediante la acción de altas temperatura y presiones. Los enlaces así formados son muy estables, lo que dificulta la reutilización del caucho como modificador del asfalto [12]
En 1960, empresas suecas procesaron neumáticos de desecho y produjeron una mezcla asfáltica de rodadura con adición de una pequeña cantidad de caucho molido en sustitución de una parte del agregado pétreo en la mezcla; este proceso es conocido como incorporación en seco.
Charles McDonalds descubrió que al mezclar polvo de neumático con asfalto y dejarlo reaccionar durante una hora, se obtenía un material con propiedades mejoradas, que combina las ventajas de ambos materiales base. Lo llamó caucho asfáltico, y el proceso es conocido como incorporación vía húmeda [13]
3 OBJETIVO
El objetivo de este estudio es analizar el comportamiento de distintas mezclas asfálticas mediante la prueba de fatiga 4pbt. En las mezclas evaluadas se incorporaron materiales reciclados como rap en diferentes dosificaciones, fuentes y grados de envejecimiento, así como plástico reciclado y hule de llanta. Se emplean diversos tipos de asfaltos, tanto convencional como modificado con polímero. Las mezclas se dividen en cuatro grupos según el tipo de material reciclado empleado, y cada grupo incluye una mezcla de referencia con desempeño óptimo.
4 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Este trabajo de investigación se enfoca en la evaluación del desempeño a fatiga de hma con adición de materiales reciclados, utilizando la prueba de fatiga 4pbt. Se consideran cuatro grupos experimentales:
Grupo 1. Se evalúa la adición del 20% de rap en una hma, comparándola con una mezcla de control compuesta por agregados 100% vírgenes y asfalto modificado con polímero (pma).
Grupo 2. Se analiza la incorporación de 30% de rap proveniente de distinta fuente y con diferente grado de envejecimiento que el rap usado en el Grupo 1, en comparación con una mezcla hma de referencia con agregado vírgenes y pma
Grupo 3. Se estudia la adición de plástico reciclado (pr) mediante la técnica de vía seca en mezclas hma, utilizando dos fuentes de asfalto sin modificar con diferentes grados pg. Estas se comparan con una mezcla de referencia hma con pma
Grupo 4. Se evalúa la incorporación de hll en una granulometría escalonada, mediante tres métodos: vía húmeda (asfalto híbrido polímero estireno-butadieno-estireno y hll), vía seca con asfalto convencional, y vía semihúmeda (hll pretratado con asfalto y aditivos). Todas las mezclas se comparan con una mezcla de referencia hma con pma
Las características principales de cada una de las mezclas pertenecientes a los cuatro grupos evaluados se muestran a continuación en la Tabla 1
Tabla 1. Características de los grupos de mezclas evaluados. Grupo
1
2
3
FDT Control
FDT 20RAP
FDT Control
FDT 30RAP
FDT Control
PG76V-22 Sí 0NoNo
PG70V-28 Sí 20NoNo
PG76V-22 Sí 0NoNo
PG70V-28 Sí 30NoNo
PG76V-22 Sí 0NoNo
PG64-22+PR PG64-22 No 0 SiNo
PG58-28+PR PG58-28 No 0 SiNo
FDT Control
4
PG76-22 Sí 0NoNo
FDT híbrido PG76-22 Sí 0NoSí
PG64-22+HLL (vía seca) PG64-22 No 0NoSí
PG64-22 +HLL pretratadoPG 64-22 No 0NoSí
5 DISEÑO DE MEZCLAS
Las mezclas asfálticas de cada grupo fueron diseñadas conforme a las especificaciones del Protocolo amaac Diseño de mezclas asfálticas de granulometría densa de alto desempeño [14]. Para cada grupo, se inició con el diseño de la mezcla de control, determinando la curva granulométrica objetivo, el contenido óptimo de asfalto y sus propiedades volumétricas. El desempeño de cada mezcla de control fue evaluado hasta el Nivel IV del protocolo amaac, con el objetivo de verificar que cumplieran satisfactoriamente todos los criterios de desempeño establecidos.
Una vez obtenido el diseño de control para cada grupo de mezclas, se procedió a desarrollar los diseños volumétricos de cada una de las mezclas definidas en la Tabla 1. Para asegurar la comparabilidad con la mezcla de control, se buscó que la curva granulométrica de cada mezcla con material reciclado fuera similar a la de referencia. Para lograrlo, se determinó la granulometría del material reciclado y el porcentaje a utilizar, sustituyendo proporcionalmente parte del agregado virgen para incorporar dicho material.
Las variables evaluadas en las mezclas de cada grupo fueron: la adición del material reciclado y los tipos de cemento asfáltico empleados.
5.1 Diseño y materiales
5.1.1 Agregados pétreos y rap La fuente de materiales pétreos vírgenes y rap utilizados en las hma’s evaluadas se muestra en la Tabla 2
Tabla 2. Material pétreo y rap utilizado en el diseño de las mezclas.
GrupoMezcla Banco de agregados pétreos Tipo
FDT ControlGravase-CoronillaDensa, 1/2”
1
FDT 20rap Gravase-CoronillaDensa, 1/2” Autopista Lagos de MorenoGuadalajara 109.6-13.3
FDT Controlkm 273 Densa, 1/2”
2
3
4
FDT 30rap km 273 Densa, 1/2” Autopista MaravatíoZapotlanejo 85.5 -16.7
FDT ControlGravase-CoronillaDensa, 1/2”
PG64-22+PGravase-CoronillaDensa, 1/2”
PG58-28+PGravase-CoronillaDensa, 1/2”
FDT controlAtlipac Escalonada
FDT híbridoAtlipac Escalonada
PG64-22+HLL (vía seca) Atlipac Escalonada
PG64-22 +HLL pretratado Atlipac Escalonada
Para determinar el grado de envejecimiento del asfalto existente en el rap, se realizó su extracción mediante el método B de ASTM D2171, utilizando un equipo Reflux. Posteriormente,
el material asfáltico disuelto se filtró para eliminar el remanente de agregado fino (filler) y la recuperación del disolvente se efectuó conforme a ASTM D5404.
El grado de desempeño (pg) del asfalto extraído del rap fue evaluado de acuerdo con la normativa N·CMT·4·05·004/08 (Calidad de Materiales Asfálticos Grado pg). El pg correspondiente a cada rap se muestra en la Tabla 2
Para la determinación de la curva granulométrica de las mezclas con rap, se consideró la granulometría del rap sin asfalto mediante el método ASTM D6307, realizándose las granulometrías por lavado de acuerdo con la norma ASTM C117.
Las granulometrías de la fdt Control del Grupo 1, 2 y 3, así como de la fdt 20rap del Grupo 1, la fdt 30 rap del Grupo 2 y las fdt’s del Grupo 3 con pr, se muestran en la Tabla 3
Las mezclas asfálticas que conforman el Grupo 4 fueron diseñadas con una estructura granulométrica escalonada, siguiendo los límites establecidos por el Departamento de Transporte de California [15]. Para la fdt Control y la mezcla fdt Híbrida se utilizó la misma curva granulométrica, ya que el hll se adiciona vía húmeda y no requirió sustitución de agregado pétreo.
En el caso de la mezcla PG64-22 + hll (vía seca) y PG64-22 + hll pretratado, se realizó una modificación en la curva granulométrica, generando un espacio entre las mallas #30 y malla #100 para permitir la incorporación del hll
Las granulometrías de cada una de las fdt del Grupo 4 se muestran en la Tabla 4.
Tabla 3. Granulometrías de las fdt de los Grupos 1, 2 y 3.
Abertura de malla
Tabla 4. Granulometrías de las fdt del Grupo 4.
5.1.2 Cemento asfáltico
El objetivo del diseño de mezclas del Grupo 1 y del Grupo 2 fue cumplir con los requisitos de una mezcla por desempeño Nivel IV, adecuadas para un proyecto carretero con más de 30 millones de ejes equivalentes (esal's) durante su vida útil. Para ello, se diseñó una mezcla de referencia utilizando pma con grado de desempeño PG76V-22. Para todas las mezclas evaluadas, los contenidos óptimos de asfalto total con respecto a la mezcla, así como los contenidos aportados por el rap y material asfáltico nuevo de recargue, se muestran en la Tabla 5
Tabla 5. Datos de cemento asfáltico utilizado.
En las mezclas del Grupo 3 con pr, se utilizaron dos grados de asfalto. Se empleó un PG64-22 sin polímero de acuerdo con las recomendaciones del proveedor de pr; a esta mezcla se le denominó PG64-22+pr
Adicionalmente, se diseñó una segunda mezcla con incorporación de pr, en la cual se utilizó un asfalto sin modificar de menor rigidez. El objetivo de esta variante fue evaluar el desempeño de la mezcla al emplear un asfalto más blando que pudiera compensar el posible
aumento de rigidez inducido por la adición del pr. Esta mezcla fue designada como PG5828+pr, utilizando un asfalto grado desempeño PG58-28.
Para la mezcla control del Grupo 4 se usó un PMA grado PG76-22. La mezcla denominada fdt Híbrido se fabricó con adición del hule de llanta vía húmeda, es decir, el hll ya estaba incorporado en el asfalto antes de su mezcla con los agregados. Este material asfáltico, conocido como híbrido, combina la modificación con polímero estireno-butadieno-estireno (sbs) y hll, que cumple con un PG76-22.
Para las mezclas denominadas PG64-22+HLL (vía seca) y PG64-22+hll pretratado, se utilizó un asfalto sin modificar PG64-22. El objetivo fue evaluar si la incorporación del hll, ya sea en vía seca o pretratada, permite que la mezcla alcance propiedades mecánicas similares a las de la mezcla control elaborada con pma
5.1.3 Plástico reciclado
Para los fines de este estudio, se utilizó 5% de pr base peso del asfalto, conforme a las recomendaciones del proveedor. La incorporación del plástico se realizó mediante el método de vía seca. Durante la fabricación de las mezclas del Grupo 3 a nivel laboratorio, se siguió el siguiente procedimiento: los agregados pétreos se mezclaron con el plástico reciclado durante aproximadamente 60 segundos. Posteriormente, la mezcla de agregados y plástico se colocó en un horno durante 30 minutos, permitiendo que el plástico se ablandara parcialmente y se integrara mejor con los agregados. Finalmente, se añadió la cantidad de asfalto prevista para la mezcla.
5.1.4 Hule de llanta
Las granulometrías del hll empleado en la fdt Híbrido, PG64-22+hll (vía seca) y PG64-22+hll pretratado se muestran en la Tabla 6
En la fdt Híbrido, las cantidades de sbs y hll se seleccionaron cumpliendo con la Norma N•CMT•4•05•002/06.
En la fdt PG64-22+hll (vía seca) y en la PG64-22+hll pretratado se usó 1.86% de hll en peso del agregado. En el caso específico del hll pretratado, se agregó a la mezcla 3% de este material, ya que, de acuerdo con el proveedor, 60% del hll pretratado es polvo de neumático y el porcentaje restante corresponde a asfalto y aditivos.
Tabla 6. Granulometrías de los tipos de hll usados.
Malla
módulo de rigidez a flexión (Mpa)
6 METODOLOGÍA DEL ESTUDIO
Todas las mezclas asfálticas incluidas en este estudio fueron evaluadas en su desempeño hasta un Nivel IV del Protocolo amaac. No obstante, debido a que el agrietamiento por fatiga es uno de los mecanismos de deterioro que más afecta el comportamiento de los pavimentos asfálticos, y considerando además que la inclusión de materiales reciclados puede modificar significativamente el comportamiento de las mezclas, este estudio se enfoca particularmente en la evaluación del comportamiento a fatiga.
En México, el Protocolo amaac establece el uso del ensayo de fatiga 4pbt para evaluar la resistencia a fatiga de las mezclas asfálticas. Este ensayo consiste en someter un espécimen prismático a esfuerzos de flexión, aplicando una carga cíclica sinusoidal a una frecuencia de 10 Hz, dentro de una cámara de temperatura controlada a 20 °C.
Durante el ensayo de fatiga se distinguen tres etapas:
1. Primera etapa (primeros ciclos de carga): se presenta una disminución súbita del módulo de rigidez a flexión, reflejando una pérdida inicial de integridad del material.
2. Segunda etapa: el módulo de rigidez muestra un comportamiento aproximadamente lineal y ocurre el fenómeno de fatiga, con la acumulación progresiva del daño.
3. Tercera etapa: se observa una caída abrupta del módulo de rigidez, asociada con interconexión y propagación de grietas.
Estas etapas se ilustran en la Figura 1, donde se muestra la evolución del módulo de rigidez a lo largo del número de ciclos de carga.
DINosaur Book 7 pt
DINosaur Book 6 pt
Iosevka Fixed 6 pt
Iosevka Fixed 5 pt
módulo de rigidez a flexión (Mpa)
ley
vida a fatiga indefinida
Figura 1. Evaluación del módulo de rigidez a flexión en el ensayo 4pBt y esquema de la Ley de Fatiga.
La Ley de Fatiga se representa mediante la curva de Whöler, la cual describe la relación entre el nivel de solicitación (deformación) y el número de ciclos a la falla (Nf). En términos prácticos, la Ley de Fatiga permite estimar cuántas repeticiones de carga puede soportar una mezcla asfáltica antes de llegar a su falla, en función de los distintos niveles de deformaciones inducidos por el tránsito vehicular. Para determinar la Ley de Fatiga de cada mezcla, se evaluaron al menos seis vigas a diferentes niveles de deformación (ensayo de deformación controlada) conforme al procedimiento de prueba AASTHO T321. El criterio de falla adoptado fue el criterio clásico, que considera la falla cuando se alcanza una reducción del 50% del módulo de rigidez inicial. El tipo de onda usada fue de tipo sinusoidal simétrica.
En los casos en que fue necesario extrapolar resultados del ensayo 4pbt, se realizó un ajuste mediante la función de supervivencia de Weibull de tres etapas, siguiendo el procedimiento descrito por Prowell et al [16]
El Límite de Resistencia a Fatiga (fel, por sus siglas en inglés) se define como el nivel de deformación, a una temperatura dada, por debajo del cual no se genera daño por fatiga en la mezcla asfáltica [3]. El fel se determina conforme el procedimiento descrito en el documento
Proposed Standard Practice for Predicting the Endurance Limit of Hot Mix Asphalt (hma) for Long-Live Pavement Desing, incluido en el NCHRP Report 646, Validating the Fatigue Endurance Limit for Hot Mix Asphalt
El valor obtenido de fel depende principalmente del tipo de cemento utilizado y de la composición de la mezcla, incluyendo granulometría y contenido de vacíos [4] . De acuerdo con especificaciones particulares en México para proyectos diseñados por fatiga, se especifica un valor mínimo de 180 me , valor que se tomó como umbral de referencia para este trabajo.
Conforme a la resistencia de cada mezcla, se seleccionaron los niveles de deformación evaluados, típicamente en un rango de 200 a 800 me . Los niveles máximos de deformación fueron seleccionados para cumplir con la especificación de la norma AASTHO T321, asegurando al menos 10,000 ciclos de repeticiones hasta la falla para que la prueba se considere válida, mientras que los niveles mínimos de deformación se establecieron para que los periodos de evaluación fueran menores a 200 horas por ensayo.
7 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN
DE RESULTADOS
En esta sección se presentan los resultados obtenidos del módulo rigidez inicial y del número de ciclos hasta la falla para cada una de las mezclas asfálticas evaluadas en función del nivel de deformación aplicado. A partir de estos datos, se determinaron las respectivas leyes de fatiga y el fel para cada una de las mezclas. En el contexto de este trabajo, el valor de fel se utilizó como parámetro clave para comparar el desempeño a fatiga de las mezclas, permitiendo evaluar la influencia de los materiales reciclados y los tipos de asfalto en el desempeño de la mezcla asfáltica.
7.1 Grupo #1 mezcla con adición de 20% de rap
En la Tabla 7 se muestran los niveles de deformación utilizados para evaluar la vida a fatiga de las mezclas fdt Control y la fdt 20rap. También se incluyen los valores promedio de rigidez inicial y el número de ciclos hasta la falla obtenidos en las dos evaluaciones realizadas para cada nivel de deformación seleccionado.
En términos generales, la mezcla la fdt Control mostró una mayor resistencia a fatiga, evidenciada por un mayor número de ciclos hasta la falla en los niveles de deformación evaluados (Tabla 7).
No obstante, los valores de fel obtenidos fueron de 375 me para la mezcla fdt Control y 256 me para la mezcla fdt 20rap. Ambos valores superan el umbral de 180 me, considerado como referencia para este trabajo. Ver Figura 2
Figura 2. Valores de fel de las diferentes mezclas asfálticas de los cuatro grupos.
Tabla 7. Evaluación y leyes de fatiga de las mezclas del Grupo 1.
Deformación promedio (me)
Rigidez inicial (MPa) Ciclos a la falla, Nf
6003 9895
DINosaur Book 7 pt
DINosaur Book 6 pt
Iosevka Fixed 6 pt
Iosevka Fixed 5 pt
de repeticiones a la falla, Nf °
7.2 Grupo #2 mezcla con adición de 30% de rap
Como se muestra en la Tabla 8, la rigidez inicial de la mezcla fdt 30rap fue superior a la de la fdt Control, lo cual se atribuye principalmente a la inclusión del rap en la mezcla.
En cuanto al desempeño a fatiga, la mezcla fdt Control presentó un número de repeticiones a significativamente mayor que la mezcla fdt 30rap en los niveles de 600 y 700 me. En general, se encuentra en un rango muy alto para una mezcla típica en caliente fabricada con pma. Esta diferencia se observa claramente en las leyes de fatiga presentadas en la Tabla 8, donde la Ley de Fatiga de la fdt Control se sitúa en el rango de Nf entre 1E+06 y 1E+07, mientras que la Ley de Fatiga de la fdt 30rap se encuentra en el rango de Nf entre 1E+05 y 1E+06.
A partir de estas leyes de fatiga se determinaron los valores de fel, obteniéndose 437 me para la fdt Control y 223 me para la fdt 30rap. Ambos valores superan el umbral establecido de 180 me
Tabla 8. Evaluación y leyes de fatiga de las mezclas del Grupo 2.
Rigidez inicial (MPa) Ciclos a la falla, Nf
Deformación promedio (me)
500 5 409 998 472
600 2 8245 2329 000 929466 523
700 2 747 4 7953 398 997136 644
DINosaur Book 7 pt
DINosaur Book 6 pt
800 2 820 ---1 528 232
Iosevka Fixed 6 pt
Iosevka Fixed 5 pt
7.3 Grupo #3 mezclas con adición de plástico reciclado
En el Grupo 3 se evaluó el comportamiento a fatiga de mezclas asfálticas fabricadas con asfalto sin modificar más adición de pr, en comparación con una mezcla de referencia fabricada con pma y sin adición de pr
Como se muestra en la Tabla 9, la mezcla fdt Control presentó una rigidez inicial entre 3 678 y 3 989 MPa, mientras que las mezclas con pr alcanzaron valores entre 5 225 y 5 738 MPa. Esto representa un incremento de 1 547 a 1 749 MPa en la rigidez, a pesar de haber sido fabricadas con un asfalto sin modificar de menor pg
Los niveles de deformación aplicados en las mezclas se muestran también en la Tabla 9. El nivel común de deformación aplicada en la fdt Control y la fdt PG64-22+PR es de 600 me. Para este nivel, la fdt Control mostró un desempeño significativamente superior, alcanzando 868 880 ciclos hasta la falla, en comparación con 43 006 ciclos para la fdt PG64-22+PR, es decir, una diferencia de aproximadamente 20 veces.
Los resultados de ciclos hasta la falla para las mezclas con pr fueron muy similares tanto para 400 como para 500 me, siendo ligeramente mayores para la fdt PG58-28+PR. Este comportamiento se observa en la Tabla 9, donde las curvas de fatiga de ambas
mezclas con pr se superponen, manteniendo una pendiente similar. En contraste, la curva de la fdt Control se sitúa en la parte superior del gráfico, con una pendiente más horizontal, lo que indica un mejor comportamiento a fatiga.
Tabla 9. Evaluación y leyes de fatiga de las mezclas del Grupo 3.
Rigidez inicial (MPa)
Deformación promedio (me)
a la falla, Nf
---5 5885,621 228 408253 422
500 ---5 4265,487 72 623 102 078
600 3 9895 225 868 88043 006
DINosaur Book 7 pt
700 3 678--- 210 028
DINosaur Book 6 pt
Iosevka Fixed 6 pt
800 3 876--- 32 266
Iosevka Fixed 5 pt
N de repeticiones a la falla, Nf °
De las leyes de fatiga se determinaron los valores de fel para cada una de las mezclas (ver Figura 2). Los resultados de fel fueron los siguientes: fdt Control con valor de 375 me (superior al umbral de referencia 180 me), fdt PG64-22 + PR con un valor de 72 me (inferior al umbral) y fdt PG58-28+PR con un valor de 114 me (también inferior al umbral).
Estos resultados indican que las mezclas con adición de PR presentaron un comportamiento a fatiga inferior al de la mezcla de referencia con pma, sin alcanzar el valor mínimo de FEL recomendado para mezclas resistentes a la fatiga. No obstante, el uso del cemento asfáltico PG58-28 mejoró el desempeño en comparación con el PG64-22, aunque sin llegar a cumplir con el criterio de resistencia a fatiga establecido.
7.4 Grupo #4 mezclas con adición de hll
Los valores de rigidez inicial se mantuvieron en un rango similar de 3000 a 4000 MPa para todas las mezclas evaluadas, tanto con como sin hll. Esto indica que, a diferencia de lo observado con la incorporación de rap o pr, el uso de hll no incrementó significativamente la rigidez de la mezcla.
Las mezclas con hll coincidieron en los niveles de deformación evaluados de 400 y 500 me, lo que permitió comparar directamente los valores de Nf. A 400 me, los valores de Nf fueron: fdt Híbrido 2 453 060 ciclos, fdt pg64-22+hlL (vía seca) 944 234 y fdt pg64-22+hll pretratado 582 171 ciclos. A 500 me se mantuvo la misma tendencia, con la mezcla híbrida mostrando el mejor desempeño y la mezcla con hll pretratado el más bajo.
Tabla 11. Valores promedio de rigidez inicial y Nf de acuerdo con la deformación medida de las mezclas del Grupo 4.
Deformación promedio (me)
Rigidez inicial (MPa)
Control FDT Híbrido
22+HLL (vía seca)
22+HLL pretratado
Ciclos a la falla, Nf
Híbrido
300------3 714---------4 589 053---
400---3 7823 5433 649---2 453 060944 234582 171
500---3 7633 5443 738---942 252335 179166 190
600---3 515---3 867---251 702---57 198
6503 286---------2 900 000---
7503 300---------708 309---
DINosaur
DINosaur Book 6 pt Iosevka Fixed 6 pt
8003 064---------256 616---
Deformación, me N de repeticiones a la falla, Nf °
y=3722.8x⁰¹⁶⁷ R²=0.9603
Figura 3. Leyes de fatiga de las mezclas del Grupo 4.
De acuerdo con las leyes de fatiga obtenidas y mostradas en la Figura 3, la Ley de Fatiga de la fdt Control se ubica en la parte superior del gráfico, con un pendiente más horizontal que el resto de las mezclas, lo que indica un mejor comportamiento a fatiga. Esta mezcla alcanzó un fel DE 481 me
La mezcla fdt Híbrido alcanzó un fel de 206 me, valor superior al umbral de referencia. En cambio, las mezclas PG64-22+hll (vía seca) y PG64-22+hll pretratado se ubicaron en la parte inferior del gráfico, con valores de fel de 167 y 156 me, respectivamente, ambos por debajo del valor mínimo recomendado.
8 CONCLUSIONES
• La prueba 4PBT fue sensible a la incorporación de diferentes materiales reciclados en las mezclas asfálticas, funcionando adecuadamente para diferenciar el comportamiento a fatiga.
• En todos los grupos de mezclas evaluadas, la mezcla de referencia con PMA (FDT Control) presentó el mejor comportamiento a fatiga, con los valores más altos de ciclos a la falla y de FEL, superando consistentemente el umbral de 180 me
• Las mezclas con adición de RAP cumplieron satisfactoriamente con el umbral de fatiga establecido, lo cual se atribuye al uso de una metodología adecuada de análisis y diseño de RAP, así como a la correcta selección y formulación de materiales.
• Las mezclas con adición de PR mostraron un aumento en rigidez; sin embargo, fueron las que presentaron la mayor caída en FEL y en ciclos a la falla en comparación con la mezcla control. No obstante, se observó una mejora en estos parámetros al utilizar un asfalto base de menor grado desempeño (PG58-28) en lugar de PG64-22, aunque sin llegar a alcanzar el valor objetivo de FEL propuesto. Esta combinación sugiere un mejor balance entre la rigidez aportada por el PR y la mayor flexibilidad del asfalto PG58-28.
• El uso de HLL en la mezcla como modificador único no permitió cumplir con los parámetros de fatiga establecidos; sin embargo, cuando se combinó con SBS, se logró alcanzar los niveles de desempeño requeridos, evidenciando la sinergia positiva entre ambos modificadores.
• Se confirma la importancia de seleccionar adecuadamente los materiales y de considerar tanto las limitaciones como las ventajas de uso de materiales reciclados, con el fin de promover un uso racional y sostenible en el diseño y construcción de mezclas asfálticas.
• El estudio mostró que las mezclas que contenían un asfalto modificado con polímero, con o sin material reciclado, logran mejorar el comportamiento a fatiga.
9 TRABAJOS FUTUROS
Se analizará el uso de PR buscando sinergia con PMA para mejorar el desempeño a fatiga.
Los autores continuarán con un monitoreo constante del comportamiento en campo de las mezclas con agregados reciclados para correlacionar su desempeño y durabilidad con los valores de diseño obtenidos.
10 REFERENCIAS
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[2] Moreno, F. Diseño de un método de ensayo de laboratorio para el análisis de la resistencia a fisuración de mezclas bituminosas. Tesis Doctoral, Universidad de Granada. 2013
[3] NCHRP Report 646. Validating the Fatigue Endurance Limit for Hot Mix Asphalt.
[4] NCAT Report 15-05R. Refined Limiting Strain Criteria and Aproximate Ranges of Maximum Thicknesses for Desining Long-Life Asphalt Pavements. 2016
[5] Coria, C. Pavimentos Asfálticos Sostenibles de larga duración: Experiencias en México (2024). Coloquio de Pavimentos Concreto y Asfalto, Asociación Mexicana del Asfalto AC (AMAAC), Ciudad de México, México.
[6] Mamlouk, M, Souliman, M and Zeiada,W. Optimum Testing Conditions to Measure HMA Fatigue and Healing Using Flexural Bending Test. TRB Annual Meeting 2012
[7] Amir Ben Ameur, Jan Valentin and Nicola Baldo. A review on the use of plastic waste as a modifier of asphalt mixures for Road Constructions. Civil Enginers.
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[13] Presti, D. L. (2013). Recycled tyre rubber modified bitumens for road asphalt mixtures: A literature review. Construction and Building Materials, 49, 863-881.
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[16] Prowell, B.; Brown, E. R.; Anderson, R. M.; Daniel, J.; Swamy, A.; Von Quintus, H.; Shen, S.; Carpenter, S.; Bhattacharjje, S.; Maghsoodloo, S. Validating the Fatigue Endurance Limit for Hot Mix Asphalt. Transportation Research Board, Washington, D.C., 2010.
COMO
UNA ALTERNATIVA
PARA
LA OBTENCIÓN DE RECURSOS ECONÓMICOS
Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes, Ciudad de México, México
Abril Rojas, grissel.rojas@sict.gob.mx
Juan Mares, jmaresr@sict.gob.mx
APORTACIONES
1 RESUMEN
En este documento se desarrolla una nueva variable de señal informativa, que regula la implementación de marcas comerciales y logotipos para informar a los usuarios sobre los establecimientos comerciales aledaños o cercanos a la carretera. Se incluyen aspectos como forma, tamaño, color y características del diseño de este tipo de señales, así como su ubicación.
Adicionalmente, se propone la creación de un mecanismo de recaudación a través de la implementación de este tipo de señalización, como una alternativa para obtener recursos económicos que puedan ser utilizados en la aplicación de medidas destinadas a mejorar la seguridad vial en carreteras.
2 INTRODUCCIÓN
México ha alcanzado un hito importante en materia de movilidad y seguridad vial, al reconocer el derecho a la movilidad en el nivel más alto de su sistema legal: la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos. Asimismo, con la creación de la Ley General de Movilidad y Seguridad Vial y su Estrategia Nacional de Movilidad y Seguridad Vial, ha establecido como prioridad proveer a nuestro país de infraestructura vial segura.
Una de las medidas propuestas a nivel mundial consiste en revisar y actualizar la legislación y las normas de diseño, considerando la función de las vías y las necesidades de todos los usuarios. Para
financiar estas actividades y ejecutar las acciones que derivan, es responsabilidad de los gobiernos buscar e implementar mecanismos de recaudación de recursos económicos, así como buscar alianzas con otros sectores para que la fuerza colectiva nos permita llevar a la práctica medidas en favor de la movilidad y seguridad vial.
Entendamos que cada elemento que integra el sistema de movilidad contribuye de manera directa o indirecta a mejorar sus condiciones y el servicio que provee. Por ello, la señalización vial se presenta en este artículo con un doble beneficio: mantener el sistema de señalización debidamente regulado y uniforme en todo el territorio nacional, así como generar un recurso que se asigne directamente a mejorar las condiciones de seguridad vial en carreteras.
3 OBJETIVO
Implementar una nueva variable de señal informativa para regular las marcas comerciales y logotipos instalados de forma irregular a lo largo de las carreteras de México, de la cual se obtenga un recurso económico por la exposición de marcas comerciales a lo largo de las carreteras.
4 DESARROLLO
4.1 Señalización vial en carreteras
El sistema de movilidad incluye elementos y recursos relacionados, de manera directa o indirecta, con el tránsito y la movilidad, permitiendo el desplazamiento de pasajeros y de carga en las carreteras. Entre esos elementos se incluyen señales que guían oportunamente a los usuarios a lo largo de sus itinerarios, indicando los nombres y ubicaciones de las poblaciones, los servicios o lugares de interés turístico o recreativo y las distancias en kilómetros.
Por su parte, el sistema de señalización integrado por dispositivos, marcas y señales, debe cumplir con ciertos requisitos generales. Esto implica que cualquier elemento que integre este sistema debe: justificar su necesidad, proporcionar seguridad, permanecer visible y notorio, ser legible y fácil de entender, e informar de manera efectiva y segura, para que los usuarios puedan tomar una decisión oportuna.
De la misma manera, cualquier elemento que integre el sistema debe cumplir con los requisitos técnicos de forma, color, dimensión y reflexión, con el propósito de facilitar que los usuarios comprendan las indicaciones. El sistema, además, debe ser uniforme en todo el territorio nacional.
La señalización vial es una medida para mitigar el riesgo de muerte y traumatismos ocasionados por los siniestros de tránsito. Por lo que es necesario reconocer a cada uno de los elementos de la señalización, como un aliado para mejorar la seguridad vial en las carreteras de nuestro país.
4.1.1 Legislación y normatividad
En 2020, México dispuso en la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos el derecho de toda persona a una movilidad en condiciones de seguridad vial, accesibilidad, eficiencia, sostenibilidad, calidad, inclusión e igualdad.
Posteriormente, en 2022, se publicó la Ley General de Movilidad y Seguridad Vial, que reconoce la necesidad de proteger a las personas y define los sectores implicados en el cumplimiento del derecho a la movilidad. Esta ley se materializó gracias a la sociedad civil; su solidez y perseverancia colocaron la movilidad segura en la agenda pública.
De esta ley, en 2023, emana la Estrategia Nacional de Movilidad y Seguridad Vial, con una visión a largo plazo considerando el periodo 2023-2042.
En 2023, la Secretaría de Infraestructura, Comunicaciones y Transportes (sict) y la Secretaría de Desarrollo Agrario, Territorial y Urbano (sedatu), publicaron la Norma Oficial Mexicana NOM-034SCT2/SEDATU-2022 denominada Señalización y dispositivos viales para calles y carreteras, así como un documento técnico complementario a esta nom titulado Manual de Señalización y Dispositivos para el Control del Tránsito en Calles y Carreteras.
Este esfuerzo conjunto de ambas Secretarías de Estado es una muestra del enfoque nacional que tiene en la actualidad la movilidad y seguridad vial en México.
4.2 Señales de Información Específica (sie)
La Norma Oficial Mexicana Señalización y dispositivos viales para calles y carretera establece las especificaciones y características de las señales turísticas y de servicios ( sts ), cuyo objeto es informar a los usuarios la existencia de un servicio o de un lugar de interés turístico, recreativo, deportivo, histórico, artístico o de emergencia.
Según su propósito, estas pueden ser Señales Turísticas (sit) y Señales de Servicios (sis). Pueden presentarse como señales bajas, que indican un solo mensaje relacionado con turismo o servicio, o bien, en conjuntos modulares, fijados en postes y marcos.
Los conjuntos modulares se diseñan e implementan cuando se integra un conjunto de señales turísticas o de servicios, para indicar en forma simultánea distintos servicios y sitios turísticos o recreativos ubicados en la misma zona. Cada conjunto puede tener hasta cuatro señales como máximo, dos en el sentido vertical y dos en el sentido horizontal.
A este conjunto modular se le pueden añadir lateralmente hasta dos flechas complementarias, de forma que no se tengan más de dos tableros cuadrados en el sentido vertical ni más de tres en horizontal.
De esta manera, los conjuntos modulares brindan una opción para la incorporación de una nueva variable de señal informativa, que regula la implementación de marcas comerciales y logotipos con el fin de informar a los usuarios de los establecimientos comerciales aledaños o cercano a la carretera.
4.2.1 Definición
Las Señales de Información Específica (sie) son tableros con logotipos de marcas comerciales y leyendas, que informan a los usuarios de los establecimientos comerciales aledaños o cercanos a la carretera, en un radio no mayor a 3 km, y que se presentan como señales bajas, fijadas en postes y marcos. Los logotipos de marcas comerciales que pueden incluirse en las Señales de Información Específica (sie) deben estar relacionados con los servicios que se prestan al usuario de la carretera y son los siguientes, en orden de importancia: servicio médico/farmacias, hospedaje/alojamiento, alimentos/comida y taller mecánico/servicios vehiculares.
4.2.2 Forma de los tableros
Los tableros de las Señales de Información Específica (sie) son de forma cuadrada o rectangular. Según su tamaño, en carreteras deben tener ceja perimetral doblada de 2.50 cm. Su posición preferente será con la mayor dimensión en sentido horizontal; sin embargo, si existen limitaciones de espacio, podrán colocarse con su mayor dimensión en sentido vertical.
4.2.3 Tamaño de los tableros
La altura y longitud de los tableros de las Señales de Información Específica (sie) se determinan conforme a lo establecido en la Tabla 1, considerando el tipo de vialidad donde se instalarán las señales, así como los elementos que integrarán cada señal (logotipos, textos, flechas y líneas separadoras).
Elementos:
• Logotipo: distintivo de una marca comercial relacionada con los servicios que se prestan al usuario. Los logotipos se reproducirán en su forma original; sin embargo, no se aceptará la inclusión de logotipos que se asemejen a las señales viales contenidas en el Manual de Señalización y Dispositivos para el Control del Tránsito en Calles y Carreteras.
• Texto: proporcionan información detallada de los servicios que se prestan al usuario e indican la distancia a los establecimientos comerciales.
• Flechas: indican la dirección que debe seguir el usuario para llegar al establecimiento comercial; se colocan en la parte inferior del tablero.
• Líneas separadoras: delimitan el área designada para cada elemento que integrará la señal (logotipos, textos y flechas) y permiten que el usuario capte con mayor facilidad y rapidez la información que se le proporciona.
Tabla 1. Dimensiones de los tableros de las señales de información específica.
Tipo de vía
Número de logotipos
4.2.4 Color de los tableros
Las Señales de Información Específica (sie) tendrán fondo azul, con filete, flechas y leyendas en color blanco.
En la Tabla 2 se indican las coordenadas cromáticas que defines estos colores.
En relación con los colores de los logotipos, estos se representarán en los colores originales de la marca comercial.
Tabla 2. Coordenadas que definen las áreas cromáticas, en condición diurna, para los colores utilizados en Señales de Información Específica.
Factor de luminancia para películas reflejantes (Y) %
Tipo A
Coordenadas cromáticas
Color
Carreteras de dos carriles y vías secundarias
Tipo B
Carreteras de cuatro o más carriles y vías primarias
Punto No.x yMínimoMáximoMínimoMáximo
4.2.5 Guía de distribución de los elementos que integran las Señales de Información Específica (sie)
Para elaborar los arreglos en los tableros de las Señales de Información Específica (sie) y definir la distribución de sus elementos, se debe considerar lo siguiente:
• Tipos de servicio que se prestan al usuario: pueden ser servicio médico/farmacia, alojamiento/hospedaje, comida/ alimentación, y taller mecánico/servicios vehiculares. Cada tablero puede contener hasta 6 logotipos o marcas comerciales diferentes.
• Cuando en un tablero de Señal de Información Específica se incluya un solo tipo de servicio, el número máximo de logotipos o marcas comerciales será igual a seis por tablero.
• Ningún tipo de servicio, presentado como indica el párrafo anterior, deberá figurar en más de dos señales.
• En un tablero de Señal de Información Específica se puede integrar un máximo de tres tipos de servicios, entonces se limitará a dos logotipos por cada tipo de servicio mostrados en vertical (para un total máximo de seis tableros).
• Si se muestran dos tipos de servicios en una sola señal, se podrán colocar dos logotipos para cada tipo de servicio, o cuatro para un tipo de servicio y dos para el otro, para un total máximo de seis tableros.
• En un tablero de Señal de Información Específica se puede integrar un solo logotipo o marca comercial, acompañado de una flecha complementaria.
de servicios en un solo
Figura 1. Señal de Información Específica (sie) con tres tipos
tablero.
COMIDA
Logotipo
La forma del logotipo será rectangular, enmarcado por un filete y clasificado de acuerdo con el tipo de servicio al que pertenezca, así como al nivel de importancia establecido en el apartado anterior. Su posición será con la mayor dimensión en sentido horizontal para cualquiera de las posiciones señaladas del tablero, es decir, horizontal y vertical.
En el caso de carreteras y vialidades urbanas, el tamaño máximo de cada logotipo será de 86 x 52 cm, con la mayor dimensión en posición horizontal, como se muestra en la Figura 3
En el caso de autopistas, el tamaño máximo de cada logotipo será de 152 x 92 cm, con su mayor dimensión en posición horizontal, como se muestra en la Figura 4
Texto indicador del servicio
El texto indicador del servicio se colocará como encabezado del producto o servicio que la señal proporciona.
Los tableros de las Señales de Información Específica podrán componerse de uno hasta un máximo de tres tipos de servicio. Su ubicación dentro del tablero de la señal dependerá del número de tipos de servicio que se indiquen en un mismo tablero y de su nivel de importancia. El texto se presentará en un solo renglón.
Separador de grupos homogéneos
Este límite será representado mediante una franja sólida, con un ancho igual al filete de la señal y proporcional al tamaño del tablero.
Figura 2. Señal de Información Específica (sie) con un tipo de servicio en un solo tablero.
Texto adicional
El texto adicional aportará al usuario información del kilometraje o una flecha que indique la dirección hacia los productos y servicios señalados, como se muestra en la Figura 1 y la Figura 2. El texto adicional se colocará en la parte inferior del tablero de la Señal de Información Específica.
HOTELCOMIDAAUTOS
HOTELCOMIDAAUTOS
4.2.6 Ubicación de las Señales de Información Específica (sie)
Longitudinal
Se colocarán en forma secuencial, para permitir que el usuario prepare con la debida anticipación su maniobra en la intersección, la ejecute en el lugar debido y confirme la correcta selección del servicio o producto al que desea dirigirse.
Figura 3. Tamaño máximo del logotipo para carreteras.
Figura 4. Tamaño máximo del logotipo para autopistas.
El número de Señales de Información Específica en la aproximación a una intersección, sin considerar el número de tipos de servicios que aparecen, será de un máximo de cuatro señales. En el sentido de la circulación, las Señales Información Específica se ubicarán conforme al nivel de importancia indicado en el apartado 3.2.1.
Lateral
Las señales se colocan a un lado del arroyo vial, montadas en uno o dos postes, según el tamaño de la señal.
En carreteras, las Señales de Información Específica deberán colocarse de tal manera que la orilla interna del tablero de las señales quede a una distancia no menor de 0.50 m ni mayor de 1.50 m con respecto a la proyección vertical del hombro de la carretera.
Altura
La parte inferior del tablero de las señales debe estar a 2.00 m sobre el hombro de la carretera o el nivel de la banqueta.
4.2.7 Contenido
Los criterios que deben considerar los tableros que integran estas señales son os siguientes:
A. Para su aprobación, un negocio debe tener los siguientes requisitos para una Señal de Información Específica tipo EMERGENCIAS:
1. Operación continua las 24 horas del día, 7 días a la semana, y tendrá un farmacéutico con licencia actual y de guardia en todo momento.
2. Instalaciones sanitarias y de agua potable.
3. Instalaciones para personas con discapacidad.
B. Para su aprobación, un negocio debe tener los siguientes requisitos para una Señal de Información Específica tipo HOSPEDAJE:
1. Licencia o autorización, cuando sea necesario.
2. Alojamiento adecuado.
3. Modernas instalaciones sanitarias y de agua potable.
4. Instalaciones para personas con discapacidad.
C. Para su aprobación, un negocio debe cumplir con los siguientes requisitos para una Señal de Información Específica tipo ALIMENTOS / COMIDA:
1. Licencia o autorización, cuando sea necesario.
2. Operación continua para servir dos comidas al día, por lo menos 6 días por semana.
3. Modernas instalaciones sanitarias.
4. Instalaciones para personas con discapacidad.
5. Teléfono público.
D. Para su aprobación, un negocio debe tener los siguientes requisitos para una Señal de Información Específica tipo SERVICIO AUTOMOTRIZ:
1. Servicio del vehículo, incluyendo gasolina y/o combustibles alternativos, aceite y agua.
2. Operación continúa por lo menos 16 horas por día, 7 días por semana para autopistas, y operación continúa por lo menos 12 horas por día, 7 días por semana para carreteras convencionales.
3. Modernas instalaciones sanitarias y de agua potable.
4. Instalaciones para personas con discapacidad.
5. Teléfono público.
4.3 Mecanismos de recaudación
Existen oportunidades para llevar a cabo medidas que puedan mejorar la movilidad y seguridad vial en las carreteras de México. Año con año, en nuestro país se tiene un presupuesto asignado a diversas actividades en torno a las carreteras, que van desde su planeación, diseño, construcción, conservación y operación; sin embargo, no se dispone de un presupuesto suficiente para atender las necesidades actuales en la materia.
Por lo que es necesario mirar hacia otras fuentes de financiación, como son las instituciones multilaterales de crédito, el patrocinio del sector privado, la recaudación de fondos, los organismos internacionales de financiación, las contribuciones de fundaciones e individuos, e incluso crear nuevos mecanismos de recaudación que permitan recircular los recursos para un mismo fin.
En este sentido, la implementación de las Señales de Información Especifica (sie) brinda la posibilidad de recaudar fondos, ya que se trata de obtener recursos económicos por la exposición de marcas comerciales o logotipos a lo largo de las carreteras, dirigiendo a los usuarios hacia dichos servicios que provea cada marca comercial y que están aledaños a la vía, esto mediante señales reguladas y alineadas a la normatividad actual.
4.3.1 Propuesta de aportaciones para la seguridad vial
La voluntad política es la base para dar atención a la urgencia de atender las muertes y lesiones ocasionadas por los siniestros de tránsito. Por lo que es necesario que México, además de sumarse a los objetivos de los planes y estrategias mundiales, desarrolle nuevos mecanismos de recaudación para atender las prioridades de la sociedad.
Para una propuesta de recaudación es necesario:
1. Crear una relación contractual entre instancias del sector público y del sector privado (marca comercial), donde se establezcan el objetivo de la implementación de Señales de Información Específica, la ruta de interés, los proyectos ejecutivos a realizar, la temporalidad, entre otros.
2. Comunicar de la relación contractual citada en el punto 1 y describir de manera pormenorizada las competencias del administrador/operador de la carretera.
3. Comunicar de manera pormenorizada las obligaciones de la marca comercial durante el periodo de la relación contractual.
5 CONCLUSIONES
Existen obstáculos para ejercer el derecho a la movilidad como lo dictan la ley y los instrumentos internacionales, como son la asignación de recursos y el ejercicio adecuado de los reglamentos de tránsito; sin embargo, concientizar a las personas (gobierno, sociedad civil, empresas, etc.) puede contribuir para lograr combatir estos obstáculos.
Es necesario expandir las buenas prácticas en materia de infraestructura vial segura a nivel estatal y municipal para aplicar de manera eficaz y homogénea las políticas de seguridad vial. Asimismo, es importante un monitoreo y seguimiento continuo de los esfuerzos que se realizan para mejorar las condiciones de la infraestructura vial.
6 REFERENCIAS
[1] NORMA Oficial Mexicana (2023). NOM-034-SCT2/SEDATU-2022, Señalización y dispositivos viales para calles y carreteras. Disponible en: https://www.dof.gob.mx/nota_detalle. php?codigo=5702233&fecha=19/09/2023#gsc.tab=0
[2] Manual de señalización y dispositivos para el control del tránsito en calles y carreteras (2023). Disponible en: https://www.diputados.gob.mx/LeyesBiblio/norma/manual/ man361_19jul24.pdf
DE CONCRETOS
ASFÁLTICOS CON RCD MEDIANTE LA PRUEBA IDEAL-CT
Instituto de Ingeniería de la UNAM, Cd. México, México. Maribel Hernández, MHernandezGon@iingen.unam.mx
Alexandra Ossa, AOssaL@iingen.unam.mx
APORTACIONES
1 RESUMEN
La gestión ineficiente de los residuos de construcción y demolición (rcd) representa un reto ambiental creciente en zonas urbanas densamente pobladas. Una estrategia sustentable para mitigar este problema consiste en su valorización mediante el aprovechamiento como materia prima en la elaboración de concretos asfálticos. Esta práctica no solo contribuye a reducir la acumulación de residuos, sino que también disminuye la extracción de agregados naturales. No obstante, para su implementación efectiva es fundamental entender cómo las características físicas y químicas de los rcd influyen en el comportamiento mecánico y la durabilidad de las mezclas asfálticas.
Los agregados reciclados tienden a presentar mayor porosidad, mayor absorción de agua y menor densidad en comparación con los agregados vírgenes, principalmente debido a la presencia de mortero adherido. Estas propiedades pueden afectar negativamente la integridad estructural del concreto asfáltico, especialmente en condiciones ambientales con alta humedad. Por ello, es crucial definir límites de sustitución adecuados que garanticen un desempeño satisfactorio del pavimento.
En este estudio se analizó la susceptibilidad al agrietamiento de mezclas asfálticas modificadas mediante la incorporación de rcd como sustituto parcial del agregado virgen en proporciones del 10 y 30%, distribuidos en todos los tamaños de la curva granulométrica.
Las probetas fueron sometidas a envejecimiento acelerado por inmersión en agua a temperatura ambiente durante periodos de 3 y 6 meses. Posteriormente, se llevaron a cabo ensayos de tracción indirecta (idt), y a partir de los datos obtenidos se calcularon los parámetros del método IDEAL-CT.
Los resultados indicaron que las mezclas con mayor proporción de rcd exhibieron una carga pico superior a la de las mezclas convencionales, lo cual sugiere una rigidez inicial favorable. Sin embargo, tanto el índice ct como el parámetro ��������75���������75 disminuyeron con el aumento en el contenido de rcd, evidenciando una mayor susceptibilidad al agrietamiento. Esta tendencia fue consistente a lo largo del proceso de envejecimiento, siendo más acentuada en las mezclas con 30% de rcd después de seis meses de inmersión, lo que refleja una pérdida progresiva de tenacidad bajo exposición prolongada a la humedad.
2 INTRODUCCIÓN
La creciente generación de residuos representa un reto ambiental prioritario, pero también una oportunidad para fomentar prácticas constructivas más sostenibles. Estas prácticas son fundamentales para transitar hacia un modelo de economía circular en la industria de la construcción, cuyo objetivo es optimizar el uso de los recursos, mediante la valorización de residuos como insumos para la producción de materiales con alto valor agregado. Este enfoque contribuye a preservar la utilidad de los recursos, disminuir significativamente la cantidad de desechos enviados a disposición final y reducir las emisiones de CO₂ asociadas a los procesos constructivos [28]
Durante las actividades de construcción, renovación y demolición de edificaciones, carreteras, puentes e infraestructura en general, se registra un elevado consumo de recursos naturales no renovables, así como una significativa generación de residuos. Estos materiales, conocidos como residuos de construcción y demolición (rcd), están compuestos principalmente por bloques de concreto simple y armado, mortero, ladrillos, restos de fresado de concreto asfáltico, cerámica, yeso y madera [24].
En la actualidad, la gestión de los rcd constituye uno de los principales desafíos ambientales en las zonas urbanas densamente pobladas, siendo el volumen de almacenamiento requerido uno de los problemas más críticos. Esta situación ha impulsado la necesidad de explorar alternativas de reutilización y reciclaje que permitan reducir su acumulación, recuperar sus propiedades funcionales y mitigar los impactos negativos asociados a su disposición final.
Datos de agencias ambientales en la Unión Europea y los Estados Unidos —regiones con políticas activas de valorización en residuos— indican que los rcd se reincorporan principalmente como material de relleno y subbases en obras viales. Sin embargo, estos usos, aunque beneficiosos, limitan el aprovechamiento del potencial estructural que aún conservan estos materiales. Para avanzar hacia una valorización más eficiente y sostenible, es necesario promover su uso como agregados reciclados en la fabricación de concretos hidráulicos y asfálticos, donde puedan aportar ventajas técnicas y ambientales [28]
En ese contexto, en México la situación es particularmente preocupante. En la actualidad, solo la Ciudad de México cuenta con una normativa específica para la gestión integral de
los rcd, así como con infraestructura básica para su tratamiento y aprovechamiento. En contraste, en el resto del país persiste una carencia normativa, operativa y tecnológica, lo que convierte la problemática en un desafío nacional. A ello se suman factores como la escasa conciencia social sobre la relevancia de una gestión adecuada de estos residuos y la limitada implementación de estrategias orientadas a su reducción, reutilización y reciclaje.
2.1 Incorporación de materiales reciclados en mezclas asfálticas
La reutilización y el reciclaje de los residuos de construcción y demolición (rcd) constituyen pilares fundamentales para una gestión sostenible de los materiales derivados de actividades constructivas, ya que permiten reducir la demanda de espacio para disposición final, disminuir las emisiones de CO₂, ahorrar energía y preservar recursos naturales no renovables, como los agregados pétreos vírgenes [23].
Entre los rcd, aquellos derivados del concreto hidráulico poseen un alto potencial para ser utilizados como agregados reciclados en la producción de concretos asfálticos. No obstante, su aplicación en proyectos de infraestructura vial sigue siendo limitada, incluso en países que reportan altas tasas de recuperación. Esta restricción se debe principalmente a la necesidad de asegurar que los concretos asfálticos fabricados con rcd presenten un desempeño mecánico y funcional comparable al de aquellos elaborados con materiales tradicionales, en términos de resistencia estructural, estabilidad volumétrica, durabilidad y comportamiento frente al deterioro por tránsito y condiciones ambientales [2]
La incorporación de rcd en pavimentos asfálticos representa una estrategia viable y ambientalmente responsable, que contribuye a reducir la extracción de agregados naturales, mitigar impactos sobre ecosistemas y minimizar la generación de residuos sólidos. Además, permite preservar minerales y disminuir la necesidad de infraestructura para confinamiento de escombros [2]
Para fomentar su uso efectivo, es indispensable desarrollar investigaciones orientadas a:
• Evaluar la compatibilidad física–química entre los agregados reciclados y ligantes asfálticos.
• Determinar el desempeño mecánico de las mezclas tanto a corto como a largo plazo.
• Analizar las implicaciones ambientales del uso de materiales reciclados en capas estructurales de pavimento.
• Establecer criterios de diseño, control de calidad y durabilidad de los concretos asfálticos modificados con rcd
Este tipo de estudios permitirá generar una base técnica sólida que sustente el desarrollo de normativas y especificaciones nacionales, promueva la confianza del sector del reciclaje de rcd y garantice la calidad, seguridad y funcionalidad de los pavimentos construidos con materiales reciclados.
2.2 Uso de los agregados procedentes de rcd en la elaboración de concreto asfáltico
Dado que los agregados pétreos representan el componente de mayor volumen en la fabricación de concreto hidráulico, su reciclaje mediante trituración genera agregados compuestos por dos fases claramente diferenciables: el agregado natural original y una capa residual de mortero adherido. Esta segunda fase, producto de la hidratación del cemento original, modifica significativamente las propiedades físicas y mecánicas del agregado reciclado respecto a las de un agregado virgen, lo que genera, entre otros efectos, un aumento notable en la absorción de agua y una reducción en la densidad aparente [29].
Estas alteraciones deben considerarse cuidadosamente en el diseño de mezclas, particularmente en concretos asfálticos, donde las características del agregado impactan directamente en la estabilidad volumétrica, la adhesión con el ligante y la durabilidad del material.
2.2.1 Características de los agregados procedentes de residuos de construcción y demolición
A nivel macroscópico, los agregados reciclados derivados de rcd presentan características morfológicas distintivas que los diferencian claramente de los agregados naturales. Entre estas destacan: una mayor rugosidad superficial, una coloración cementosa y la presencia de porosidades visibles. Dichas características son el resultado directo de mortero residual adherido a los granos de agregado original, como se muestra en la Figura 1 (Giri et al., 2018).
Debido a esta morfología, propiedades físicas fundamentales como la porosidad, la densidad aparente y la absorción de agua muestran variaciones significativas en comparación con los agregados vírgenes (Fang et al., 2021; Zhan et al., 2018; Zhan, B.J. et al., 2020). Dichas
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mortero poco adherido eliminado con ácido
grietas y poros sin rellenar
poros rellenos con lechada
agregado virgen
antigua zona de transición interfacial mortero adherido
Figura 1. Representación esquemática de un agregado reciclado proveniente rcd, que muestra la fracción de mortero adherido [29]
variaciones influyen directamente en el comportamiento del concreto asfáltico, lo cual afecta su diseño volumétrico y su desempeño mecánico.
Por lo tanto, es indispensable ajustar los criterios de diseño cuando se utilizan agregados reciclados a fin de garantizar un comportamiento adecuado tanto en aplicaciones estructurales como en capas no estructurales de pavimentación. El estudio detallado de estas propiedades permite optimizar los procesos de selección, procesamiento, clasificación y reutilización de los rcd, contribuyendo a su incorporación efectiva en prácticas constructivas sostenibles. Desde el punto de vista químico, el mortero adherido está constituido principalmente por productos de hidratación del cemento, tales como el silicato de calcio hidratado (C–S–H), el hidróxido de calcio (C–H) y las fases etringitas, bajo el supuesto de que el ligante original fue cemento Portland ordinario (cpo) [29]
La presencia de estos compuestos cementantes activos abre una oportunidad técnica interesante, ya que puede favorecer el desarrollo de nuevas propiedades ligantes al reaccional con la humedad ambiental o con aditivos incorporados en el nuevo sistema de mezcla. Este potencial permite vislumbrar aplicaciones más avanzadas y sostenibles de los agregados reciclados, siempre que se implementen procesos de caracterización adecuados y un tratamiento específico del material que maximice sus propiedades funcionales y asegure la calidad de concreto asfáltico resultante.
2.2.2 Diseño y desempeño de concretos asfálticos con agregados reciclados de residuos de construcción y demolición
Diversos estudios han abordado la influencia del uso de agregados reciclados provenientes de residuos de construcción y demolición (rcd) sobre el diseño volumétrico y el desempeño mecánico de concretos asfálticos, con el objetivo de establecer criterios técnicos para su integración segura en la infraestructura vial.
Paranavithana y Mohajerani (2006) evaluaron los efectos de reemplazar la fracción gruesa del agregado virgen por material reciclado de rcd, manteniendo la fracción fina con agregados naturales. En su estudio, se prepararon mezclas con diferentes contenidos de cemento asfáltico. Los resultados indicaron que, conforme aumentó la proporción de rcd, se produjo una disminución en la densidad en los vacíos del agregado mineral (vma) y en los vacíos llenos de asfalto (vfa), mientras que los vacíos de aire (Va) se incrementaron significativamente [25]
Resultados similares fueron reportados por Mills-Beale y You (2010), quienes observaron que un mayor contenido de rcd en la mezcla induce una reducción en el vma y un aumento en el contenido de Va, debido a la absorción del cemento asfáltico por parte de los poros presentes en el mortero adherido al agregado reciclado. Esta absorción disminuye el contenido efectivo de ligante, lo que se traduce en un comportamiento volumétrico menos favorable para mezclas con altos porcentajes de sustitución.
En el trabajo desarrollado por Pasadín y Pérez (2013), se evidenció que tanto el contenido óptimo de cemento asfáltico como la absorción aumentan al incrementarse del contenido agregado reciclado (rca, por sus siglas en inglés). No obstante, el contenido efectivo de cemento asfáltico disminuyó ligeramente, como consecuencia directa de la capacidad de
absorción del mortero residual. Los autores destacan que ignorar este comportamiento puede conducir a una sobreestimación de parámetros clave como el vfa y vma, o cuál afectaría negativamente la calidad y durabilidad de la mezcla. Por lo tanto, recomiendan establecer límites técnicos de sustitución que consideren las propiedades de absorción y porosidad del rcd
En términos generales, la literatura coincide en que los agregados reciclados presentan una alta capacidad de absorción como resultado del mortero adherido, lo que aumenta la demanda de cemento asfáltico en comparación con concretos asfálticos elaborados exclusivamente con agregados vírgenes [2]. Esta condición debe ser cuidadosamente considerada en el proceso de diseño volumétrico para evitar mezclas con desempeño deficiente.
A pesar de estas diferencias en las propiedades volumétricas, diversos estudios han demostrado que los concretos asfálticos fabricados con rcd pueden cumplir con las especificaciones técnicas requeridas para mezclas convencionales. Incluso se han reportado mejoras en ciertas propiedades mecánicas, como la resistencia a la deformación permanente o la capacidad de absorción de energía [23, 26 , 27]. La mayoría de las investigaciones concluyen que es posible alcanzar niveles adecuados de calidad volumétrica y mecánica, especialmente en aplicaciones destinadas a vías con bajo volumen de tránsito o en estructuras no críticas [20]
2.3 Ensayo de Resistencia a la tensión indirecta (its)
El ensayo de resistencia a la tensión indirecta (Indirect Tensile Strength, its) es una metodología estandarizada para evaluar la resistencia de los concretos asfálticos a la acción de la humedad, específicamente su susceptibilidad al daño por pérdida de adherencia entre el cemento asfáltico y los agregados. Este procedimiento permite simular las condiciones de exposición a ciclos de congelación y descongelamiento, así como la presencia de agua en los vacíos del concreto asfáltico, siendo fundamental para predecir la durabilidad del pavimento en zonas húmedas o con clima extremo. Este método se encuentra normado bajo la especificación
AASHTO T283: Standard Method of Test for Resistance of Compacted Asphalt Mixtures to Moisture-Induced Damage. Para su ejecución, se preparan y compactan al menos seis especímenes cilíndricos con un contenido de vacíos de aire comprendido entre 6.5 y 7.5%. La mitad de los especímenes se somete a un proceso de acondicionamiento que incluye saturación por vacío,
congelación y posterior inmersión en agua caliente. En la etapa de saturación, se aplica un vacío a los especímenes para alcanzar un grado de saturación parcial entre el 55% y el 80%. Posteriormente, se almacenan durante 16 horas en un congelador a -18 °C y luego se sumergen en un baño de agua a 60 °C durante 24 ± 1 hora. Al concluir el acondicionamiento, tanto los especímenes húmedos como los secos se mantienen a una temperatura constante de 25 °C durante un periodo mínimo de 1 hora y má ximo de 2 horas, previo a su ensayo [4]
El ensayo consiste en aplicar una carga de compresión diametral a los especímenes a una velocidad constante de 50 mm/min, generando un estado de tensión indirecta en el plano vertical del cilindro. La carga máxima registrada se utiliza para calcular la resistencia a la tensión indirecta, conforme a la Ecuación 1 [4]
Donde:
St = resistencia a la tensión indirecta en kPa.
P = carga máxima en N.
t = espesor del espécimen en mm.
D = diámetro del espécimen en mm.
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La Figura 2 muestra el esquema del procedimiento de carga utilizado durante el ensayo. (1)
relación de la resistencia a la tensión indirecta (TSR)
2. Ensayo de resistencia a la tensión indirecta (AASHTO, T283).
2.4 Susceptibilidad al agrietamiento
2.4.1 Agrietamiento por fatiga Los pavimentos asfálticos están continuamente expuestos a cargas cíclicas de tránsito, así como a condiciones ambientales variables, lo que con el tiempo puede comprometer su integridad estructural. Este deterioro se manifiesta a través de diversos mecanismos de
Figura
daño que afectan tanto la funcionalidad como la seguridad vial. Entre estos, el agrietamiento por fatiga es una de las formas más comunes de falla en pavimentos flexibles. La capacidad de una mezcla asfáltica para resistir cargas repetidas sin presentar fracturas estructurales bajo diferentes condiciones climáticas se conoce como resistencia a la fatiga [3]
El agrietamiento por fatiga, también denominado agrietamiento tipo “piel de cocodrilo”, es ampliamente reconocido en la literatura técnica como un problema crítico en el comportamiento mecánico de los pavimentos asfálticos. Este tipo de daño se genera por la aplicación continua de cargas vehiculares que inducen esfuerzos repetitivos, principalmente en la parte inferior de la capa asfáltica. Estas tensiones, acumuladas a lo largo del tiempo, generan fisuras que inician en la base del concreto asfáltico y progresan hacia la superficie, dando lugar a un patrón reticulado característico [3]
La propagación de estas grietas está influenciada por múltiples factores, entre los que destacan la intensidad y frecuencia de las cargas de tránsito, los intervalos de reposo entre aplicación de carga, los gradientes térmicos en la estructura del pavimento, las propiedades mecánicas de la mezcla asfáltica y las condiciones climáticas del entorno. Este problema se intensifica en regiones con ciclos frecuentes de congelación y deshielo, o donde el tránsito pesado es constante [3]
Más allá de su impacto estructural, el agrietamiento por fatiga representa un riesgo importante para la seguridad vial. Las fisuras superficiales evolucionan con el tiempo hacia deformaciones que alteran la regularidad superficial, reducen la adherencia entre el neumático y el pavimento y aumentan la distancia de frenado. En fases avanzadas, estas fisuras pueden convertirse en baches, elevando considerablemente el riesgo de accidentes y daños a los vehículos. La presencia de estas patologías compromete la seguridad de los usuarios, incrementa los costos de mantenimiento y disminuye la vida útil del pavimento [3]
2.4.2
Ensayo IDEAL-CT
El agrietamiento por fatiga en pavimentos asfálticos ha cobrado una importancia creciente en años recientes, especialmente debido al uso de materiales reciclados como pavimento asfáltico recuperado (rap), la incorporación de rejuvenecedores, y el empleo de cementos asfálticos modificados con diversos aditivos diseñados para mejorar el desempeño mecánico de las mezclas [30]. Diversos estudios han demostrado que este tipo de agrietamiento está estrechamente asociado al envejecimiento del cemento asfáltico, lo que ha generado preocupaciones respecto a la durabilidad de mezclas que incluyen componentes reciclados [21]
Ante esta problemática, surgió la necesidad de desarrollar un método de ensayo que permitiera evaluar de forma sencilla, repetible y confiable la resistencia al agrietamiento, tanto en la etapa de diseño como en el control de calidad durante la construcción [30]. En este contexto, el National Cooperative Highway Research Program (nchrp), a través del programa Innovations
Deserving Exploratory Analysis (idea), desarrolló el ensayo denominado ideal Cracking Test (IDEAL-CT). Este método se encuentra estandarizado bajo la norma ASTM D8225-19, titulada Standard Test Method for Determination of Cracking Tolerance Index of Asphalt Mixture Using the Indirect Tensile Cracking Test at Intermediate Temperature.
El ensayo IDEAL-CT permite evaluar la resistencia al agrietamiento de concretos asfálticos mediante el cálculo del índice denominado Cracking Tolerance Index (CT-index), el cual está basado en principios de mecánica de fractura. Su formulación se apoya en la ley de París para propagación de grietas (Paris y Erdogan, 1963), así como en los trabajos de Bažant y Prat (1988). Valores más elevados del CT-index indican una mayor tolerancia al agrietamiento [30], y su variabilidad es sensible a múltiples factores, tales como el tipo y contenido de rap, las propiedades del cemento asfáltico, y las condiciones de envejecimiento de la mezcla [30]
El procedimiento experimental es similar al ensayo de resistencia a la tensión indirecta, y se realiza a una temperatura controlada de 25 °C, aplicando una velocidad de carga de 50 mm/min sobre especímenes cilíndricos compactados con diámetros de 150 ± 2 mm y espesores de 62 ± 1 mm o 95 ± 1 mm, con un contenido de vacíos de aire del 7 ± 0.5% [30]. La Figura 3 muestra una curva típica de carga-desplazamiento obtenida mediante este ensayo, la cual puede dividirse en dos segmentos en torno al punto de carga máxima: una primera fase antes del pico, asociada al comportamiento elástico y a la microfisuración; y una segunda fase posterior al pico, relacionada con la propagación de grietas.
Gf t D = energía de fractura = espesor de la probeta = diámetro de la probeta
trabajo: G t D 10⁶ f desplazamiento nal @0.1 kN
desplazamiento (mm)
Figura 3. Parámetros obtenidos de la curva carga-desplazamiento para el cálculo del CT-index [19]
Diversas investigaciones han identificado que la pendiente de la curva posterior al 75% de la carga máxima, denominada ��������75, es un parámetro crítico para caracterizar la pérdida de capacidad de carga en mezclas envejecidas. Por lo tanto, este valor se emplea como referencia en el cálculo del índice. La Ecuación 2, define el CT-index, integrando parámetros geométricos de la curva cargadesplazamiento y las dimensiones del espécimen [30].
Donde:
l75 = es el desplazamiento al 75% de la carga máxima después del pico (mm).
m75 = es la pendiente en esa misma región (N/mm).
Gf = es la energía de fractura (J/m²).
t = es el espesor del espécimen (mm).
D = es el diámetro del espécimen (mm).
La energía de fractura Gf se calcula mediante la Ecuación 3, como el trabajo total bajo la curva carga-desplazamiento (área bajo la curva), dividido entre el volumen proyectado del espécimen:
Donde:
Wf = representa el trabajo de fractura en Joules, obtenido mediante integración numérica sobre la curva experimental.
El CT-index es un parámetro integral que refleja la capacidad del concreto asfáltico para resistir la propagación de grietas bajo condiciones de carga controlada. Su valor está influenciado por dos componentes principales: la energía de fractura Gf que representa la energía requerida para inducir la fractura, y la relación ��������75���������75 , que se asocia con la ductilidad del material. A medida que el concreto envejece y se vuelve más rígido, la pendiente m75 se incrementa, el desplazamiento I75 disminuye, y como resultado, el valor del CT-index se reduce.
Aunque diferentes mezclas pueden presentar valores similares de CT-index, su comportamiento estructural puede variar significativamente si se analizan por separado los componentes que lo integran. Por ello, se recomienda considerar tanto Gf como I75 en conjunto, especialmente en metodologías de evaluación de desempeño balanceado (bmd), donde la resistencia al agrietamiento debe interpretarse a partir de una caracterización mecánica integral [22]
2.5 Objetivo
Evaluar la susceptibilidad al agrietamiento de concretos asfálticos elaborados con la incorporación agregados reciclados provenientes
de residuos de construcción y demolición (rcd) en proporciones del 10 y 30%, distribuidos en todas las fracciones de la curva granulométrica. Para ello, se aplicó un protocolo de envejecimiento acelerado por inmersión en agua a temperatura ambiente, durante periodos de 3 y 6 meses, con el fin de analizar el comportamiento mecánico de los especímenes bajo condiciones críticas de humedad, enfocándose en su resistencia a la propagación de grietas.
3 METODOLOGÍA
En esta investigación se elaboraron tres mezclas asfálticas con diferentes proporciones de sustitución del agregado pétreo virgen por agregados reciclados provenientes de rcd, aplicados en cada fracción de la curva granulométrica (gruesa, intermedia y fina). Para ello, ambos tipos de agregados fueron muestreados, cribados, lavados y caracterizados mediante ensayos físicos, con el propósito de determinar sus propiedades fundamentales.
Posteriormente, se llevó a cabo el diseño volumétrico de las mezclas conforme a la metodología Superpave, definiendo el contenido óptimo de cemento asfáltico para cada formulación con base en los parámetros de densidad, vacíos de aire, vacíos en el agregado mineral (vma) y vacíos llenos de asfalto (vfa). Con base en estos diseños, se fabricaron especímenes cilíndricos de acuerdo con las especificaciones técnicas requeridas para la ejecución del ensayo de resistencia a la tensión indirecta (Indirect Tensile Strength, its).
Los especímenes fueron sometidos a un proceso de envejecimiento acelerado, consistente en su inmersión en agua a una temperatura controlada de 25 °C durante dos periodos distintos: tres y seis meses. Finalizado dicho proceso de acondicionamiento, las muestras fueron evaluadas conforme a los lineamientos de la norma AASHTO T 283, con el propósito de determinar la resistencia residual de las mezclas y su susceptibilidad al daño inducido por humedad. Esta metodología permite estimar la pérdida de cohesión interna y la degradación de la adherencia entre el cemento asfáltico y los agregados, aspectos críticos para la durabilidad de pavimentos expuestos a ambientes húmedos o condiciones de saturación prolongada. Adicionalmente, los especímenes fueron evaluados conforme al protocolo del ensayo
IDEAL-CT (Illinois Flexibility Index Test for Cracking Tolerance), con el objetivo de determinar el Índice de Tolerancia al Agrietamiento (Cracking Tolerance Index, CT-index) y analizar el desempeño mecánico de las mezclas frente a mecanismos de daño por fatiga y agrietamiento térmico. Este índice se ha consolidado como una herramienta confiable para diferenciar mezclas asfálticas con mayor tenacidad y resistencia a la propagación de grietas bajo condiciones de carga repetida.
Los resultados obtenidos evidencian la influencia del contenido de residuos de construcción y demolición (rcd) en el comportamiento mecánico de las mezclas, particularmente en la resistencia a la tensión indirecta y en la capacidad de disipación de energía ante solicitaciones cíclicas. Se observó que mezclas con hasta un 30% de sustitución de agregado natural por rcd mantienen parámetros estructurales aceptables, lo cual sugiere su viabilidad para aplicaciones en capas de rodadura o base intermedia en pavimentos urbanos con tránsito ligero a medio, siempre que se ejerza un control riguroso sobre las propiedades físicas del rcd y su distribución granulométrica.
3.1 Materiales
En la presente investigación se elaboraron concretos asfálticos utilizando dos tipos de agregados: uno de origen pétreo natural y otro reciclado, proveniente de residuos de construcción y demolición (rcd), conformado principalmente por fragmentos de concreto hidráulico triturado. Asimismo, se empleó un cemento asfáltico convencional de grado de desempeño PG 64-22, comúnmente utilizado en zonas con clima templado en México.
Conforme a la metodología de diseño superpave (SUperior PERforming Asphalt PAVEments), los materiales empleados deben cumplir con criterios técnicos de calidad específicos para asegurar un desempeño mecánico adecuado y una durabilidad suficiente ante las condiciones de servicio.
Por tal motivo, se llevaron a cabo ensayos de caracterización físico-mecánica a fin de determinar las propiedades fundamentales de los materiales utilizados. Tanto los agregados vírgenes como los reciclados (rcd), así como el cemento asfáltico, fueron evaluados conforme las especificaciones y procedimientos establecidos por el sistema superpave y las normas correspondientes ASTM/AASHTO.
A continuación, se presentan resultados obtenidos de los ensayos realizados a los agregados vírgenes (Tabla 1) y reciclados (Tabla 2), así como del cemento asfáltico (Tabla 3). Estas propiedades fueron consideradas para el diseño volumétrico y para el análisis del comportamiento mecánico de las mezclas.
Tabla 1. Propiedades físicas del agregado pétreo virgen.
Tabla 2. Propiedades físicas del agregado reciclado (RCD).
El alto contenido de absorción en los agregados reciclados se considera una característica típica, derivada de la porosidad inherente del concreto hidráulico triturado. Esta propiedad debe considerarse cuidadosamente durante el diseño del contenido óptimo de cemento asfáltico.
Tabla 3. Caracterización de cemento asfáltico PG 64-22.
Propiedad
Penetración a 25 °C, 100 g, 5 s (0.1 mm)
Punto de inflamación Cleveland (°C)
Punto de reblandecimiento (°C)
Viscosidad Saybolt-Furol a 135 °C (s)
Viscosidad rotacional Brookfield a 135 °C (Pa·s)
Grado de desempeño (PG)
3.2 Diseño de mezcla asfáltica
Método de ensayo
ASTM D5
ASTM D92
ASTM D36
ASTM D4402
AASHTO T316
AASHTO M320 PG 64-22
Se elaboraron tres mezclas asfálticas con estructura densa, diferenciadas por el tipo y la proporción de agregado utilizado:
a. Mezcla de referencia: compuesta en su totalidad por agregado pétreo virgen.
b. Mezclas RCD-10: con una sustitución del 10% del agregado virgen por agregado reciclado proveniente de residuos de construcción y demolición (rcd).
c. Mezcla RCD-30: con una sustitución del 30% del agregado virgen por rcd
Para las tres formulaciones se definió una curva granulométrica tipo densa, diseñada conforme a los criterios establecidos por el sistema Superpave, empleando un tamaño máximo nominal de 12.5 mm, comúnmente utilizado en capas de rodadura para vialidades urbanas.
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La distribución granulométrica de las mezclas se diseñó con el objetivo de cumplir los requisitos de control de vacíos, estabilidad volumétrica y trabajabilidad durante el proceso de compactación. La Figura 4 presenta las curvas granulométricas de diseño adoptadas para las mezclas evaluadas.
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abertura del tamiz ^ 0.45 [mm] puntos de control mínimos puntos de control máximos zona restringida curva granulometrica
Figura 4. Curvas granulométricas de diseño para las mezclas evaluadas.
3.2.1 Elaboración de especímenes
La elaboración de las mezclas asfálticas y la compactación de los especímenes se realizó conforme al procedimiento establecido en la norma AASHTO T 312 Standard Method of Test for Preparing and Determining the Density of Hot Mix Asphalt(HMA) Specimens by Means of the Superpave Gyratory Compactor, empleando un compactador giratorio como lo establece superpave (Figura 5).
Este método permite simular de manera representativa el proceso de compactación en campo bajo condiciones de carga y confinamiento controladas.
Se fabricaron un total de 54 especímenes cilíndricos, cada una con un diámetro de 150 mm y una altura de 95 mm. Para cada una de las tres mezclas diseñadas (mezcla control, RCD-10% y RCD-30%), se prepararon 18 especímenes, distribuidos en tres grupos de seis unidades, correspondientes a cada condición de envejecimiento evaluada.
Las condiciones de diseño volumétrico adoptadas para la fabricación de las mezclas se detallan en la Tabla 4. Los parámetros de vacíos de aire (Va), vacíos en la mezcla mineral (vam), vacíos llenos de asfalto (vfa) y contenido óptimo de cemento asfáltico se determinaron conforme a los criterios de aceptación establecidos por el sistema Superpave.
Va (vacíos de aire)
%7.07.07.0
VAM (vacíos en la mezcla mineral)%14.014.014.0
VFA (vacíos llenos de asfalto)
%65-7865-7865–78
Contenido óptimo de cemento asfáltico%6.06.07.0
Nota: El incremento en el contenido óptimo de cemento asfáltico en la mezcla con 30% de RCD se explica por el mayor índice de absorción de los agregados reciclados, lo cual requiere una mayor cantidad de ligante para alcanzar el contenido efectivo necesario y asegurar la cohesión de la mezcla.
Figura 5. Compactación de especímenes.
Tabla 4. Parámetros volumétricos de diseño de mezclas asfálticas.
3.3 Etapa experimental
3.3.1 Envejecimiento de especímenes
Con el propósito de analizar el efecto de la exposición prolongada a la humedad sobre el comportamiento mecánico de mezclas asfálticas con contenido de residuos de construcción y demolición (rcd), se implementó un protocolo de envejecimiento acelerado por inmersión. Este procedimiento permite simular condiciones ambientales adversas que podrían comprometer la durabilidad de la mezcla en campo.
Se definieron tres grupos experimentales en función del tiempo de exposición al agua (Figura 6):
a. Grupo 1: especímenes sin envejecimiento (condición de referencia).
b. Grupo 2: especímenes envejecidos durante 3 meses por inmersión.
c. Grupo 3: especímenes envejecidos durante 6 meses por inmersión.
6. Grupos de envejecimiento.
El envejecimiento se llevó a cabo mediante la inmersión total de los especímenes en un contenedor con agua potable, mantenida a una temperatura constante de 25 °C ± 1 °C, durante los periodos definidos. Esta temperatura se seleccionó con base en estudios previos que la reconocen como representativa para simular condiciones de almacenamiento húmedo prolongado en zonas urbanas templadas.
Para evitar deformaciones o relajación de esfuerzos durante el proceso de inmersión, cada espécimen fue confinado lateralmente mediante un aro de pvc rígido, lo que permitió conservar su integridad geométrica y restringir movimientos diferenciales por expansión (Figura 7).
Figura
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Grupo l: especímenes no envejecidos
Grupo 2: especímenes sometidos al envejecimiento por 3 meses.
Grupo 3: especímenes sometidos al envejecimiento por 6 meses.
Figura 7. Proceso de envejecimiento acelerado por inmersión de especímenes.
3.3.2 Ensaye de resistencia a la tensión indirecta
Con el objetivo de determinar los parámetros mecánicos asociados a la resistencia a la fisuración, los especímenes fueron evaluados mediante el ensayo de tensión indirecta (idt), conforme a los principios del método IDEAL-CT (Illinois Flexibility Index Test for Cracking Tolerance). A partir de los datos obtenidos, se calculó tanto la resistencia a la tensión indirecta como el índice de tolerancia al agrietamiento (CT-index), los cuales permiten caracterizar la tenacidad y la susceptibilidad a la fractura de las mezclas asfálticas bajo diversas condiciones de envejecimiento y contenido de rcd
Aunque el ensayo IDEAL-CT sigue un protocolo específico (ASTM D8225), se adoptó el procedimiento de acondicionamiento previo de los especímenes basado en la norma AASHTO T283 para evaluar también la susceptibilidad a la humedad, mediante la comparación entre especímenes en condición seca y húmeda. La conformación de los grupos de ensayo se muestra en la Figura 8
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Subgrupo 1A: especímenes en condición húmeda
Subgrupo1NA: especímenes en condición seca
Subgrupo 2A: especímenes en condición húmeda
Subgrupo 2NA: especímenes en condición seca
Subgrupo 3A: especímenes en condición húmeda
Subgrupo 3NA: especímenes en condición seca
Figura 8. Configuración de los grupos de ensayo según condición y envejecimiento.
Para ello, los especímenes se dividieron en dos subgrupos por cada condición de envejecimiento (no envejecidos, 3 meses y 6 meses), de acuerdo con el siguiente protocolo:
Proceso de acondicionamiento húmedo:
Subgrupo 1A (no envejecidos):
Se aplicó un proceso de saturación por vacío, generando una presión de entre 13 y 17 kPa hasta alcanzar un grado de saturación entre 70 y 80%. Posteriormente, los especímenes fueron sometidos a un ciclo de congelamiento durante al menos 16 horas a −18 °C ± 3 °C, seguido de un baño térmico en agua a 60 °C durante 24 ± 1 horas.
Subgrupos 2A y 3A (especímenes envejecidos 3 y 6 meses):
Después del proceso de envejecimiento por inmersión, los especímenes fueron colocados en un horno a 25 °C hasta alcanzar un grado de saturación equivalente (70-80%), y posteriormente, se sometieron al mismo ciclo de congelamiento y baño térmico descrito para el Subgrupo 1A.
Grupo 3: Especímenes sometidos al envejecimiento por 6 meses
Grupo l: especímenes no envejecidos
Grupo 2: especímenes sometidos al envejecimiento por 3 meses
Esta adaptación del acondicionamiento busca replicar el deterioro inducido por ciclos de humedad y temperatura, similar al que ocurre en mezclas sometidas a procesos de intemperismo prolongado en campo.
Proceso previo al ensayo:
Todos los especímenes, tanto en condición seca como acondicionada (húmeda), fueron colocados en un horno a 25 °C durante 2 horas para estabilizar la temperatura interna antes del ensayo. Posteriormente, se realizó el ensayo de resistencia a la tensión indirecta (idt), mediante la aplicación de una carga de compresión diametral a una velocidad constante de 50 mm/min, como se muestra en la Figura 9
Durante el ensayo se registraron en tiempo real los datos de carga y desplazamiento, los cuales fueron utilizados para calcular:
•La resistencia a la tracción indirecta, en función de la carga máxima.
• El CT-index, a partir de la forma de la curva carga-desplazamiento, según el protocolo IDEAL-CT.
Estos parámetros son fundamentales para identificar la influencia del contenido de rcd y del envejecimiento por humedad sobre la capacidad de las mezclas asfálticas para resistir agrietamiento por fatiga y fractura térmica.
4 RESULTADOS
A continuación, se presentan los resultados experimentales obtenidos a partir de los ensayos mecánicos realizados en especímenes con sustitución parcial del agregado pétreo virgen por residuos de construcción y demolición (rcd) en proporciones de 10 y 30%, así como en los especímenes de control compuestos exclusivamente por agregado virgen (0% rcd).
Los ensayos de resistencia a la tensión indirecta (idt) generaron curvas carga-desplazamiento para cada combinación de diseño y condición de envejecimiento, lo que permitió
Figura 9. Ensayo de resistencia a la tensión indirecta.
caracterizar el comportamiento mecánico de los concretos asfálticos en términos de resistencia, ductilidad y susceptibilidad al agrietamiento.
Asimismo, se aplicó el procedimiento IDEAL-CT, utilizando las curvas obtenidas en el idt conforme a la norma ASTM D8225-19, para determinar los parámetros de agrietamiento, en particular el índice de tolerancia al agrietamiento (CT-index). Este índice se considera una herramienta eficaz para diferenciar concretos con mayor resistencia frente a fenómenos de fatiga y fractura térmica, especialmente bajo condiciones de humedad prolongada.
4.1 Curvas carga-desplazamiento
La Figura 10 presenta las curvas carga-desplazamiento de los especímenes no envejecidos, fabricados con 0, 10 y 30% de rcd. Se observó que los concretos con mayor contenido de rcd, particularmente con 30%, alcanzaron los valores más altos de carga máxima tanto en condición seca como húmeda. Este comportamiento sugiere una mayor rigidez inicial, atribuida a la textura angular y a la capacidad de entrelazamiento del agregado reciclado.
Sin embargo, la condición de humedad mostró un impacto significativo: los especímenes ensayados en estado húmedo registraron una menor capacidad de carga, pero presentaron una mayor deformación antes del punto de ruptura, lo cual indica un comportamiento más dúctil. Por el contrario, los especímenes secos soportaron cargas más elevadas, pero exhibieron una respuesta más frágil, lo que los hace potencialmente más propensos al agrietamiento por fatiga.
En la Figura 11 muestra los resultados obtenidos tras 3 meses de envejecimiento por inmersión en agua. Aunque los concretos con contenido de rcd continuaron mostrando una mayor carga máxima en comparación con el concreto de control, se observó una disminución
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[mm]
10. Curvas carga-desplazamiento de concretos asfálticos no envejecidos con a) 0% rcd, b) 10% rcd y c) 30% rcd
Figura
generalizada en la capacidad de carga respecto a los especímenes no envejecidos. Este descenso se atribuye a la degradación progresiva de la matriz asfáltica y a la pérdida de adherencia entre el cemento asfáltico y los agregados, debido a la absorción prolongada de humedad.
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Iosevka Fixed 5 pt condición seca condición húmeda a)
02468101214
desplazamiento [mm]
[mm] 02468101214 02468101214
[mm]
Figura 11. Curvas carga-desplazamiento de concretos asfálticos envejecidos 3 meses: a) 0% rcd, b) 10% rcd y c) 30% rcd
En la Figura 12 se presentan las curvas correspondientes a los concretos envejecidos durante 6 meses. Aunque el concreto con 30% de rcd mantuvo la mayor carga máxima dentro del grupo, las tres formulaciones evidenciaron un comportamiento más frágil, con menor deformación previa a la falla.
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condición seca condición húmeda a)
condición seca condición húmeda b) condición seca condición húmeda c)
[mm]
[mm]
Figura 12. Curvas carga-desplazamiento de concretos asfálticos envejecidos 6 meses: a) 0% rcd, b) 10% rcd y c) 30% rcd
Este patrón indica que, si bien el uso de rcd puede mejorar la resistencia inicial, la exposición prolongada a humedad reduce significativamente la capacidad de deformación de los concretos asfálticos, incrementando su susceptibilidad al agrietamiento prematuro. La pérdida de ductilidad observada sugiere una posible microfisuración interna acumulada durante el proceso de envejecimiento hídrico.
4.2 Susceptibilidad al agrietamiento, IDEAL C-T
A partir de las curvas carga-desplazamiento obtenidas en los ensayos de resistencia a la tensión indirecta, se calcularon los parámetros necesarios para determinar el Índice de Tolerancia al Agrietamiento (CT-index) conforme a la metodología IDEAL-CT (ASTM D8225).
Los resultados se agruparon y promediaron según el contenido de rcd, el tipo de acondicionamiento (seco o húmedo) y el tiempo de envejecimiento (0, 3 y 6 meses).
Este análisis permite identificar las propiedades mecánicas clave que influyen en la susceptibilidad al agrietamiento de los concretos asfálticos, lo cual es fundamental para evaluar su durabilidad frente a esfuerzos de tensión repetidos y condiciones ambientales adversas. Los resultados evidencian el efecto conjunto de la incorporación de rcd y el envejecimiento por humedad sobre la capacidad de los concretos asfálticos para resistir la formación y propagación de grietas.
La Figura 13 muestra los valores promedio del CT-index y de la energía de fractura (Gf) para todos los casos analizados. Por su parte, la Figura 14 presenta los valores del parámetro ��������75���������75, utilizado para caracterizar el comportamiento dúctil-frágil de los concretos asfálticos y evaluar la tolerancia al agrietamiento.
Los datos obtenidos revelan que, independientemente del porcentaje de rcd (0, 10 y 30%) y del tiempo de envejecimiento, los valores de energía de fractura (Gf ), pendiente post-pico (|��������75 | ) y la carga máxima ( ��������100%) fueron mayores en los especímenes ensayados en condición seca en comparación con los evaluados en condición húmeda. Este comportamiento se atribuye a que el acondicionamiento por humedad reduce la capacidad de concretos asfálticos para absorber energía y mantener su cohesión interna.
Figura 13. Valores promedio del CT-index y de la energía de fractura (Gf).
No obstante, a pesar de presentar valores más bajos de Gf , los especímenes acondicionados (húmedos) registraron mayores valores de CT-index, lo cual sugiere un comportamiento más dúctil y una mayor capacidad para disipar deformación antes del colapso. En cambio, los especímenes en condición seca, aunque alcanzaron mayores cargas, mostraron una respuesta más frágil, evidenciada por una caída abrupta de carga tras el punto de ruptura.
Las curvas carga-desplazamiento refuerzan esta observación: los especímenes ensayados en condición húmeda exhibieron una deformación post-pico más prolongada, lo que indica mayor ductilidad. Por el contrario, los especímenes secos presentaron menor deformación después del pico de carga, con una transición más abrupta hacia la falla.
En cuanto al efecto del contenido de rcd, se observó que los concretos con 30% de agregado reciclado alcanzaron las cargas máximas más altas en los ensayos de tensión indirecta, en los tres niveles de envejecimiento analizados. Además, estos concretos presentaron mayores valores de energía de fractura (Gf ), tanto en condición seca como húmeda, lo que sugiere un refuerzo mecánico atribuido a la estructura interna del rcd
Sin embargo, al aumentar el porcentaje de rcd, se identificó una tendencia a la disminución del parámetro ��������75���������75, especialmente en los especímenes evaluados en condición seca (Figura 14). Tras la exposición prolongada a la humedad, se observó además una reducción significativa tanto del CT-index como de ��������75���������75 en las mezclas con rcd, llegando incluso a valores similares a los obtenidos en estado seco. Este comportamiento refleja una pérdida
14. Valores del parámetro utilizado para caracterizar el comportamiento dúctil-frágil de los concretos asfálticos y evaluar su tolerancia al agrietamiento.
Figura
de tolerancia al agrietamiento bajo condiciones higrotérmicas prolongadas, lo cual debe ser considerado en aplicaciones estructurales en climas húmedos o con drenaje deficiente.
5 CONCLUSIONES
En esta investigación se elaboraron concretos asfálticos de granulometría densa, en los que se sustituyó parcialmente el agregado pétreo virgen por diferentes proporciones de residuos de construcción y demolición (rcd) —0, 10 y 30%— con el objetivo de evaluar su susceptibilidad al agrietamiento bajo condiciones de humedad prolongada. Los especímenes fueron sometidos a un proceso de envejecimiento acelerado mediante inmersión en agua a 25 °C durante 3 y 6 meses, y posteriormente evaluados mediante el ensayo de resistencia a la tensión indirecta (idt), a fin de analizar el efecto combinado del contenido de rcd y del envejecimiento sobre su comportamiento mecánico.
A continuación, se resumen las principales conclusiones del estudio:
Propiedades de absorción de los rcd:
Los agregados reciclados presentaron valores de absorción significativamente mayores que los agregados pétreos vírgenes. Esta propiedad impactó directamente en el diseño volumétrico, incrementando el contenido óptimo de cemento asfáltico en aproximadamente 1% en las mezclas con 30% de rcd
Desempeño en resistencia a la tensión indirecta:
Los concretos asfálticos que incorporaron rcd mostraron mejoras en la carga máxima y en la energía de fractura, especialmente aquellos con 30% de rcd. Esta tendencia se mantuvo constante independientemente del tiempo de envejecimiento, lo que sugiere que el uso de rcd refuerza la capacidad de carga del material sin comprometer su integridad mecánica inicial.
Efecto del envejecimiento hídrico:
El tiempo de inmersión contribuyó a un incremento moderado en la resistencia mecánica, atribuible a la posible reactivación de compuestos cementantes presentes en la fracción fina del rcd. Esta hidratación secundaria parece mejorar la cohesión interna del concreto asfáltico, generando mezclas con mejor desempeño mecánico que aquellas elaboradas exclusivamente con agregados vírgenes.
Influencia del acondicionamiento:
Las condiciones de ensayo mostraron efectos contrastantes. Los especímenes ensayados en condiciones húmedas presentaron mayores valores del parámetro ��������75���������75, lo cual indica un comportamiento más dúctil en comparación con los especímenes secos, que evidenciaron una respuesta más frágil. Esta diferencia se manifestó claramente en las curvas carga-desplazamiento.
Limitaciones del CT-index en mezclas envejecidas con rcd:
A pesar de sus ventajas mecánicas, las mezclas con 30% de rcd envejecidas durante 6 meses presentaron los valores más bajos de CT-index, lo que indica una mayor susceptibilidad al agrietamiento bajo condiciones prolongadas de humedad. Este resultado
sugiere que el uso de altos contenidos de rcd puede comprometer la tenacidad a largo plazo del concreto asfáltico.
En conjunto, estos hallazgos resaltan la importancia de evaluar cuidadosamente la proporción de rcd empleada y las condiciones ambientales del sitio de aplicación, con el fin de garantizar la durabilidad estructural del pavimento y mitigar el riesgo de fisuración prematura en escenarios de alta humedad o baja capacidad de drenaje.
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REÓMETRO DE CORTE DINÁMICO PARA
DETERMINAR LA CANTIDAD DE ADITIVO
REJUVENECEDOR QUE SE DEBE DE ADICIONAR
A UNA MEZCLA ASFÁLTICA CON RAP
Álvaro Gutiérrez Muñiz, agutierrez@kao.com
Quimi-Kao, El Salto, México.
1 RESUMEN
Desarrollar beneficios ambientales debe ser una obligación de los seres humanos para lograr que nuestra especie evolucione en el planeta. Estos beneficios están enfocados principalmente en la reducción del consumo de recursos naturales y de energía. El reciclaje de pavimentos asfálticos en las mezclas asfálticas posibilita disminuir el uso de recursos naturales, como los agregados pétreos, así como reducir de la cantidad de asfalto a utilizar. De ahí la importancia de tecnificar el uso de este pavimento asfáltico reciclado, conocido como rap (Recycled Asphalt Pavement)
Las propiedades físicas y químicas del rap, compuesto principalmente de agregado y asfalto oxidado, deben ser estudiadas para desarrollar técnicas que garanticen su uso en la construcción de nuevos pavimentos flexibles. En este trabajo de investigación se propone un nuevo método de prueba para determinar cuánto aditivo rejuvenecedor se debe adicionar al asfalto oxidado proveniente del rap, de modo que adquiera propiedades físicas similares a un asfalto nuevo, que podría ser el asfalto que tomemos como referencia y que sabemos que funciona correctamente, teniendo en cuenta el tránsito y la temperatura máxima y mínima del pavimento. Este nuevo método de prueba propuesto en este trabajo de investigación se basa en la medición de la energía que se requiere para fracturar un metro cúbico de asfalto. Esta energía de fractura es obtenida del área bajo la curva de la gráfica esfuerzo-deformación,
cuyos datos provienen de hacer un barrido de deformación a una muestra de asfalto oxidado utilizando el reómetro de corte dinámico. La prueba comienza aplicando un esfuerzo de corte (Shear Stress) necesario para deformar la muestra del ligante asfáltico 0.1% (Initial Strain 0.1%) y después de 10 ciclos alcanza una deformación del 0.2%, y así sucesivamente hasta completar el 100% de deformación, por lo que la prueba realiza 1,010 mediciones (1,010 puntos) con 10,100 ciclos totales. La rapidez con la que el equipo realiza los ciclos es de 20 Hz (20 ciclos por segundo).
En este estudio se analiza un asfalto proveniente de rap, el cual se encuentra muy oxidado. Este se mezcla con un asfalto PG 64-22 y se le adicionan diferentes tipos y cantidades de rejuvenecedores. Posteriormente, se observa cómo cada uno describe su propia curva reológica relacionada con la energía de fractura, lo que permite determinar la dosis y tipo de aditivo óptimo.
2 INTRODUCCIÓN
La mezcla asfáltica en caliente es un material compuesto por un asfalto y un agregado mineral. El asfalto actúa como un agente ligante que aglutina las partículas en una masa cohesiva en forma muy efectiva, por lo que resulta un material muy atractivo para fabricar pavimentos flexibles. El asfalto, como todo material, presenta limitaciones, siendo una de las principales la oxidación del mismo.
Debido a que el asfalto está constituido por moléculas orgánicas, estas reaccionan con el oxígeno del medioambiente. Esta reacción se llama oxidación y cambia la estructura y composición de las moléculas del asfalto, y el resultado es una estructura más rígida y frágil; es la razón del término endurecimiento por oxidación o por envejecimiento. Cabe hacer mención a que esta reacción de oxidación es irreversible. Una considerable parte del endurecimiento por oxidación del asfalto ocurre durante el proceso de mezclado en caliente y durante la etapa de colocación y compactación de la mezcla asfáltica; en estos procesos se emplea una alta temperatura y el asfalto se encuentra adherido al agregado en forma de una película muy delgada que está en contacto con grandes cantidades de oxígeno, por lo que la reacción de oxidación ocurre a una velocidad mayor comprándola con la velocidad de oxidación a la temperatura de servicio del pavimento. Otro tipo de endurecimiento del asfalto ocurre durante el mezclado y construcción de la mezcla asfáltica en caliente y durante la vida de servicio de la mezcla asfáltica; se denomina “volatilización”: a altas temperaturas los compuestos volátiles del asfalto se evaporan, ocasionado una estructura más rígida.
Para la evaluación en el laboratorio del envejecimiento del asfalto durante el proceso de mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas, además de la volatilización, se utiliza la prueba de la Película Delgada en Horno Rotatorio (rtfo, Rolling Thin Film Oven Test), AASHTO T240, ASTM D2872.
Existe otro tipo de endurecimiento del asfalto debido a la oxidación del mismo, que ocurre en la vida de servicio del pavimento flexible. Sucede a una velocidad relativamente baja y es mucho más rápido en un clima cálido que en un clima frío. Así, el endurecimiento por oxidación es estacional y es más marcado en el verano que en el invierno. Debido a este
tipo de endurecimiento, los pavimentos viejos son más susceptibles al agrietamiento que los nuevos, pero incluso los pavimentos asfálticos nuevos pueden ser propensos a este fenómeno si no se compactan adecuadamente; en este caso, la falta de compactación origina un alto contenido de vacíos en la mezcla, lo que permite a una mayor cantidad de aire ingresar en la mezcla asfáltica y agravar el endurecimiento por oxidación (problema muy grave y constante en México).
Para simular este envejecimiento con el transcurso del tiempo, Superpave creó una prueba de laboratorio utilizando una cámara de envejecimiento a presión pav (Pressurized Aging Vessel AASHTO R28-06). Este ensayo expone las muestras del asfalto a la acción de calor y presión con el objeto de recrear, en cuestión de horas, años de envejecimiento en servicio del pavimento. Es importante destacar que, por propósitos de especificación, las muestras de asfaltos envejecidas en el pav previamente son envejecidas en el rtfo. Consecuentemente, el residuo del ensayo pav ha sufrido todas las condiciones a las que son expuestos los asfaltos durante la producción, colocación y el servicio. Sin duda, un asfalto muy duro después de la prueba del pav será un asfalto muy rígido y frágil que ofrecerá baja resistencia a la fatiga, tal como una muestra de asfalto procedente del rap (Recycled Asphalt Pavement), que es muy rígido y frágil, por lo que su resistencia a la fisuración y fractura será muy baja.
Las pruebas de rtfo y pav oxidan el asfalto bajo una condición constante de laboratorio y solamente son un indicativo de lo que se puede oxidar el asfalto en condiciones reales, dado que cada mezcla asfáltica está sometida a diferentes condiciones de fabricación y ambientales, tales como temperatura, tiempo de exposición a los rayos uv, latitud y otras más. En este estudio se evalúa cómo aumenta la rigidez, fragilidad y otras propiedades reológicas del asfalto, con y sin aditivos, en función de la oxidación del mismo, pero solamente oxidándolo en las pruebas de rtfo y pav; no se consideran otras pruebas y formas de oxidación.
Existen otras formas de identificar la oxidación del asfalto, tales como la evaluación de sus propiedades químicas. Así, al asfalto original (recién salido de refinería) se le detecta la presencia del grupo químico sulfóxido, y después del envejecimiento en el rtfo se observa un aumento de concentración de este grupo; asimismo, se observa un nuevo incremento después del ensayo en el pav en la concentración de sulfóxidos, pero se cuantifica la aparición del
grupo carbonilo. Esta aparición y el incremento en la concentración de este grupo funcional son evidencia de la oxidación del asfalto y una muestra contundente de que las pruebas de rtfo y pav son capaces de oxidar el asfalto.
El asfalto, a temperaturas entre 4 y 90 °C, muestra la consistencia de un material viscoelástico. Una manera de medir su resistencia a ser deformado (rigidez) es por medio de la medición del Módulo Complejo de Corte Dinámico (G*), utilizando un barrido de temperatura a frecuencia constante de 10 rad/seg y una deformación de 12% para el asfalto original, de 10% para el asfalto después de rtfo y de 1% para el asfalto después de pav. En la gráfica de la Figura 1 se muestra el incremento del Módulo Dinámico de Corte Complejo después de las pruebas de rtfo y pav en el rango de temperaturas entre 4 ° y 90 °C; en esta gráfica podemos observar que a altas temperaturas ocurre una mayor diferencia entre módulos.
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módulo de corte complejo G* Pa temperatura °C
y=3E+07e ¹ R²=0.9949
y=5E+07e ¹³ R²=0.9988
Figura 1. Módulo de corte complejo del asfalto a diferentes temperaturas.
El módulo del asfalto (rigidez) aumenta conforme la temperatura disminuye y conforme el asfalto se oxida, así como también aumenta la fragilidad del mismo. Esto se demuestra por medio de la medición de la región viscoelástico lineal (lvr) propia del asfalto, a una determinada temperatura y en una condición específica de envejecimiento, utilizando el Reómetro de Corte Dinámico. Para ello, se somete una muestra de asfalto a una temperatura y una frecuencia constantes (10 rad/s) y se realiza un barrido de deformación hasta que su módulo elástico (componente elástica G’) comienza a fracturarse o romperse. La norma ASTM D 7175 considera como límite de la región viscoelástica lineal (lve) el punto donde el
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módulo elástico varía un 10%, tal cual como un resorte elástico que, conforme lo deformamos, aplicamos más fuerza hasta llegar a una elongación donde se rompe, siendo esta deformación el límite elástico del mismo.
En la gráfica de la Figura 2 podemos observar cómo la región viscoelástica lineal (lvr) se reduce conforme disminuye la temperatura en una proporción logarítmica lineal; además, podemos observar que, a temperaturas menores a 30 °C, el comportamiento del asfalto presenta una ruptura frágil.
línea de % deformación máxima (límite de la LVR)
G' del asfalto original a 50°C
G' del asfalto original a 40°C
G' del asfalto original a 30°C
G' del asfalto original a 20°C
G' del asfalto original a 10°C
G' del asfalto original a 4°C
de deformación
Figura 2. Disminución del rango viscoelástico lineal del asfalto AC-20 original conforme disminuye la temperatura.
G' del asfalto original a 50°C
G' del asfalto original a 40°C
G' del asfalto original a 30°C
G' del asfalto original a 20°C
G' del asfalto original a 10°C
G' del asfalto original a 4°C
En la gráfica de la Figura 2 podemos observar que la línea recta de color rojo nos indica cómo la deformación máxima del asfalto original (% de deformación del asfalto que define el límite del rango viscoelástico lineal del mismo) disminuye con la temperatura, y, a su vez, cómo aumenta el módulo elástico, indicándonos un comportamiento más rígido y frágil a bajas temperaturas.
En la gráfica de la Figura 3 podemos apreciar que el módulo elástico del asfalto G’ y la deformación máxima (límite de la región viscoelástica lineal) cambian más a altas temperaturas (entre 40 y 50 °C) que a bajas temperaturas (entre 4 y 20 °C), indicándonos que el asfalto, conforme se oxida, se hace más resistente a la deformación permanente. Sin embargo, en cuanto a la fisuración por fatiga, podemos decir que el asfalto prácticamente, por debajo de los 20 °C, no se hace menos resistente debido a la oxidación, pero entre 30 y 50 °C sí se observa una pérdida grande de la deformación máxima, y es por ello que la fisuración por fatiga ocurre a estas temperaturas después de que el asfalto es oxidado.
Con base en lo anteriormente mencionado, llegamos a la conclusión de que el asfalto en el rap es muy rígido y frágil a temperaturas de 30 °C hacia abajo. Además, el módulo elástico G’ es el que mayores cambios presenta respecto al asfalto original, mientras que el módulo viscoso G’’ se mantiene estable. Por lo tanto, la regeneración de este asfalto de rap consistirá en incrementar el módulo viscoso más que el elástico.
asfalto original (G') asfalto RTFO (G') asfalto PAV (G')
°C
Figura 3. Disminución de la deformación máxima (límite de la región viscoelástica lineal) y aumento del módulo elástico G’ del asfalto AC-20 original, después de rtfo y pav, conforme se disminuye la temperatura.
A lo anterior, se le conoce como rejuvenecer el asfalto por medio de un aditivo químico que cumpla la función, aclarando que el aditivo químico no regresará el asfalto oxidado a la misma estructura química original, pero sí a una estructura física muy similar, la cual debe de ser valorada mediante un método de prueba de laboratorio que proporcione un rango muy grande de esfuerzo-deformación. Esto puede lograrse haciendo un barrido de deformación de 0.1 a 100%, por lo que para cada deformación se aplicará un esfuerzo cortante diferente y obtendremos un espectro muy grande para saber cómo se comporta el asfalto oxidado a diferentes esfuerzos y deformaciones. A este barrido se le podría llamar “mapa reológico ”, y es precisamente el objetivo de este estudio: crear un nuevo método de prueba para conocer este mapa reológico del asfalto, tanto del asfalto original como del asfalto proveniente del rap , y determinar qué aditivo químico conocido como rejuvenecedor se necesita para regenerar este asfalto de rap y convertirlo en un material con propiedades reológicas similares a un asfalto sin oxidar.
3
NUEVO MÉTODO DE PRUEBA
PARA EVALUAR LA CANTIDAD
DE ADITIVO REJUVENECEDOR QUE SE DEBE DE ADICIONAR A UNA MEZCLA CON RAP
Este nuevo método de prueba determina un mapa reológico del asfalto mediante un barrido de deformación, generando una gráfica de esfuerzo vs. deformación en la que cada asfalto formará su propia y única curva, identificando su comportamiento reológico
único. De esta forma, cuando se quiera hacer una mezcla asfáltica con rap , se realizará la curva esfuerzo-deformación del asfalto original, del asfalto con rap y de la mezcla de asfalto original más el asfalto de rap en la proporción deseada, de acuerdo con la cantidad de material a reciclar, agregando el aditivo rejuvenecedor en diferentes proporciones. Así, el contenido óptimo de este aditivo será la proporción cuya curva esfuerzo-deformación sea semejante a la del asfalto original.
Este barrido de deformación se hará a la temperatura de 20 °C y con una alta frecuencia de 20 Hertz para similar las condiciones más drásticas para la formación de grietas, que es cuando el asfalto proveniente del rap es muy susceptible por su fragilidad debido a la oxidación. También se debe realizar otro barrido de deformación para obtener un mapa reológico, pero ahora a la temperatura de 60 °C y con una frecuencia de 2 Hertz, con el fin de simular las condiciones más drásticas para que el asfalto se deforme permanentemente. De esta manera, se obtendrán dos mapas: uno que simula la fatiga y otro la deformación permanente.
3.1 Descripción del método
La prueba requiere de un reómetro de corte dinámico (dsr) y se lleva a cabo colocando una capa delgada de ligante asfáltico entre dos platos metálicos de 8 mm de diámetro. El plato inferior permanece fijo, y el superior (para este se recomienda que su superficie sea rugosa para que no resbale con asfaltos muy oxidados) gira repetidamente en forma oscilatoria. Así, un solo ciclo de carga ocurre cuando el plato superior gira en dirección contraria de las manecillas del reloj desde la posición cero (A) hasta la posición (C). Después gira en sentido de las manecillas del reloj hasta la posición (D). Finalmente, gira en sentido contrario a las manecillas del reloj hasta la posición (A). Esto se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Movimiento del plato superior durante la prueba del método propuesto.
La prueba comienza aplicando un esfuerzo de corte (Shear Stress) necesario para deformar la muestra del ligante asfáltico 0.1% (Initial Strain 0.1%). Después de 10 ciclos, alcanza una deformación de 0.2% y así sucesivamente hasta completar el 100% de deformación, por lo que la prueba realiza 1,010 mediciones (1,010 puntos) con 10,100 ciclos totales. Esta defor-
mación que sufre el ligante puede entenderse más claramente observando la Figura 4, donde la deformación (Strain) será igual a la distancia [A-C] entre la distancia que existe entre los platos paralelos [B-A]. Si esa distancia es de 1,000 mm (recomendación), la deformación será igual al desplazamiento (este corresponde al desplazamiento angular multiplicado por el radio) entre la distancia entre paltos.
La rapidez con la que el equipo realiza los ciclos dependerá de la frecuencia de la prueba, y debe ser de 20 Hz y 20 °C para evaluar la resistencia a la fatiga, y de 2 Hz y 60 °C para evaluar la resistencia a la deformación permanente. A la frecuencia de 20 Hz con 10,100 ciclos totales, la prueba durará 505 segundos, y si se utiliza 2 Hz con 10,100 ciclos totales, entonces la prueba durará 5,050 segundos.
El científico David Roylance, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Instituto Tecnológico de Massachusetts, reporta que la energía de deformación por unidad de volumen de un material estresado es igual a: dx dx U* = = = U* = = =
Donde:
U* = Energía por unidad de volumen (Joules/m3)
σ = Esfuerzo cortante (Pa)
ϵ = Deformación unitaria
De la anterior ecuación del científico Roylance deducimos que de la gráfica esfuerzo-deformación obtenida con una frecuencia de 2 Hz y 60 °C, la energía de deformación o de fluidez o de escurrimiento del asfalto (Yield Energy en Joules/m3) será igual al área bajo la curva.
2.1.1 Barrido de deformación a 20 Hz y 20 °C
El mapa reológico que se obtiene al trazar la curva esfuerzodeformación utilizando la frecuencia de 20 Hz y la temperatura de 20 °C permite detectar el comportamiento del asfalto en cuanto al esfuerzo necesario para deformarlo. Así, para un asfalto oxidado, en comparación con uno no oxidado, se observa que es más rígido y frágil, ya que requiere de un mayor esfuerzo para una misma deformación. Esto se observa en la Figura 5, donde se grafica un asfalto tipo AC-20 en su condición original, después de rtfo y después de pav
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Además, en esta misma gráfica se identifica que la pendiente de la curva al inicio de la prueba es menor para un asfalto sin oxidar que un oxidado; esto se debe a que el rango viscoelástico lineal disminuye conforme se oxida el asfalto.
Figura 5. Curva esfuerzo-deformación a 20Hz y 20 °C del asfalto original y después de RTFO y PAV.
En la gráfica de la Figura 5 podemos observar que el esfuerzo máximo es mayor entre más oxidado este el asfalto, pero este ocurre a una deformación unitaria menor debido la reducción del rango viscoelástico lineal, también podemos observar que el ángulo de la pendiente de la curva esfuerzo-deformación en la zona posterior al esfuerzo máximo es menor en un asfalto cuanto más oxidado se encuentre. La cantidad de aditivo rejuvenecedor que se debe de adicionar será aquella que cambie la forma de la curva esfuerzo-deformación del asfalto después de pav hasta que se asemeje lo más posible a la forma de la curva del asfalto original.
2.1.2 Barrido de deformación a 2 Hz y 60 °C
El mapa reológico que se obtiene al realizar la curva esfuerzo-deformación con una frecuencia de 2 Hz y 60 °C nos sirve para determinar la energía de fluidez en Joules por metro cúbico, obtenida del área bajo la curva. Así, al hacer la gráfica esfuerzo-deformación del asfalto original, se calcula la energía necesaria para que fluya, la cual será muy baja en comparación con la energía que se requiere para que fluya este mismo asfalto después de la prueba de pav . Por lo tanto, un asfalto posterior a pav no es susceptible a la deformación permanente.
En la gráfica de la Figura 6 se puede apreciar esta gran diferencia de la forma de la curva y en la energía de fluidez entre un asfalto original y el mismo después de pav . De esta manera, la mezcla que contenga el asfalto original más el asfalto de rap y la dosis óptima de aditivo rejuvenecedor deberá tener una energía de fluidez mayor o igual a la del asfalto original, para que sea igual o más resistente a la deformación permanente.
Figura 6. Curva esfuerzo-deformación a 2 Hz y 60 °C del asfalto original y después de pav
4
RESULTADOS
En este estudio se utilizó un asfalto PG 64-22 procedente de Salamanca, el cual fue mezclado con 30, 40 y 50 % de un asfalto proveniente de un rap muy oxidado. Para cada una de estas mezclas se adicionaron diferentes cantidades de uno de los aditivos rejuvenecedores tipo amina grasa, muy empleado en la mayoría de los países en la fabricación de mezclas asfálticas con rap
4.1 Resultados utilizando el barrido de deformación a 20 Hz y 20 °C
En la Figura 7 se puede observar la curva esfuerzo-deformación a 20 Hz y 20 °C del asfalto original PG 64-22, del asfalto proveniente del rap y de las mezclas de asfalto original con 30, 40 y 50% de rap
La curva del asfalto proveniente del asfalto original PG 64-22 muestra que el esfuerzo máximo ocurre a la deformación más grande respecto a las demás curvas, requiriendo del menor esfuerzo. En contraste, la curva del asfalto proveniente del rap muestra que el esfuerzo máximo ocurre a la deformación más baja y requiere del mayor esfuerzo, manifestando que el asfalto de rap es altamente rígido y frágil.
La curva de la mezcla con 50% de asfalto de rap y 50% de asfalto original disminuye la rigidez y fragilidad del asfalto de rap, al igual que las mezclas con 40 y 30% de rap. Esta última fue la curva que más se aproximó a la curva del asfalto original, aunque no llega a tener el mismo comportamiento que el asfalto original. Por ello, es necesario adicionar una sustancia química denominada aditivo rejuvenecedor, que permita que cualquier
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mezcla de asfalto original con rap adopte la misma forma que la curva del asfalto original.
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de corte (Pa)
00.050.10.150.20.250.30.350.40.45
unitaria
Figura 7. Curva esfuerzo-deformación a 20 Hz y 20 °C del asfalto original PG64-22, del asfalto proveniente del rap y del asfalto original con 30, 40 y 50 % de rap.
4.1.1 Barrido de deformación a 20 Hz y 20 °C con la mezcla 30% rap con 70% original más aditivo
En la Figura 7 se puede observar que la curva esfuerzo-deformación de la mezcla 30% rap con 70% original no llega a tener la misma forma que la curva del asfalto original; es decir, el esfuerzo máximo ocurre a una deformación menor. Por ello, esta mezcla es más rígida y frágil que la original, siendo necesario adicionar un aditivo rejuvenecedor para que la mezcla adquiera la misma forma de la curva que la del asfalto original.
100% RAP
30%RAP+70% original
Iosevka Fixed 5 pt esfuerzo de corte (Pa) deformación unitaria
30%RAP+70% original+2.0% aditivo A
30%RAP+70% original+4.0% aditivo A asfalto original PG64-22
rango visco-elástico lineas "LVR” deformación al esfuerzo máximo
Figura 8. Curva esfuerzo-deformación a 20 Hz y 20 °C del asfalto original PG64-22, de la mezcla 30% de rap con 70% original y de esta más diferentes dosis de aditivo rejuvenecedor.
En la Figura 8 se muestran las diferentes curvas de esfuerzo-deformación de la mezcla 30% rap con 70% original, junto con diferentes dosis de un aditivo rejuvenecedor tipo amina grasa (este aditivo es uno de los rejuvenecedores más utilizados en diferentes países). Se puede apreciar que con la dosis de 4% de aditivo, la curva esfuerzo-deformación tiene una forma muy similar a la curva del asfalto original; es decir, el esfuerzo máximo ocurre a la misma deformación que el asfalto original. Además, la pendiente desde el origen es la misma, por lo que el rango viscoelástico lineal será igual. Por razón, la dosis del 4% de aditivo rejuvenecedor es ideal para la mezcla de 30% rap con 70% original.
4.1.2 Barrido de deformación a 20 Hz y 20 °C con la mezcla 40 % rap con 60 % original más aditivo
En la Figura 7 se puede ver que la curva esfuerzo-deformación de la mezcla 40% rap con 60% original no llega a tener la misma forma de la curva que la del asfalto original; es decir, el esfuerzo máximo ocurre a una deformación menor. Por este motivo, esta mezcla es más rígida y frágil que la original, siendo necesario adicionar un aditivo rejuvenecedor para que la mezcla adquiera la misma forma de la curva que la del asfalto original.
En la Figura 9 se muestran las diferentes curvas de esfuerzo-deformación de la mezcla 40% rap con 60% original, junto con diferentes dosis de un aditivo rejuvenecedor tipo amina grasa. Se puede ver que con una dosis de 6% de aditivo, la curva esfuerzo-deformación tiene una forma muy similar a la curva del asfalto original. Por ello, la dosis del 6% de aditivo rejuvenecedor es la ideal para la mezcla de 40% rap con 60% original.
100% RAP
40%RAP+60% original
40%RAP+60% original+3.0% aditivo A
40%RAP+60% original+6.0% aditivo A asfalto original PG64-22
rango visco-elástico lineas "LVR” deformación al esfuerzo máximo
Figura 9. Curva esfuerzo-deformación a 20 Hz y 20 °C del asfalto original PG64-22, de la mezcla 40 % de rap con 60 % original y de esta más diferentes dosis de aditivo rejuvenecedor.
4.1.3 Barrido de deformación a 20 Hz y 20 °C con la mezcla 50% rap con 50% original más aditivo
En la figura se puede notar que la curva esfuerzo-deformación de la mezcla 50% rap con 50% original no llega a tener la misma forma que la curva del asfalto original; es decir, el esfuerzo máximo
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ocurre a una deformación menor. Por esta razón, esta mezcla es más rígida y frágil que la original, siendo necesario adicionar un aditivo rejuvenecedor para que la mezcla adquiera la misma forma de la curva que la del asfalto original.
En la Figura 10 se muestran las diferentes curvas de esfuerzodeformación de la mezcla 50% rap con 50% original, junto con diferentes dosis de un aditivo rejuvenecedor tipo amina grasa. Se puede observar que con la dosis de 8% de aditivo, la curva esfuerzodeformación tiene una forma muy similar a la curva del asfalto original. Así, la dosis del 8% de aditivo rejuvenecedor es la ideal para la mezcla de 50% rap con 50% original.
A
A
rango visco-elástico lineas "LVR”
deformación al esfuerzo máximo
deformación unitaria
Figura 10. Curva esfuerzo-deformación a 20 Hz y 20 °C del asfalto original PG64-22, de la mezcla 50% de rap con 50% original y de esta más diferentes dosis de aditivo rejuvenecedor.
4.2 Resultados utilizando el barrido de deformación a 2 Hz y 60 °C
En la Figura 11 se puede identificar la curva esfuerzo-deformación a 2 Hz y 60 °C del asfalto original PG 64-22, del asfalto proveniente del rap y del asfalto original mezclado con 30, 40 y 50% de rap. A partir de estas curvas, calcular la Energía de Fluidez en Joules por metro cúbico de cada uno de los asfaltos, así como y de estas mezclas más el aditivo rejuvenecedor.
La Energía de Fluidez es la energía que requiere el asfalto para que fluya, y se calcula a 60 °C porque a esta temperatura es cuando fluye el asfalto y forma la deformación permanente. Entre más energía requiera un asfalto para fluir, más resistente a la deformación permanente será.
En la Tabla 1 se observa que, a 60 °C, el asfalto rap tiene una energía de fluidez de 17,302 Joules/m3, mientras que el asfalto original PG 64-22 tiene una energía de fluidez de tan solo 619 Joules/m3. Esto
Figura 11. Curva esfuerzo-deformación a 2 Hz y 60 °C del asfalto original PG64-22, del asfalto proveniente del rap y del asfalto original con 30, 40 y 50 % de rap
indica que el asfalto del rap no tendrá problemas de deformación permanente. Al adicionarle asfalto original, su energía de fluidez bajará, pero siempre será mayor que la del asfalto original. Es importante asegurarse de que la adición del aditivo rejuvenecedor no provoque que la energía de la fluidez sea más baja que la del asfalto original.
En la Tabla 1 se muestran todos los resultados de la energía de fluidez, y se puede observar que con la adición del 4% de aditivo a la mezcla de 30% rap con 70% original no se disminuye la energía de fluidez respecto al asfalto original. Lo mismo sucede para las mezclas de 40% rap y 50% rap, por lo que todas las formulaciones son más resistentes a la deformación permanente que el asfalto original PG64-22.
Tabla 1. Valores de Energía de Fluidez del asfalto original, del asfalto de rap y de las diferentes mezclas de estos más sus dosis óptimas de aditivo rejuvenecedor.
ENERGÍA DE FLUIDEZ (JOULES/M3) a 60 °C
Asfalto original PG 64-22
Asfalto procedente del rap
rap + 70%
+ 6% aditivo
rap + 50% original
50% rap + 50% original + 8% aditivo rejuvenecedor
Nota: La dosis de aditivo rejuvenecedor es respecto al total de la mezcla de asfaltos o del asfalto original.
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En la Tabla 1 se puede apreciar que la mezcla 40% asfalto rap con 60% de asfalto original, adicionada con 6% de aditivo rejuvenecedor tipo amina grasa, fue la que presentó menor Energía de Fluidez (1,413 Joules/m3). Sin embargo, esta energía fue mayor que la del asfalto original PG 64-22 (619 Joules/m3). Esto se puede ver en la gráfica de la Figura 12.
asfalto original PG 64-22 40%RAP+60% original+6% aditivo
1413 Joules/m³ esfuerzo de corte (Pa)
619 Joules/m³
deformación unitaria
Figura 12. Curva esfuerzo-deformación a 2 Hz y 60 °C del asfalto original PG64-22, de la mezcla 40% asfalto rap con 60% de asfalto original y 6% de aditivo rejuvenecedor.
4 CONCLUSIONES
— El método de prueba propuesto en este estudio permite determinar la cantidad de aditivo rejuvenecedor que se debe de adicionar a una mezcla de asfalto original PG 64-22 con asfalto de rap en las proporciones de 30, 40 y 50%.
— La cantidad de aditivo rejuvenecedor tipo amina grasa que se debe de adicionar a la mezcla de 30% de asfalto rap con 70% de asfalto original PG 64-22 es de 4%, debido a que la curva esfuerzodeformación obtenida a 20 Hz y 20 °C tiene la misma forma de la curva que la del asfalto original. Esto garantiza que la resistencia a la fisuración por fatiga sea muy similar. En cuanto a la resistencia a la deformación permanente, esta mezcla mostró una curva esfuerzodeformación a 2 Hz y 60 °C con un área bajo la curva (energía de fluidez) de 2031 Joules/m3, superior a la del asfalto original de 619 Joules/m3
— La cantidad de aditivo rejuvenecedor tipo amina grasa que se debe de adicionar a la mezcla de 40% de asfalto rap con 60% de asfalto original PG 64-22 es de 6% debido a que la curva esfuerzodeformación obtenida a 20 Hz y 20 °C tiene la misma forma de la
curva que la del asfalto original, asegurando resistencia a la fisuración por fatiga muy similar. Para la resistencia a la deformación permanente, esta mezcla mostró una curva esfuerzo-deformación a 2 Hz y 60 °C con un área bajo la curva (energía de fluidez) de 1413 Joules/m3, superior a la del asfalto original (619 Joules/m3).
— La cantidad de aditivo rejuvenecedor tipo amina grasa que se debe de adicionar a la mezcla de 50% de asfalto rap con 50% de asfalto original PG 64-22 es de 8%, debido a que la curva esfuerzodeformación obtenida a 20 Hz y 20 °C tiene la misma forma de la curva que la del asfalto original, garantizando resistencia a la fisuración por fatiga muy similar. En cuanto a la resistencia a la deformación permanente, esta mezcla mostró una curva esfuerzodeformación a 2 Hz y 60 °C con un área bajo la curva (energía de fluidez) de 3469 Joules/m 3, superior a la del asfalto original (619 Joules/m 3).
DESCARBONIZACIÓN
LA SELECCIÓN
MANTENIMIENTOS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS MEDIANTE MODELOS
PREDICTIVOS DE MACHINE
LEARNING
Pedro Limón Covarrubias, APCL, Ixtlahuacán de los Membrillos, Jalisco, México, pedro.limon@apcl.mx Sofía Guadalupe Rodríguez-Padilla, Daniel Isaac Villalobos-Guizar, David Ávalos-Cueva, Yesica Alejandra Salcedo-Velandia, UdG, Guadalajara, Jalisco, México, sofia@rodpad@gmail.com, villalobosisaacguizar@gmail.com, david.avalos@academicos.udg.mx, yesica.salcedo9388@alumnos.udg.mx
1 RESUMEN
La infraestructura vial sostenible requiere estrategias eficientes de mantenimiento y reducción de emisiones de CO2. Este estudio aborda la optimización del mantenimiento de pavimentos flexibles mediante la integración de nuevas tecnologías, el reciclaje de materiales y un modelo de inteligencia artificial para predecir el Índice de Condición del Pavimento (pci). Además, se explora el impacto del uso de agregados reciclados en mezclas asfálticas y su influencia en la reducción de la huella de carbono.
La metodología aplica un modelo predictivo de machine learning eXtrem Gradient Boost (XGBoost), entrenado con datos históricos del modelo Long-Term Pavement Performace (ltpp) de la Federal Highway Administration (fhwa), empleando variables climáticas, estructurales y de tráfico para codificar y predecir el pci. Los resultados evidencian que el XGBoost presenta un buen desempeño en el entrenamiento, con un coeficiente de determinación (R²) superior al 80%.
Asimismo, se realizó un análisis que consistió en la simulación de pavimentos flexibles con especificaciones particulares, aplicando diversos materiales y técnicas para comparar las emisiones generadas por cada alternativa constructiva. Se evaluaron rap, wma, nfu y sma, destacando que una mayor aplicación de materiales reciclados reduce significativamente las emisiones de CO2 equivalentes sin comprometer la durabilidad estructural.
A partir de estas predicciones, se diseñó un árbol de decisión para clasificar el tipo de intervención requerida —mantenimiento preventivo, correctivo o rehabilitación profunda—. Esta herramienta plantea un índice de costo-durable-sostenible que posibilita la toma de decisiones más informadas para la intervención en pavimentos flexibles.
Este enfoque, basado en economía circular y los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ods), permite reducir costos, mejorar la planificación de intervenciones y minimizar el impacto ambiental de la infraestructura vial. La combinación de inteligencia artificial y técnicas sostenibles demuestra el potencial de transformar la gestión de pavimentos flexibles, promoviendo carreteras más resilientes y eficientes.
2 INTRODUCCIÓN
La descarbonización, entendida como la reducción significativa de emisiones de CO₂ y otros gases de efecto invernadero (gei), se ha consolidado como un eje estratégico en el desarrollo de infraestructura vial sostenible. En el ámbito de los pavimentos asfálticos, esto implica adoptar soluciones constructivas y de mantenimiento que minimicen el impacto ambiental sin comprometer la funcionalidad ni la durabilidad de las vías. Las consecuencias del cambio climático, atribuibles en gran parte a la acumulación de gei, incluyen la desertificación de tierras, pérdida de biodiversidad, inseguridad hídrica y eventos meteorológicos extremos, que afectan directamente la resiliencia de las infraestructuras.
Ante este escenario, el uso de tecnologías digitales e inteligencia artificial (ia) en la gestión de pavimentos representa una herramienta clave. La implementación de sistemas de monitoreo y análisis predictivo, mediante machine learning, permite estimar con precisión el Índice de Condición del Pavimento (pci), integrando variables históricas de tráfico y clima. Esta información posibilita una planificación proactiva de intervenciones de mantenimiento, optimizando recursos y reduciendo emisiones a lo largo del ciclo de vida del pavimento.
Una gestión vial sostenible requiere evaluar alternativas no sólo desde criterios técnicos, sino también considerando el impacto ambiental asociado a la huella de carbono de cada tratamiento. Comparar estrategias en términos de durabilidad, deterioro, materiales empleados y emisiones de CO₂ equivalente resulta esencial para la toma de decisiones informadas y ambientalmente responsables.
Esta visión se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ods) 7, 9, 11, 12 y 13, promoviendo infraestructuras energéticamente eficientes, resilientes, con consumo responsable de recursos y adaptadas al cambio climático. La integración de tic y modelos de ia en la ingeniería vial constituye un pilar fundamental para avanzar hacia pavimentos más sostenibles y resilientes.
3 ESTADO DEL ARTE
3.1 Modelo de entrenamiento XGBoost para predicción de PCI
El modelo eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) se caracteriza por su eficiencia y alto desempeño en problemas de regresión con datos tabulares. Este algoritmo de boosting basado en árboles ha sido ampliamente validado en aplicaciones de infraestructura vial [1]
El modelo se entrenó con una división del 80% de los datos para entrenamiento y un 20% para prueba. También, se aplicó una validación cruzada kfold (k=5) con la finalidad de evaluar el desempeño con las métricas mostradas en la Tabla 1
Tabla 1. Ilustración matemática para las métricas de rendimiento.
Métricas de evaluación
MAE (Mean Absolute Error)
MSE (Mean Squared Error)
RMSE (Root Mean Squared Error)
R2 (Coeficiente de determinación)
Accuracy (Exactitud)
Recall (Sensibilidad o tasa de verdaderos positivos)
Variables descripción
yi= valor real (observado)
ŷ= valor predicho n= número total de observaciones
Verdadero Positivo (TP)
Falso Negativo (FN)
Falso Positivo (FP)
Verdadero Negativo (TN)
Además, se empleó la curva Receiver Operating Characteristic (roc ) para evaluar la sensibilidad del modelo frente a distintos umbrales. Estos resultados validan la precisión del modelo para estimar el pci en función de las variables de entrada seleccionadas, indicando un desempeño predictivo robusto y evidenciando una alta capacidad discriminativa, con un área bajo la curva (auc ) de 0.96.
3.2 Árbol de decisión para la clasificación de intervención del pavimento
A partir de los valores de pci predichos, se establece un árbol de decisión que clasifica el tipo de intervención necesaria. Este enfoque sistematiza la toma de decisiones, evita criterios subjetivos y permite alinear la estrategia con principios de sostenibilidad y economía circular, como se muestra en la Tabla 2
Tabla 2. Métodos de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos según el índice pci considerado.
% pci
100-80
80-50
Condiciones del pavimento
Mantenimiento preventivo
Mantenimiento correctivo
50< Recuperación profunda
Métodos de recuperación
• Riego de niebla
• Riego de sello
• Mortero asfáltico
• Capas delgadas de sobrecarpeta asfáltica
• Fresado y carpeta asfáltica
• Capas de rodamiento
• Reconstrucción con agregado reciclado (rap) del mismo sitio
• Reconstrucción con agregado reciclado (rap) traído de banco
• Uso de materiales reciclados de neumáticos fuera de uso (nfu)
• Aplicación de sobrecarpeta con mezcla asfáltica tibia
• Capas de mezclas asfálticas superfinas (sma)
• Uso de agregados vírgenes en capas estructurales y carpeta asfáltica
• Uso de rap en capas inferiores
• Uso de nfu (neumáticos fuera de uso) en la carpeta
• Uso de mezclas asfálticas tibias en la carpeta
Este enfoque sistematiza la toma de decisiones, evita criterios subjetivos y permite alinear la estrategia con principios de sostenibilidad y economía circular [2-4].
3.3 Nuevas tecnologías y descarbonización
La incorporación de asfalto recuperado (rap) constituye una estrategia eficaz para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero (gei) en la industria de la construcción vial. Su uso permite reutilizar materiales procedentes del fresado de capas asfálticas existentes, sustituyendo parcial o totalmente a los agregados vírgenes en nuevas mezclas. Esta sustitución reduce significativamente la huella de carbono al evitar las emisiones asociadas con la extracción, transporte y procesamiento de materiales nuevos. De acuerdo con Shacat et al. [5], entre 2009 y 2019, el uso de rap evitó la emisión de aproximadamente 21.2 millones de toneladas de CO₂e, equivalentes a retirar de circulación cientos de miles de vehículos.
Las mezclas asfálticas templadas (Warm Mix Asphalt, wma) representan otra solución tecnológica relevante, ya que se producen a temperaturas entre 100 y 140 °C, lo que supone una reducción de 20 a 40 °C respecto a las mezclas en caliente (Hot Mix Asphalt, hma), elaboradas entre 150 y 190 °C. Esta disminución térmica implica menor demanda energética y, en consecuencia, menores emisiones de gei
Por su parte, los neumáticos fuera de uso (nfu), aunque representan un reto ambiental por su alta resistencia a la degradación, han sido aprovechados en ingeniería civil como modificadores en mezclas asfálticas, aditivos en concretos y material de relleno ligero. Su elasticidad y viscosidad permiten su incorporación en forma de polvo de caucho en mezclas asfálticas, aunque su procesamiento especializado puede incrementar las emisiones netas [6]
Las tecnologías analizadas tienen como objetivo optimizar el análisis de ciclo de vida (acv) de los pavimentos flexibles. En particular, el rap ha demostrado alta eficiencia ambiental al reducir el consumo de insumos vírgenes y fomentar la economía circular [7]
La aplicación de la herramienta PaLATE 2.1 permitirá cuantificar las emisiones según las decisiones de diseño, el estado del pavimento (pci) y el tipo de intervención, evidenciando los beneficios del mantenimiento oportuno y el uso de materiales reciclados en la reducción del impacto ambiental del sector vial [8].
3.4 Índice de condición de pavimentos (pci)
Para el cálculo del pci, se desarrolla un código computacional que permite estimarlo de manera sistemática, generando una fórmula de regresión lineal múltiple basada en investigaciones previas [9], a partir de variables altamente correlacionadas como el iri. El cálculo debe ajustarse a las directrices establecidas por la normativa ASTM D6433-23 [10], garantizando así consistencia y validez de los resultados.
Este enfoque computacional automatiza y estandariza el proceso de evaluación del estado del pavimento, contribuyendo a la eficiencia y precisión en la obtención de los índices de condición. En términos generales, el proceso de cálculo consta de la siguiente fórmula:
4 METODOLOGÍA
Se plantea un esquema de implementación progresiva del sistema para la gestión de pavimentos basado en ltpp:
Este enfoque predictivo, al integrarse con una interfaz interactiva, permite que usuarios técnicos y no técnicos ingresen datos clave del pavimento y obtengan, de forma automática, la estimación del pci junto con la sugerencia del tipo de intervención más adecuado, contribuyendo así a una gestión vial más eficiente, resiliente y alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS 9, 11, 12 y 13).
4.1 Machine learning y Modelo XGBoost
4.1.1 Entrenamiento Machine Learning: análisis exploratorio, limpieza y normalización
Para desarrollar una estrategia predictiva que optimice el mantenimiento de pavimentos flexibles, se implementó un modelo de aprendizaje automático basado en el algoritmo eXtreme Gradient
Boosting (XGBoost). Este modelo ha demostrado un alto desempeño en problemas de regresión con datos tabulares, siendo especialmente efectivo en aplicaciones de infraestructura vial.
El conjunto de datos proviene del programa Long-Term Pavement Performance (ltpp) de la fhwa, adaptado al contexto vial mexicano. La base incluye más de 1,800 registros con 45 variables relevantes, entre ellas el Índice de Condición del Pavimento (pci) como variable objetivo, y variables predictoras como espesor de la capa asfáltica, antigüedad del pavimento, condiciones climáticas (temperatura media, precipitación, radiación solar, humedad) y variables de tráfico como el iri y los kesal.
Figura 1. Diagrama de flujo metodológico de este estudio.
Previo al entrenamiento, se realizó un proceso riguroso de limpieza, imputación de valores faltantes, normalización, y análisis de correlación mediante el coeficiente de Spearman, garantizando la relevancia de las variables incluidas. Este preprocesamiento aseguró la calidad y coherencia del conjunto de datos.
4.1.2 Modelo de entrenamiento XGBoost para predicción de pci
El modelo XGBoost se entrenó utilizando un esquema de validación cruzada k-fold con k=5, dividiendo el conjunto de datos en 80% para entrenamiento y 20% para prueba. Se evaluó el rendimiento mediante métricas estándar de regresión (mae, mse, rmse, r²) y de clasificación (Accuracy, Recall, F1 Score).
Los resultados obtenidos muestran un R² de 0.9765, lo que indica una capacidad de ajuste superior al 97%. Además, se obtuvo un F1 Score de 0.9741 y un área bajo la curva roc (auc) de 0.96, lo que demuestra una alta precisión y sensibilidad del modelo frente a distintos niveles de pci
4.1.3 Árbol de decisión para la clasificación de intervención del pavimento
Complementariamente, a partir de las predicciones del modelo XGBoost, se desarrolló un árbol de decisión para clasificar del tipo de mantenimiento requerido. Este clasifica las secciones del pavimento en tres niveles:
1. Mantenimiento preventivo (pci ≥ 80)
2. Mantenimiento correctivo (50 ≤ pci < 80)
3. Recuperación profunda (pci < 50)
La precisión de este sistema de clasificación alcanzó el 95%, validando su utilidad como herramienta de apoyo para la toma de decisiones técnicas. Esta clasificación sistemática reemplaza criterios subjetivos y permite alinear las decisiones de mantenimiento con los principios de sostenibilidad, priorizando el uso de materiales reciclados y la reducción en el consumo de agregados vírgenes.
43.2 Diagrama de decisión para el mantenimiento según el PCI
Con base en el análisis previo, se propone un diagrama de decisión que facilita la selección del tipo de mantenimiento más adecuado en función del valor del Índice de Condición del Pavimento (pci), considerando las características constructivas predominantes en las vialidades y carreteras del estado de Jalisco.
4.3 Rendimiento del modelo
4.3.1 Desempeño del modelo de predicción (XGBoost)
El modelo de predicción del Índice de Condición del Pavimento (pci), desarrollado con el algoritmo XGBoost, muestra un rendimiento sobresaliente en la etapa de validación cruzada. Las métricas obtenidas fueron: El Error Absoluto Medio (mae) es de 0.4818, indicando que, en promedio, las predicciones difieren del valor real en aproximadamente 0.48 unidades. El Error
Cuadrático Medio (mse) es de 1.6279, lo que penaliza más severamente los errores grandes. A su vez, la Raíz del Error Cuadrático Medio (rmse) es de 1.2759, proporcionando una medida de la desviación estándar del error de predicción, expresada en las mismas unidades que la variable objetivo.
El coeficiente de determinación (R²) alcanza un valor de 0.9765, lo que evidencia que el modelo explica el 97.65% de la varianza de los datos, demostrando un ajuste sobresaliente.
Respecto a las métricas de clasificación, se observa una precisión (Accuracy) de 0.9737, un recall (sensibilidad) de 0.9741 y un F1 Score de 0.9741. Estos valores reflejan un equilibrio adecuado entre la capacidad del modelo para identificar correctamente los casos positivos y minimizar los falsos positivos y negativos, lo que demuestra un desempeño robusto y confiable del modelo en tareas de clasificación.
Estos valores reflejan un alto grado de ajuste entre las predicciones y los valores reales del pci, superando ampliamente los estándares reportados en investigaciones previas sobre modelos de regresión para pavimentos [11]. En particular, el valor de R² superior al 97% indica que el modelo explica de manera precisa el resultado del pci a partir de las variables de entrada. La Figura 2 muestra una comparación directa entre los valores reales y predichos; la línea roja representa la predicción perfecta, y se observa que la mayoría de los puntos están alineados a lo largo de esta, lo que refuerza la alta precisión del modelo.
Figura 2. Comparación entre valores reales y predichos del PCI mediante XGBoost.
43.3.2 Evaluación del árbol de decisión para clasificación de mantenimiento Una vez estimado el pci, se implementa un árbol de decisión para clasificar automáticamente el tipo de intervención más adecuado. Esta herramienta permite categorizar las secciones de pavimento en tres niveles de atención técnica:
1. Mantenimiento preventivo (pci ≥ 80)
2. Mantenimiento correctivo (50 ≤ pci < 80)
3. Recuperación profunda (pci < 50)
La precisión del árbol de decisión alcanzó el 95%, lo cual valida su utilidad como complemento del modelo predictivo. La Figura 3 muestra el esquema simplificado del árbol de decisión utilizado, evidenciando las reglas de clasificación aplicadas a las secciones de pavimento.
3. Árbol de decisión utilizado para la clasificación del tipo de mantenimiento.
4.3.3 Impacto en sostenibilidad y gestión vial
El sistema desarrollado tiene un impacto directo en la sostenibilidad y eficiencia de la gestión de pavimentos. Su implementación permite:
• Reducir el uso de agregados vírgenes, al facilitar planificaciones oportunas de rehabilitación con materiales reciclados como el rap.
•Disminuir los costos de mantenimiento mediante acciones preventivas y no reactivas.
• Reducir las emisiones de CO₂e asociadas a procesos constructivos intensivos, alineando la estrategia con los ods 9, 11, 12 y 13 [12]
• Mejorar la durabilidad del pavimento, al actuar antes de que se pierda capacidad estructural.
•Digitalizar la toma de decisiones, con un enfoque replicable a otras regiones.
Estudios recientes evidencian que la integración de estrategias predictivas con aprendizaje automático puede conducir a reducciones significativas en los costos de mantenimiento a largo plazo y en las emisiones asociadas a rehabilitaciones mayores [13].
4.3.4 Validación práctica mediante interfaz
La herramienta desarrollada permite que cualquier usuario —desde un técnico de campo hasta un gestor vial— pueda ingresar las siguientes variables: edad del pavimento, espesor de la capa, temperaturas, precipitación, radiación solar, humedad, tráfico estimado (kesal) y rugosidad (iri). Posteriormente, el sistema devuelve el valor estimado del pci y la sugerencia del tipo de intervención. La Figura 4 muestra un ejemplo de la interfaz interactiva, donde el
Figura
usuario introduce los datos de entrada y obtiene el pci estimado junto con el tipo de mantenimiento sugerido.
Figura 4. Interfaz de usuario para predicción del PCI e intervención sugerida.
Esta accesibilidad permite acortar los tiempos de diagnóstico, estandarizar las decisiones técnicas en todo el territorio, facilitar la inclusión de municipios con escasos recursos técnicos y promover el uso de tecnologías limpias desde la etapa de planeación.
4.4 Mantenimientos
La clasificación de los mantenimientos en pavimentos flexibles se establece en función de la magnitud de la intervención requerida sobre la estructura, que puede variar desde tratamientos superficiales hasta rehabilitaciones profundas que afectan las capas inferiores. Esta clasificación también considera la demanda energética de los equipos utilizados, el volumen de insumos necesarios y el impacto ambiental asociado. Desde un enfoque sostenible, el objetivo es seleccionar la intervención más eficiente que preserve o restaure la funcionalidad estructural del pavimento, minimizando costos económicos y emisiones de gases de efecto invernadero (gei).
4.4.1 Preventivos (pci 80–100)
Estos tratamientos se aplican en pavimentos con condiciones estructurales buenas, con el fin de preservar sus características funcionales y retardar el inicio de deterioros. Son de baja intensidad, presentan mínima huella de carbono y bajo costo por metro cuadrado debido al uso reducido de materiales y maquinaria de menor consumo energético.
4.4.2 Correctivos (pci 50–80)
Son intervenciones de media intensidad, orientadas a restaurar la capacidad estructural cuando ya existen deterioros moderados. Implican el fresado o demolición parcial de la carpeta existente, seguido de su reposición. Estos tratamientos requieren maquinaria pesada y mayor cantidad de materiales, por lo que su huella de carbono y costo son considerablemente superiores a los preventivos. Sin embargo, permiten extender significativamente la vida útil del pavimento y mejorar sus condiciones estructurales.
4.4.3 Intervenciones profundas o rehabilitaciones (pci < 50)
Aplicadas cuando el pavimento ha alcanzado un nivel avanzado de deterioro que compromete su funcionalidad y seguridad. Estas intervenciones suelen incluir la recuperación
de la totalidad de la carpeta asfáltica e incluso llegar a las capas de base o subbase. Se requiere mayor volumen de recursos, equipos de alta capacidad y tiempos de ejecución prolongados. Desde una perspectiva de descarbonización, pueden considerarse técnicas como la recuperación in situ con reutilización de materiales, lo cual reduce el transporte de insumos y la generación de residuos. Aunque estas acciones son las más costosas y con mayor impacto ambiental, son imprescindibles para restaurar la estructura y garantizar una vida útil prolongada.
4.5 Índice de Costo Sostenible y Duradero (sdci)
La expresión matemática utilizada para calcular el sdci se presenta a continuación:
Donde v es la duración del tratamiento del pavimento en años, CO2 representa las emisiones de dióxido de carbono asociadas al mantenimiento específico en Kg, CO2inf y CO2sup corresponden a las emisiones más bajas y altas de dióxido de carbono asociadas al grupo de mantenimiento en Kg respectivamente, C,Cinf y Csup pertenecen al costo estándar, el costo más bajo y el costo más alto por metro cuadrado asociado al grupo de mantenimiento en dólares, α es el factor de reducción o amplificación del costo y β corresponde al factor de reducción o amplificación de las emisiones de CO2e.
La formulación del sdci integra parámetros clave como el costo por metro cuadrado de mantenimiento, las emisiones de dióxido de carbono (CO₂e) y la vida útil esperada del tratamiento. Los costos se normalizan dentro de cada categoría de intervención, lo que permite comparaciones objetivas a medida que las acciones se intensifican. Las emisiones, influenciadas por el tipo de maquinaria y el respectivo tratamiento, reflejan el impacto ambiental asociado. La vida útil, a su vez, permite evaluar los efectos económicos y ambientales a lo largo del ciclo de servicio del pavimento. Para adaptar el índice a diferentes contextos, se incluyen factores de ponderación que ajustan el énfasis entre costos y emisiones según los objetivos del análisis. A través del estudio de diversas combinaciones, se identificaron patrones y criterios que fomentan la toma de decisiones, proporcionando un marco integral para seleccionar estrategias de mantenimiento eficientes, sostenibles y adaptadas a cada situación.
5 ÍNDICE DE CONDICIÓN
5.1 Métodos de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos según el PCI
5.1.1 Entre 80 y 100
Las emisiones generadas por distintos tipos de mantenimiento preventivo varían según los materiales y procesos utilizados. La generación de emisiones de CO₂e son: mortero asfáltico con 7,732 kg, riego de niebla con 5,347 kg, riego de sello con 9,820 kg y carpeta delgada con 40,630 kg.
(5)
5.1.2 Entre 50 y 80
El mantenimiento correctivo implica una mayor demanda energética y un incremento en el consumo de recursos debido al volumen de material a reemplazar. Las emisiones de CO₂e generadas son: reconstrucción total con agregados vírgenes (0%) genera 103,230 kg; con agregado reciclado in situ (rap), 15% produce 93,228 kg y 30%, 46,012 kg; con agregado reciclado de banco (rap), 15% genera 93,228 kg y 30%, 83,368 kg; con material reciclado de llantas (nfu), 2% produce 104,773 kg y 3%, 105,757 kg.
5.1.3 PCI menor a 50
La rehabilitación profunda del pavimento genera diferentes niveles de emisiones según los materiales y procesos utilizados. Las emisiones de CO₂e generadas son: reconstrucción con agregados vírgenes (0%) con 259,851 kg; rap de banco con 15%, 230,949 kg y con 30%, 202,028 kg; material de llantas recicladas (nfu) con 2%, 258,695 kg y con 3%, 258,107 kg; mezcla templada (wma) con agregados vírgenes (0%) con 127,149 kg; y wma con rap in situ, con 15%, 113,611 kg y con 30%, 100,044 kg.
5.2 Índice de Costo Sostenible y Duradero (SDCI)
Los resultados obtenidos ofrecen una visión general del comportamiento observado en el procesamiento de datos mediante la ecuación del Índice de Costo Sostenible y Duradero (sdci). Se evidenció una diferencia clara en la segmentación realizada conforme a las distintas clasificaciones de mantenimiento. Principalmente, se observó que la duración del tratamiento elegido tiene un impacto significativo sobre el resultado del índice, ya que una menor durabilidad se interpreta como menor sostenibilidad. Esta característica es común en los tratamientos preventivos, que suelen aplicarse con mayor frecuencia, reflejándose en valores de sdci por debajo del 90% (Figura 5).
Los resultados del análisis con la ecuación del Índice de Costo Sostenible y Duradero (sdci) evidencian un comportamiento diferenciado según el tipo de mantenimiento. En tratamientos preventivos, la menor durabilidad reduce el valor del índice, reflejando sostenibilidad limitada, con sdci generalmente inferior al 90%. Combinaciones con menores costos y emisiones presentan mayores índices, mostrando una progresión coherente en la evaluación (Figura 5).
Figura 5. Comportamiento del sdci para mantenimiento preventivo.
En el mantenimiento correctivo, la dispersión de valores es mayor debido a la heterogeneidad de intervenciones, que abarcan desde tratamientos superficiales hasta estructurales. El uso de mezclas templadas (wma) muestra ventajas significativas al reducir emisiones, lo que mejora los valores del índice en comparación con mezclas convencionales (hma), las cuales no superan el 30% de sdci (Figura 6).
Figura 6. Comportamiento del SDCI para mantenimiento correctivo.
En rehabilitación y reconstrucción, la alta demanda energética y la mayor huella de carbono generan una amplia variabilidad en costos y emisiones, replicando el comportamiento observado en el mantenimiento correctivo. La Figura 7 muestra un límite técnico en torno al 50% del sdci, atribuible al impacto ambiental de las mezclas tradicionales, cuya fabricación a altas temperaturas incrementa las emisiones de CO₂. Este umbral actúa como referencia técnica de sostenibilidad reducida frente a tecnologías más eficientes como las wma
5.3 Diagrama de decisión para el mantenimiento según el PCI Con base en el análisis previo, se propone un diagrama de decisión que facilita la selección del tipo de mantenimiento más adecuado según el valor del Índice de Condición del Pavimento (pci ), considerando las características constructivas predominantes en las vialidades y carreteras del estado de Jalisco (Ver Figura 8).
Figura 7. Comportamiento del SDCI en rehabilitaciones.
6 CONCLUSIONES
La descarbonización de pavimentos flexibles representa una estrategia clave para mitigar los gei del sector de la construcción, mediante la integración de prácticas sostenibles como el uso de materiales reciclados, la mejora de procesos productivos y la reducción en el consumo energético. Estas acciones disminuyen la huella de carbono, promueven la economía circular y reducen la dependencia de recursos naturales vírgenes.
El empleo de materiales reciclados, como el rap, permite conservar recursos, reducir residuos y disminuir las emisiones asociadas a la producción y transporte de materiales nuevos. Asimismo, las wma, al requerir menores temperaturas de fabricación en comparación con las hma, presentan menores demandas energéticas y contribuyen a reducir significativamente las emisiones de CO₂e.
El mantenimiento vial adecuado es esencial para prolongar la vida útil del pavimento, garantizar la seguridad vial y evitar intervenciones costosas. Para ello, es fundamental evaluar el estado funcional mediante el pci y seleccionar el tipo de intervención de acuerdo con las necesidades detectadas, apoyándose en herramientas de decisión estructuradas.
Las estrategias de mantenimiento preventivo, como el sellado de grietas y baches, extienden la durabilidad del pavimento y reducen la frecuencia de rehabilitaciones, disminuyendo las emisiones.
Figura 8. Diagrama de decisión para mantenimiento de pavimentos según el valor del pci
Las intervenciones correctivas, especialmente aquellas que incorporan materiales reciclados, logran equilibrar el rendimiento estructural con el impacto ambiental. El reciclaje in situ, con porcentajes de incorporación cercanos al 30%, ha demostrado ser eficaz en todos los niveles de intervención (preventivo, correctivo y profundo), al minimizar la extracción y procesamiento de materiales vírgenes.
Entre las soluciones evaluadas, la combinación de mezclas templadas con rap mostró la menor huella de carbono, con emisiones tan bajas como 24,777 kg de CO₂e. Por el contrario, el uso exclusivo de materiales vírgenes en rehabilitaciones profundas generó las emisiones más altas, superando los 250,000 kg de CO₂e. Cabe destacar que no todos los materiales reciclados garantizan beneficios ambientales: en el caso del nfu, el procesamiento especializado y transporte adicional pueden incrementar las emisiones por encima de las técnicas convencionales.
En conclusión, la elección del tipo de mantenimiento debe equilibrar durabilidad y sostenibilidad, priorizando tecnologías como las mezclas templadas con rap, que combinan eficiencia funcional y bajo impacto ambiental.
Las emisiones de CO₂e asociadas a las actividades de mantenimiento varían sustancialmente según la técnica empleada. En el mantenimiento preventivo, el riego de sello se posiciona como la alternativa con menor impacto ambiental, mientras que la carpeta delgada presenta las emisiones más elevadas, debido al tipo de materiales, consumo energético y maquinaria involucrada. Por tanto, la evaluación ambiental es un criterio importante en la selección de tratamientos de conservación.
En el mantenimiento correctivo, se observa una amplia variabilidad en las emisiones según los materiales y procesos utilizados. La reconstrucción total del pavimento representa el escenario más contaminante (103,230 kg CO₂e), mientras que el reciclado in situ con 30% de rap reduce las emisiones a 46,012 kg. Las wma con rap de banco presentan el mejor desempeño ambiental (24,777 kg CO₂e), mientras que los materiales reciclados nfu generan mayores emisiones que los agregados vírgenes debido a procesos de tratamiento intensivos.
En rehabilitación profunda, el uso exclusivo de materiales vírgenes conlleva el mayor impacto ambiental. La incorporación de materiales reciclados, especialmente mediante tecnologías wma, permite disminuir significativamente las emisiones al reducir del consumo energético.
El análisis del Índice de Costo Sostenible y Duradero (sdci) evidenció que los tratamientos preventivos, aunque frecuentes, presentan valores bajos del índice, reflejando menor sostenibilidad. Por el contrario, las técnicas con menores costos y emisiones obtienen los valores más altos del sdci. Las intervenciones con mezclas wma mostraron un comportamiento uniforme, con valores superiores al 30% del índice, mientras que las técnicas con hma revelaron una barrera técnica cercana al 50%, atribuida a sus elevados requerimientos energéticos, limitando su desempeño en términos de sostenibilidad.
El uso de inteligencia artificial en la predicción y clasificación de mantenimiento de pavimentos ofrece una solución eficiente, rentable y sostenible para mejorar la infraestructura vial. Este sistema permite reducir los recursos económicos y materiales, lo que fomenta la sostenibilidad y contribuye a la reducción de la huella de carbono en la industria de la construcción.
Su implementación puede transformar la gestión de pavimentos a nivel mundial, promoviendo una infraestructura más resiliente, eficiente y ecológica.
El modelo XGBoost demuestra un alto rendimiento predictivo, con un R² de 0.97, lo que valida su capacidad para estimar el Índice de Condición del Pavimento (pci) de manera precisa y confiable. Por su parte, el árbol de decisión clasifica eficazmente las intervenciones de mantenimiento en preventivo, correctivo y profundo, alcanzando una precisión del 95%. Este sistema automatiza la toma de decisiones, garantiza una planificación de mantenimiento más eficiente y contribuye a la reducción de costos operativos.
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