Al ser la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) la entidad federal normativa en México en el área de pavimentos para carreteras, ha sido práctica generalizada el seguir normas y especificaciones dictadas por esta entidad federal, lo cual no tiene por qué ser una buena práctica en todos los casos. En este aspecto hay que comentar que la última revisión y actualización de dichas normas y especificaciones fueron editadas en 1984 y las normas y especificaciones actualizadas al parecer serán editadas pronto. En el caso de las entidades federativas, hay que tener en cuenta las diferencias tan grandes de condiciones climatológicas lo cual limita el empleo de ciertos materiales, ya que su comportamiento será diferente según sea la zona; esto obliga a los estados a desarrollar sus propias normas y especificaciones para el buen empleo de estos materiales.

En los estados de la zona noreste de la República Mexicana se tienen condiciones de trabajo y climatológicas que intervienen significativamente en el desempeño y durabilidad de los pavimentos asfálticos en el período de servicio; éstos son:

a) La zona noreste de México colinda con uno de los estados económicamente más fuertes de Estados Unidos, Texas. Las fuertes actividades comerciales generan uno de los mayores flujos terrestres de mercancías en territorio nacional por las carreteras de los estados de Nuevo León, Tamaulipas y Coahuila. A esto se le pueden sumar los viajes terrestres de personas y mercancías generados y atraídos por ciudades importantes del país como son las capitales de los tres estados, Monterrey, Ciudad Victoria y Saltillo, respectivamente, y por último, los viajes terrestres de personas y mercancías entre estas capitales y las otras ciudades no menos importantes en cada estado. Lo anterior da lugar a la acumulación de muchas cargas pesadas las cuales actúan sobre los pavimentos de estas carreteras.

b) Las temperaturas al aire en diferentes épocas del año, de las que se tienen registros en estos estados, hacen que la diferencia entre los valores extremos o gradientes de temperaturas sean muy grandes, ya que se tienen registros de temperaturas en estaciones frías de 12°C bajo cero y en estaciones calurosas de hasta 47°C. Al ser los cementos asfálticos materiales viscoelásticos, susceptibles a los cambios de temperaturas, da lugar a comportamientos muy diferentes de acuerdo con la época del año.

Lo anterior ha dado lugar a deterioros en los pavimentos asfálticos de calles y carreteras muy típicos de estas zonas del país, como son: las deformaciones plásticas permanentes conocidas como roderas, superficies de rodamiento pulimentables, baja resistencia al deslizamiento y fuertes agrietamientos de la capa superior en corto tiempo. Por tal motivo, el Centro de Diseño y Construcción del Campus Monterrey tiene entre sus líneas de investigación y desarrollo, la de realizar estudios y trabajos que tratan de apoyar una transferencia de tecnología al país en el área de pavimentos asfálticos de manera ordenada. Esto se lleva a cabo en colaboración con la Universidad Politécnica de Cataluña, España.

Metodología para el diseño de mezclas asfálticas

La metodología que se presenta a continuación trata de hacer del diseño de mezclas asfálticas un procedimiento sencillo que pone de manifiesto el comportamiento de los materiales y de la mezcla asfáltica bajo condiciones simuladas de trabajo. En el Centro de Diseño y Construcción se han desarrollado trabajos para instituciones privadas y gubernamentales empleando dicha metodología y se está planeando la recolección de resultados para poder establecer correlaciones de datos reales y datos obtenidos en laboratorio.

Figura 1: Metodología para el diseño de mezclas asfálticas

Con relación a los métodos de diseño de mezclas asfálticas, Marshall, Cántabro y SHRP son métodos desarrollados que ya son considerados en normas y especificaciones de muchos países. En el caso de México se ha empleado el método Marshall desde hace más de 30 años y se tiene considerado anexar el ensayo Cántabro para las nuevas normas y especificaciones. El método SHRP (Strategic Highway Research Program) fue desarrollado por Estados Unidos a partir de 1989 y existen amplias investigaciones que evalúan la efectividad del método hoy en día.

Caracterización de cemento asfáltico

Investigaciones recientes donde se han diseñado y estudiado nuevos métodos de caracterización de cementos asfálticos se han enfocado a buscar métodos que puedan determinar la calidad de cementos asfálticos, evaluando sus propiedades en el laboratorio, así como el comportamiento que éste tendrá en el pavimento, evaluando propiedades de las mezclas asfálticas en servicio. Lo anterior parte de la premisa de que los procesos de deterioros de los pavimentos se deben en buena medida a la calidad de cemento asfáltico, por lo que se tratan de definir las propiedades que intervienen en la durabilidad de las mezclas asfálticas para actuar sobre ellas mejorándolas. Los métodos actuales que se pueden mencionar son: los métodos convencionales, el método Qualagon, el método Superpave de SHRP [4] y el método UCL [3].

Método UCL

El objetivo de este nuevo método de laboratorio es caracterizar los cementos asfálticos utilizados en la fabricación de mezclas asfálticas empleadas en las capas de pavimentos de carreteras. El método desarrollado en el Laboratorio de Caminos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos de la Universidad Politécnica de Cataluña, España, aplica una metodología muy sencilla y precisa, ensayando las probetas mediante el procedimiento descrito en la norma española NLT-352/86 "Caracterización de las mezclas bituminosas abiertas por el ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste".

El método valora el comportamiento de los cementos asfálticos como parte integrante de la mezcla asfáltica, mediante la evaluación de sus propiedades fundamentales a través del ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste. Estas propiedades fundamentales son: cohesión, susceptibilidad térmica, adhesividad y durabilidad [1,3].

Es un método que puede servir de mucho apoyo a aquellas empresas mexicanas que de una manera u otra emplean o distribuyen materiales asfálticos para construcción de pavimentos asfálticos como pueden ser: PEMEX, que, a partir del año 1995 inició la fabricación de cementos asfálticos con diferentes durezas y es por ley el único proveedor de cemento asfáltico del país; la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), responsable de la red de carreteras de 10 ejes troncales (autopistas) que comunica a todo el país; la entidad paraestatal CAPUFE, que ha empleado cementos asfálticos modificados con polímeros (SBS y EVA) y con hule (SBR) y es responsable de la conservación y reconstrucción de los pavimentos de sus tramos de cuota que incluyen las autopistas concesionadas y recuperadas por el Gobierno Federal; los gobiernos estatales que tienen a cargo sus tramos carreteros; los gobiernos municipales de ciudades que conservan y mantienen calles y avenidas; así como empresas privadas que construyen pavimentos asfálticos apoyando a las instituciones ya mencionadas.

Comportamiento de la mezcla asfáltica

La evaluación del comportamiento frente a deformaciones plásticas permanentes (roderas) se realiza mediante un equipo de simulación en laboratorio desarrollado por el Ing. Armando Quintana [2] en su tesis de Maestría en Ciencias en Ingeniería Civil con acentuación en Ingeniería y Administración de la Construcción, del Centro de Diseño y Construcción y dirigido por el autor de este escrito. La máquina es conocida con el nombre de ITESM Wheel Tracking.

De los ensayos denominados máquinas de pista (wheel tracking), los Laboratorios de Puentes y Carreteras en Francia diseñaron un prototipo, siendo pioneros en esta área. Recientemente, en el estado de Georgia, Estados Unidos, se diseñó una máquina de pista conocida como Georgia Loaded Wheel Tester. Así como estos casos, también existen versiones de máquinas de pista en varios países las cuales son empleadas en el diseño y control de mezclas asfálticas; entre ellas se pueden mencionar la versión española diseñada por el Laboratorio de Transporte y Mecánica de Suelos "José Luis Escario" [5], la máquina de pista diseñada en la Universidad de Purdue en Indiana, Estados Unidos, la máquina diseñada por la Universidad de Nottingham en Inglaterra y la máquina de pista de Hamburgo, Alemania.

La máquina de pista ITESM Wheel Tracking es un equipo con el cual se puede complementar el diseño óptimo de la mezcla asfáltica evaluando en laboratorio el comportamiento que ésta tendrá en cuanto a su resistencia a las deformaciones plásticas, y evaluar de manera comparativa la influencia de otras variables en este tipo de deterioro. Como ya se mencionó, tanto el método UCL como este último procedimiento son parte de una metodología que el Centro de Diseño y Construcción desea difundir y pretende con ella dar más claridad al diseño de mezclas asfálticas, ya que permite a los ingenieros conocer ciertas propiedades mecánicas de los materiales de manera fácil y precisa y permite también predecir el comportamiento que éstos tendrán en su vida de servicio.

Figura 2: Ejemplos de los resultados obtenidos del ensayo de la máquina de pista [2]

Referencias

[1] Fonseca Rodríguez, C., Serment Guerrero, V. y Villalobos Dávila, R., 1999, "Estudio experimental en laboratorio aplicando el método UCL en la caracterización de cementos asfálticos en México", Publicado y presentado en el 10º Congreso Iberoamericano del Asfalto, Asociación Española de Carreteras, Sevilla, España.

[2] Quintana Ávila, A.M., 1998, "Evaluación de mezclas asfálticas frente a deformaciones plásticas permanentes mediante el ensayo de pista en laboratorio", Tesis de Maestría en Ciencias en Ingeniería Civil, ITESM, Campus Monterrey.

[3] Miró Recasens, J.R. 1994. "Metodología para la caracterización de ligantes asfálticos mediante el empleo del ensayo Cántabro", Tesis Doctoral, ETSECCPB.

[4] Strategic Highway Research Program, SHRP, National Research Council, "Permanent Deformation Response of Asphalt Aggregate Mixes", SHRP-A-415. 1994. Wasington, D.C.

[5] Fonseca Rodríguez, C.H., 1995, "Estudio de capas antifisuras para retardar el inicio y propagación de grietas en pavimentos flexibles y semirrígidos", Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, España E.T.S. de Ingenieros en Canales, Caminos y Puertos, Barcelona, España.

Carlos Humberto Fonseca Rodríguez obtuvo el Doctorado en Ingeniería de Transporte de la Universidad Politécnica de Cataluña, España (1995), la Maestría en Ingeniería Estructural (1991) y el título de Ingeniero Civil (1980) en el Tec de Monterrey, Campus Monterrey. Es profesor titular del Departamento de Ingeniería Civil y consultor extensionista del Centro de Diseño y Construcción del Campus Monterrey. cfonseca@campus.mty.itesm.mx