Autor:

Ing.Rafael A. Limón Limón
PACCSA
rafael.limon@paccsa.com.mx

Antecedentes:

En los años 1938 y 1940 llegaron las primeras plantas de asfalto a la República Mexicana siendo estas dos plantas de producción continua; y traidas de Estados Unidos, llegaron a nuestro país las dos primeras plantas de producción intermitente (bachas) una de ellas para el Distrito Federal, usadas en las primeras décadas de los años cuarenta.

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Resumen:

Se proporcionan los parámetros y especificaciones de esta nueva metodología, abarcando las pruebas a los materiales a utilizar y la selección de la granulometría hasta la utilización del compactador giratorio, el cual es una de las mayores aportaciones de este método de diseño de mezclas asfálticas en caliente. Siendo el fin, no solo mencionar los cambios relevantes con respecto al método Marshall, si no también proporcionar un ejemplo práctico de diseño, estableciendo las variables que más influyen en el diseño volumétrico de una mezcla asfáltica.

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Resumen:

Los trabajos de pavimentación que se realizan en México por empresas constructoras contratadas, en la construcción, modernización y conservación de la infraestructura carretera nacional, deben cumplir con las características y requisitos de calidad que se indican en los proyectos correspondientes, para los que se aplica un sistema de gestión de la calidad con algunos inconvenientes y deficiencias que ponen en riesgo el obtener la calidad requerida y en consecuencia, los pavimentos pueden presentar desempeños inadecuados a mediano plazo, comprometiendo la aplicación óptima de los recursos de inversión, el nivel esperado de servicio a los usuarios y el prestigio de las dependencias responsables; además se puede afectar el costo de operación del transporte.

En este trabajo se describe el sistema de gestión que se aplica y se indican los aspectos inadecuados atribuibles a las propias dependencias responsables, a las empresas constructoras, a los suministradores de materiales y a las empresas de apoyo técnico, asimismo, se comentan sus implicaciones o repercusiones en el cumplimiento de la calidad estipulada en el proyecto.

Como resultado de esta crítica objetiva constructiva, se plantean las acciones y ajustes que se estima necesario realizar en el sistema de gestión actual, a manera de propuesta, para lograr minimizar o eliminar los aspectos inadecuados comentados en este trabajo, con objeto de asegurar el cumplimiento de la calidad de la infraestructura carretera de nuestro país y el nivel de servicio esperado por los usuarios.

Cd. de México, agosto de 2007

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¿Cuantas veces hemos oído este comentario entre nuestros conocidos o en los medios de comunicación?

¿Cuántas historias referentes a la duración de un pavimento asfáltico recién colocado o a la duración de una reparación realizada hace apenas un año hemos escuchado?

En algunos periódicos hemos vistos secciones jocosas, como “Bautice su bache”, premios a la fotografía más impactante de un bache, que han tenido por objeto el fomentar la toma de conciencia por parte de las autoridades y de los ciudadanos, en lo referente al estado de los pavimentos.

La peor parte de la crítica ha sido siempre para los pavimentos de asfalto, hasta tal punto, que una frase como la que encabeza este escrito se ha hecho una realidad aceptada.

Pero analicemos esta frase, por que se ha llegado a este punto y reflexionemos en que hemos contribuido para hacer realidad esta frase, hagamos una autocrítica seria al respecto.

Quizás algunos cuestionamientos y algunos datos nos ayuden.

Por lo pronto algunos datos, en los Estados Unidos, todos los años durante la reunión de la AAPT (Association of Asphalt Pavingt Technologists), se otorgan unos reconocimientos a los ingenieros que construyeron pavimentos asfálticos, que cumplen 35 años en buenas condiciones en la ciudad o estado, donde se lleva a cabo la reunión….

Los Pavimentos Asfálticos tienen una vida promedio, en otros países, de alrededor de 8-10 años, sin mantenimiento….

En Europa, los diseños de Pavimentos Asfálticos se proyectan con una vida estimada de 50 años…

Más del 95% de los pavimentos del mundo, están hechos de asfalto…

En este momento con los datos presentados podemos hacer dos afirmaciones incuestionables.

1.- EL ASFALTO SI SIRVE
2.- EN MEXICO ESTAMOS HACIENDO MAL LAS COSAS.

Que los Pavimentos Asfálticos en México no funcionan adecuadamente, es una realidad. Recorramos alrededor de nuestro lugar de residencia unos cuantos kilómetros y podremos apreciar los baches y los desperfectos en los Pavimentos Asfálticos.

Claro que aquí podríamos poner en práctica una de las salidas habituales en México.; Echarle la culpa a otro. Al presupuesto, a la SCT, al Gobierno del Estado, a la Supervisora, al Sistema de Licitación….

Es en este punto donde vale la pena hacer algunas reflexiones que nos pueden llevar a encontrar la verdadera causa del mal comportamiento de nuestros Pavimentos Asfálticos.

¿Cómo estamos tecnológicamente?

En los foros internacionales, se aprecia una total ausencia de México en lo referente a asistencia y a participación. Repasemos algunos de los foros, donde se discuten los últimos adelantos en cuestión de Pavimentos Asfálticos en el mundo.

AAPT. Asistencia de tres mexicanos, ninguna presentación mexicana.
ISAP. (Internacional Society of Asphalt Pavements). Asistencia de 2 mexicanos, ninguna presentación Mexicana.
Eurobitumen. Asistencia de 4 mexicanos y ninguna presentación mexicana.
Rilem. Asistencia de 3 mexicanos y ninguna presentación mexicana.
TRB. Escasa o nula presencia de mexicanos.
CILA.  Pobre presencia mexicana, otros países como Costa Rica, Argentina, Brasil, España, Portugal, Colombia tienen mayor presencia, siendo que México debería ser el líder en este congreso, en cuanto a presencia y publicaciones.

Congreso Mundial de Emulsiones. Cinco mexicanos, ninguna ponencia,sobre asfálto.

Obviamente estos no son todos los foros pero si una muestra importante.

Después de este corto recorrido, podemos decir sin temor a equivocarnos, que nuestras dependencias relacionadas con la construcción de carreteras, nuestras universidades, nuestros institutos relacionados con los asfaltos, así como nuestras empresas constructoras y afines al asfalto tienen poca o nula presencia, en los foros donde se discute sobre Pavimentos Asfálticos.

¿Qué podemos esperar del estado en que se encuentra nuestra tecnología,
 en lo referente a la construcción de Pavimentos Asfálticos?

Podemos afirmar que estamos lejos de ser un país vanguardista en este rubro. Más bien nos hemos quedado atrás, la SCT ha hecho un gran esfuerzo actualizando la Normativa para la Infraestructura del Transporte, pero este esfuerzo es insuficiente.

En nuestras Universidades, en la carrera de Ingeniería Civil, se le da en términos generales y salvo honrosas excepciones, muy poca importancia al diseño y construcción de carreteras, y mucha menor importancia se le da al asfalto como componente importantísimo.  El número de egresados especialistas en carreteras es muy bajo; el número de posgrados y doctorados es ínfimo, para un país con 112,000 km de carreteras pavimentadas y con un presupuesto de 30,000 millones de pesos en el 2007.

Si se le dedicara en 2007 un 1% del presupuesto para carreteras a la investigación y a la  capacitación de ingenieros y técnicos se dispondría de un presupuesto de 300 millones de pesos. Este porcentaje es irrisorio, pero de todas formas este presupuesto, aplicado de forma racional y efectiva año con año, permitiría incrementar el nivel de la red carretera a un  menor costo.

En todo el mundo se tiene la misma problemática en cuanto a la construcción y mantenimiento de la red vial y  es de todos conocido, que la red vial de un país es un factor fundamental para el desarrollo, pero también es sabido que siempre el presupuesto disponible para este fin es limitado y con mucha frecuencia insuficiente. La única manera de mantener en buen estado la infraestructura vial y adecuarla a la demanda de crecimiento de México, es ejerciendo el presupuesto de forma efectiva, con técnicas avanzadas que ofrezcan mayor duración de los trabajos realizados y que permitan tener una relación costo beneficio mas adecuada.

Se pueden mencionar un gran número de acciones a implementar. Algunas, con carácter enunciativo aunque no limitativo, se mencionan a continuación con ánimo propositivo sin pretender lastimar susceptibilidades y como base para una reflexión personal.

• Es imprescindible implementar sistemas de aseguramiento de calidad en todos y cada una de las actividades involucradas en el diseño y ejecución de un proyecto.
• Se requiere incrementar el análisis previo en los proyectos y el número de variables a considerar antes de hacer una propuesta; la metodología analítica debe apegarse a protocolos establecidos previamente, en la que se contemplen diferentes alternativas de propuestas estructurales. Los diseños de pavimentos se deben basar  en pruebas de desempeño del pavimento. Los diseños de mezclas asfálticas también deben basarse en pruebas de desempeño, no solamente limitarse a cumplir con una estabilidad Marshall.
• Los materiales pétreos deben someterse a un análisis meticuloso, en el que se le de especial importancia a la forma de la partícula, a la granulometría y al material que pasa la malla 200 en lo referente a su calidad y contenido. En el  caso de capas de rodadura, se deben añadir pruebas que garanticen el desempeño, como son las  pruebas de pulimento acelerado.
• En lo referente a los productos asfálticos, el aseguramiento de la calidad es de gran importancia, por lo que se tienen que implementar protocolos que aseguren la calidad de los mismos.
• Con relación a la ejecución de los trabajos, un control permanente e intenso llevado a cabo por personal altamente calificado, es prioritario, ya que los esfuerzos propuestos anteriormente, se pueden ver diluidos cuando la ejecución de los trabajos es deficiente.
• La necesidad de contar con más empresas supervisoras con más y mejor equipo y con personal altamente capacitado, es también imperativa.

• Se debe proveer a la SCT de herramientas que le permitan seleccionar a la empresa más adecuada para la realización de los trabajos y evitar en lo posible, que empresas con malos antecedentes ganen licitaciones. Esto incentivaría a los contratistas a hacer mejor las cosas.

• Especificar de manera detallada en las licitaciones, las características finales a cumplir por los trabajos contratados y aumentar a cinco años la garantía otorgada por el ejecutor del trabajo. 

Finalmente en todo este panorama un componente imprescindible, es la calidad moral del personal involucrado, la ética profesional y el compromiso con nuestro país, dado el enorme costo e impacto social que tiene la construcción y mantenimiento de la infraestructura vial.

Tenemos mucho por hacer y no se crean el título de este escrito.
 
¡ EL ASFALTO SI SIRVE. HAGAMOS BIEN LAS COSAS !

En años recientes, le hemos dado mucha atención al concepto de pavimentos flexibles de larga duración o "Pavimentos perpetuos". La mayoría, si no toda, de esta la atención se ha enfocado en pavimentos diseñados para carga pesada como las carreteras e Interestatales. Aunque la atención dada a estos pavimentos de alto volumen es justificada, la inmensa mayoría de los pavimentos en los E.E.U.U. y en el mundo son actualmente de bajo volumen. Estos pavimentos de bajo volumen, los cuales componen el 70 % de las millas del carril central pavimentado, a menudo la mayoría en existencia son rurales o urbanas residenciales y normalmente son administradas por entidades con recursos extremadamente limitados. Debido a su costo de ciclo de vida posiblemente más bajo y duradero, el concepto de Pavimentos perpetuos puede ser de gran beneficio cuando se apliquen a los caminos de bajo volumen.

Sin embargo, no es tan fácil como construir una Interestatal de Pavimento perpetuo o un camino rural. Lo que algunos trabajos serían buenos para la Carretera de Long Beach en Los Ángeles, California no serían los apropiados para el Camino de la Granja al Mercado en Kalispell, Mont. Es probable que sean relacionados los conceptos asociados con los pavimentos flexibles de larga duración de bajo volumen, pero diferentes de aquellos asociados con los pavimentos de larga duración de alto volumen. Este artículo define un pavimento de bajo volumen como uno que es sujeto al equivalente de 25,000 cargas axiales sencillas (ESALs) por año. Esto significa que la mayoría de los pavimentos de bajo volumen son encontrados en las áreas rurales o en las urbanas residenciales o calles de recolección.

Tendencias de diseño normal en pavimentos de bajo volumen.

Los métodos de diseño normal para pavimentos flexibles de larga duración de alto volumen son en general demasiado complejos y de recursos exhaustivos para ser usados a nivel local, nivel en que la mayoría del pavimento de bajo volumen es diseñado y conservado. Esto puede dar como resultado el diseño y fabricación de pavimentos flexibles estructuralmente débiles en un esfuerzo para minimizar los altos costos. La tabla adjunta muestra algunos diseños más pequeños comunes locales de pavimento en el estado de Washington y Hawai. Estos tipos de diseños pueden ser completamente compatibles aun entre dos climas muy diferentes.

Exceptuando a la Ciudad de Redmond, a la Ciudad de Vancouver, a la Asociación de Pavimento Asfáltico de Washington (WAPA) y a la Industria de Pavimentación Asfáltica de Hawai (HAPI), los diseños estructurales enlistados en la tabla anexa no son probablemente lo último en duración, ya que al menos uno de los siguientes es cierto:

• La carpeta es lo suficiente delgada para permitir el agrietamiento significativo por fatiga del fondo hasta la superficie.


• La porción de la mezcla asfáltica en caliente del pavimento es demasiado delgada que permite que el material de la superficie se dañe potencialmente y sea removido por desmoronamiento. Esto se relaciona a las líneas del borde y a los espacios libres de puentes debiendo dárseles mantenimiento.


• El soporte estructural del todo es demasiado pequeño para prevenir al subrasante de las roderas. La fuerza o rigidez del subrasante no está propiamente especificada. Esta falta de especificación pudiera permitir una estructura marginal de pavimento que es basada en una subrasante débil resultante de una falla previa.
  
  En contraste a estos pavimentos “desechables”, la tabla adjunta también muestra que algunas organizaciones reconocen los beneficios de los diseños estructurales más sustanciales y especifican normalmente lo que este artículo consideraría los pavimentos de larga duración de bajo volumen.

1. Número estructural de la AASHTO calculado con una HMA = 0.44, piedra triturada = 0.13, base de asfalto tratado = 0.30.


2. Requerimientos de la fuerza o rigidez del subrasante indicados en el diseño. A menudo los estándares mencionarán que el subrasante necesario debería ser tomado en cuenta en el diseño pero la guía detallada no lo proporciona.


3. Del catálogo de diseño Guía de Pavimento Asfáltico de la Asociación de Pavimentos Asfálticos de Washington (www.asphaltwa.com)


4. Del catálogo de diseño de la Guía de Pavimento Asfáltico de la Industria de Pavimentación Asfáltica de Hawai.

Guías eficaces para los pavimentos flexibles de larga duración de bajo volumen. Las guías de diseño para pavimentos flexibles de larga duración de alto volumen no son prácticas para los pavimentos de bajo volumen, los cuales son comúnmente administrados por las entidades locales (por ejemplo: ciudades y condados) que no tienen recursos humanos y financieros para diseñar y construir un pavimento con estas guías. Un conjunto de guías más eficaces y prácticas para pavimentos de larga duración de bajo volumen son:

• El espesor del pavimento debe ser bastante profundo para prevenir el inicio de honduras. La evidencia parece sugerir que en pavimentos de más de 6 pulgadas de espesor la tendencia de agrietamientos inicia en la superficie y continua hacia abajo y la rodera estructural (subrasante) es relativamente insignificante.


• El espesor del pavimento debe ser apropiado para evitar la renovación periódica de la superficie usando maquinarias moledoras. La renovación periódica de la superficie incluye desmoronar un espesor específico de HMA y reemplazarlo con una nueva capa de HMA del mismo espesor. Esto implica un espesor mínimo de pavimento controlado por dos criterios:
  
  
1. En general, la profundidad de desmoronamiento necesita ser entre 1.5 y 4 pulgadas para remover la mayoría del agrietamiento y rodera de la superficie.
   
   
2. Una profundidad mínima de pavimento de al menos 2 pulgadas debería permanecer después del desmoronamiento para: (1) ayudar a minimizar la posibilidad de que cantidades grandes, extensas y profundas de pavimento sean removidas inadvertidamente por la máquina moledora, y (2) proveer la estructura apropiada de pavimento para mantener la máquina moledora y el demás equipo de construcción.
   
   
• El tráfico futuro debe ser en cierto modo fácil de predecir. Diferente a los pavimentos de larga duración de alto volumen que son diseñados con espesor suficiente para soportar virtualmente carga infinita, los pavimentos de larga duración de bajo volumen son diseñados más delgados, realizando niveles de carga muy importantes.


• La fuerza y preparación adecuada del subrasante es esencial. La mayoría de las guías de pavimento de larga duración especifica un subrasante mínimo de 5 o más de porcentaje de carga California (CBR). Algunas entidades tales como la Dependencia de Caminos Nacionales de Sudáfrica, usa un mínimo del 10 al 15 de CBRs. No es probable que algún pavimento sea de larga duración cuando se ha construido con un subrasante extremadamente pobre.


• El mantenimiento y la rehabilitación a tiempo son esenciales. Sin un mantenimiento apropiado y una rehabilitación de superficie a tiempo, los defectos de la superficie se propagarán en el interior de la estructura del pavimento necesitando mayor rehabilitación o reconstrucción. Los procedimientos de mantenimiento y rehabilitación son probablemente el enlace más débil en el diseño de pavimento de larga duración de bajo volumen, ya que deben ser mantenidos en vida del pavimento y por lo tanto están sujetos a cambio de climas políticos y económicos.


• La construcción de calidad es esencial. La construcción apropiada es esencial para asegurar que las especificaciones de diseño, principales y supuestas, son cumplidas adecuadamente en el campo.

Un análisis estructural breve usando programas de Per-Road y un análisis de costo de ciclo de vida usando programas de LCCA (ambos disponibles en la página de internet de la Alianza de Pavimento Asfáltico) muestran que el pavimento diseñado usando estas guías tienen niveles más bajos de peligro y costos de ciclo de vida más bajos que los pavimentos de desecho. Aunque es útil tener programas que den guía de diseño, es más convincente revisar el desempeño de los pavimentos. Si bien este tipo de análisis de computadora es bueno es mucho más convincente ver como los pavimentos de bajo volumen se han desempeñado en el campo en estos años.

Una investigación del Estado de Washington a los pavimentos de larga duración de bajo volumen.

Una investigación corta en el Estado de Washington juzgó los pavimentos de bajo volumen en todo el Departamento de Transporte del Estado de Washington en un intento de ver si había algunos aspectos o prácticas asociadas comunes con un diseño normal de pavimento de larga duración de bajo volumen y si, verdaderamente, hubo algo en todos. El WSDOT es dueño de un poco más de 7,000 millas de pistas centrales de pavimento del cual cerca de 670 millas de pistas (7%) son de bajo volumen. Esto es normal ya que a menudo la mayoría de los pavimentos de bajo volumen son propiedad de las entidades locales. De estas 670 millas de pistas, 169 millas de pistas (25%) son de superficie HMA, 466 millas de pista (70%) son superficies bituminosas tratadas (BTS o "riego de sello"), 35 millas de pistas (5%) son de superficie macadamizada y ninguna de superficie de cemento de concreto Pórtland. Algunos hechos interesantes y significativos son:

Todos los Tipos de Pavimento

• El 78% de los pavimentos WSDOT de bajo volumen tienen sobre los 35 años de antigüedad, siendo el criterio mínimo de antigüedad para el Premio de Pavimentos perpetuos APA.
• Están en buenas condiciones con un Índice de Aspereza Internacional promedio de cerca de 150 pulgadas/milla.

• Normalmente los pavimentos HMA de bajo volumen transportan entre 16,000 y 25,000 ESALs/año y fueron originalmente fabricados con 1 a 3 pulgadas de HMA sobre 4 a 12 pulgadas de agregado comprimido.
• A menudo la rehabilitación varía entre una capa de HMA y una de BST y generalmente ocurre de cada 6 a 16 años. Las capas de HMA, cuando se usan, son normalmente de 1.8 pulgada de espesor.
• Los pavimentos HMA de bajo volumen normalmente transportan entre 4,000 y 8,000 ESALs/año por el número estructural de la AASHTO.

• Los pavimentos BST WSDOT de bajo volumen normalmente transportan menos de 16,000 ESALs/año y fueron originalmente fabricados con dos o tres BSTs sobre 4 a 12 pulgadas de agregado comprimido.
• Comúnmente la rehabilitación consiste en duplicar el BSTs y ocurre cerca de cada 8 a 20 años.
• Los pavimentos BST de bajo volumen transportan entre 2,000 y 6,000 ESALs/año por el número estructural.

Parece que los pavimentos WSDOT de bajo volumen han funcionado bien por años y han envejecido bien. Esto indicaría que la práctica normal del diseño, mantenimiento y rehabilitación de pavimento WSDOT de bajo volumen, si llegó por política o por oportunidad, ha sido exitoso. Los pavimentos de larga duración de bajo volumen no son únicamente posibles, sino que existen en la actualidad.

A dónde iremos desde aquí?

Parece que la mayoría de los pavimentos de E.E.U.U. y del mundo son bajo volumen, aunque gastemos muy poco esfuerzo diseñando estos pavimentos para las muchas entidades y organizaciones que pueden dar al menos un pavimento "desechable". Los conceptos desde el cuerpo en crecimiento del conocimiento sobre los Pavimentos perpetuos para caminos de alto volumen pueden ser modificados y complementados para crear un conjunto de trabajo de guías para el diseño mantenimiento y rehabilitación de pavimentos de larga duración de bajo volumen. La mayoría de estas guías es sentido común, aun cuando algo necesite mayor investigación. Ciertamente, necesitamos echar una mirada más cerrada de los pavimentos de bajo volumen y como podemos diseñar, construir y dirigirlos como pavimentos de larga duración. Los datos del WSDOT indican que si diseñamos pavimentos con espesores sensibles, aseguramos fabricación de calidad e introducimos un buen plan de mantenimiento y rehabilitación, podemos lograr pavimentos de larga duración de bajo volumen. Desde sus inicios, necesitamos desarrollar mejores guías de diseño basadas en la experiencia en el campo e investigar y promover la idea de que los pavimentos "permanentes" de calidad más alta y de más espesor cuestan menos a la larga que los pavimentos "desechables".

Nota. El texto completo del documento técnico relacionado con este artículo (por Steve Muench, George White, Joe Mahoney, Linda Pierce y Nadarajah Sivaneswaran) pueden ser encontrados en la memorias del Simposio Internacional sobre el Diseño y Construcción de los Pavimentos Asfálticos de Larga Duración, celebrado en Auburn, AL, Junio 7-9, 2004.

Stephen T. Muench. P.E., Ph.D. es Profesor Asistente, Ingeniero Civil y del Medio Ambiente, Universidad de Washington.