Trabajos Premiados VII Edición

Trabajo ganador:
“Estudio físico-químico de la oxidación del betún asfáltico y su relación con la fatiga a temperaturas intermedias de servicio”.


Resumen:
En el campo de los betunes asfálticos se han realizado esfuerzos enormes por mejorar el desempeño de estos materiales: trabajos con nanomateriales, polímeros, uso de campos magnéticos, autorreparaciones térmicas, campos eléctricos, entre otros. Éstos han generado un gran aporte, solucionando problemas presentes del material; no obstante, a ciencia cierta, no se sabe cuál es el efecto de estas técnicas a futuro, sobre todo en relación con la oxidación del betún.

La oxidación del betún ha sido un tema importante de investigación durante décadas. Es bien conocido que la oxidación causa la fragilidad del betún, por lo que comúnmente se le relaciona con la fatiga, una falla que reduce significativamente su vida útil. Adicionalmente, se ha encontrado que las transformaciones químicas que ocurren durante la oxidación son las responsables del desempeño del material a largo plazo. Las transformaciones químicas que le ocurren al betún con la oxidación incluyen el aumento en el contenido de oxígeno, así como las insaturaciones en las moléculas. Esto incrementa la polaridad y rigidez del material. Como consecuencia, su respuesta elástica aumen y se altera su reología. Estas transformaciones son importantes para determinar el desempeño del pavimento durante su vida útil. Sin embargo, tales procesos químicos y reológicos no han sido caracterizados completamente, debido a la ineficiencia de los procedimientos actuales de envejecimiento del betún. Por tal razón, el objetivo de este trabajo es caracterizar de manera integral la oxidación del betún y relacionar los cambios observados con su respuesta mecánica. Para lograr esto, varias muestras de betún fueron expuestas a la oxidación real de campo, así como al envejecimiento térmico en laboratorio. Las muestras fueron caracterizadas química y reológicamente. Se encontró una correlación en el contenido de ciertas especies químicas en el material y su comportamiento mecánico a temperaturas intermedias. Adicionalmente, el presente estudio permitió verificar la ineficiencia de las técnicas convencionales de envejecimiento y plantear recomendaciones convenientes.

La forma en que se concibe la fatiga del betún en los países que proponen las normativas internacionales está ligada a condiciones de temperatura muy baja. El concepto de fatiga a temperaturas intermedias de servicio no es aceptado por la mayoría, pero es una realidad que este fenómeno está presente en las carreteras latinoamericanas, incluso en países con clima tropical.

Este estudio se basa en la revisión de protocolos de ensayo de fatiga en betunes asfálticos junto a una revisión bibliográfica de los parámetros actuales utilizados en la determinación del efecto de la fatiga en el desempeño.

Con el presente trabajo se pretende tener un mayor entendimiento del fenómeno de la fatiga a temperaturas intermedias de servicio. Adicionalmente, se plantea una nueva forma de evaluar el comportamiento de los betunes desde el punto de vista reológico, por lo que puede representar una herramienta útil en la toma de decisiones referentes a la elección del material y a la planeación e intervención de proyectos de infraestructura vial.

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Autores:

  • Rafael Ernesto Villegas-Villegas, Investigador del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales LanammeUCR de la Universidad de Costa Rica.
  • Alejandra Baldi-Sevilla, Investigadora del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales LanammeUCR de la Universidad de Costa Rica
  • José Pablo Aguiar Moya, Coordinador de la Unidad de Materiales y Pavimentos del Programa de Infraestructura Vial (PITRA) del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales LanammeUCR de la Universidad de Costa Rica y Docente de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica.
  • Luis Guillermo Loría-Salazar, Coordinador General del Programa de Infraestructura del Transporte (PITRA) del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica (LanammeUCR) y Docente de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica.



Accésit:
Inventarios de carreteras y reconstrucción del trazado mediante vídeo, receptores GNSS y otras herramientas de bajo coste”.

Resumen: Los procedimientos actuales para la realización de inventarios de carreteras no dan una solución adecuada para todos los tipos de vías ni para las necesidades de información de todos los agentes interesados en ellas. Este trabajo de investigación propone alternativas de bajo coste para algunos de los problemas que se plantean en el inventariado de carreteras y caminos.

En este trabajo de investigación se desarrolla, en primer lugar, un algoritmo que sincroniza las filmaciones de vídeo con las trazas GNSS (Global Navigation Satellite System) de los recorridos. Como aplicación, se desarrollan herramientas informáticas que resuelven el inventario fílmico de cualquier tipo de carretera. Estas herramientas necesitan un postprocesamiento reducido y permiten la utilización de dispositivos de bajo coste.

A continuación, se propone un modelo de datos flexible y un formato de almacenamiento basado en estándares abiertos, que permiten gestionar la información de cualquier inventario de carreteras. El modelo de datos propuesto facilita la reutilización de la información y la realización incremental de los inventarios. Se propone, además, un procedimiento que permite la utilización de herramientas de código abierto y métodos de trabajo colaborativos.

Por último, se resuelve el problema de la obtención de la geometría del perfil longitudinal de las carreteras. Para ello, se ha desarrollado un algoritmo que proporciona las expresiones analíticas de las alineaciones verticales de dicho perfil a partir del valor de las pendientes longitudinales en los puntos del eje. El algoritmo se integra en un programa de ordenador que incluye una herramienta para la generación de perfiles sintéticos de carreteras con parámetros aleatorios.

Para poner a prueba los algoritmos y procedimientos propuestos se han realizado ensayos utilizando perfiles sintéticos y datos tomados en carreteras, vías ciclistas y caminos forestales. Las tomas de datos en carreteras se han hecho utilizando las propias herramientas desarrolladas en la tesis, datos procedentes de fuentes públicas, de diferentes tipos de receptores GNSS y de clinómetros.

Los resultados obtenidos en los ensayos demuestran la validez de los algoritmos, herramientas y procedimientos que propone este trabajo de investigación.

Autor:

Santiago Higuera de Frutos, Doctor Ingeniero  de Caminos, Canales y Puertos. Máster en Sistemas de Ingeniería Civil.