Evaluación del comportamiento físico-mecánico de mezclas asfálticas PEN 60/70 en caliente con incorporación de fibras de acero de neumático reciclado

Abstract

La presente investigación tuvo por objetivo analizar el desempeño físico y mecánico de las mezclas asfálticas tipo PEN 60/70 elaboradas en caliente, modificadas mediante el uso de fibras metálicas recicladas provenientes de neumáticos en desuso, con el fin de determinar los efectos técnicos, económicos y ambientales asociados a su aplicación en pavimentos flexibles. El estudio se desarrolló bajo un enfoque aplicado y experimental, elaborando mezclas asfálticas con cuatro niveles de dosificación de fibra de acero reciclada (1 %, 2 %, 3 % y 4 %). Para evaluar sus características se aplicaron los ensayos normalizados Marshall, Cantabro y Lottman, siguiendo los procedimientos establecidos por el Manual de Ensayos del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC), además de la correspondiente caracterización de los materiales utilizados. El porcentaje óptimo de ligante asfáltico se determinó en un valor de 4.9 %, el cual permitió equilibrar cohesión, vacíos y estabilidad de la mezcla asfáltica. Los hallazgos experimentales mostraron que la composición con 3 % de fibra metálica reciclada presentó el mejor desempeño, alcanzando un aumento del 83.8 % en la estabilidad Marshall, una disminución del 29.8 % en el flujo y una reducción del 32 % en la pérdida Cantabro, frente a la mezcla tradicional. Asimismo, el índice de Resistencia a la Tensión (TSR) aumentó de 73.5 % a 88.4 %, lo que demuestra una mejora considerable en la durabilidad y la capacidad frente al deterioro por humedad. Desde una perspectiva económica, la adición de fibra generó un incremento inicial del 1.04 % en el costo unitario por metro cuadrado, aunque permitió extender la vida útil del pavimento analizado de 20 a 28 años y disminuir los gastos de conservación en 15.3 %, alcanzando una relación beneficio–costo entre 1.12 y 1.28. En el aspecto ambiental, la mezcla modificada logró disminuir la emisión de 0.26 toneladas de CO₂ equivalente por cada 20 m³ producidos, además de ahorrar más de 4 GJ de energía y valorar aproximadamente 90 neumáticos reciclados por tramo vial, contribuyendo a una reducción de emisiones de hasta 75 % en comparación con la mezcla tradicional. En síntesis, la adición del 3 % de fibras metálicas recicladas en las mezclas asfálticas en caliente optimiza sus propiedades físico–mecánicas, prolonga su durabilidad estructural y aporta ventajas económicas y ambientales, consolidándose como una alternativa técnica sostenible y eficiente para el fortalecimiento de la infraestructura vial nacional.

The objective of this research was to analyze the physical and mechanical performance of hot-mix PEN 60/70 asphalt mixtures modified with recycled metal fibers from end-of-life tires, in order to determine the technical, economic, and environmental effects associated with their application in flexible pavements. The study was conducted using an applied and experimental approach, producing asphalt mixtures with four levels of recycled steel fiber dosage (1%, 2%, 3%, and 4%). To evaluate their characteristics, the standard Marshall, Cantabro, and Lottman tests were applied, following the procedures established by the Test Manual of the Ministry of Transport and Communications (MTC), in addition to the corresponding characterization of the materials used. The optimum percentage of asphalt binder was determined to be 4.9%, which allowed for a balance between cohesion, voids, and stability of the asphalt mixture. The experimental findings showed that the composition with 3% recycled metal fiber performed best, achieving an 83.8% increase in Marshall stability, a 29.8% decrease in flow, and a 32% reduction in Cantabro loss compared to the traditional mixture. Likewise, the Tensile Strength Resistance (TSR) index increased from 73.5% to 88.4%, demonstrating a considerable improvement in durability and resistance to moisture deterioration. From an economic perspective, the addition of fiber generated an initial increase of 1.04% in the unit cost per square meter, although it extended the useful life of the pavement analyzed from 20 to 28 years and reduced maintenance costs by 15.3%, achieving a benefit-cost ratio between 1.12 and 1.28. From an environmental standpoint, the modified mixture reduced CO₂ equivalent emissions by 0.26 tons per 20 m³ produced, in addition to saving more than 4 GJ of energy and recycling approximately 90 tires per road section, contributing to a reduction in emissions of up to 75% compared to the traditional mixture. In summary, the addition of 3% recycled metal fibers to hot asphalt mixtures optimizes their physical and mechanical properties, prolongs their structural durability, and provides economic and environmental advantages, consolidating it as a sustainable and efficient technical alternative for strengthening the national road infrastructure.