Donde el caucho se encuentra con la carretera

Los estadounidenses son conductores prodigiosos. cada año, las ruedas del país giran a lo largo de 1,5 billones de kilómetros de carreteras. Eso es aproximadamente 5,000 km por cada hombre, mujer y niño en los Estados Unidos. Pero a pesar del apetito nacional por el asfalto, el pavimento rara vez se piensa dos veces. Excepto cuando es hora de desviar un bache o chocar con una intersección llena de baches. Entonces, lo más probable es que el conductor airado pregunte indignado: ¿Por qué no arreglan estas malditas carreteras?



Relájate, lo son.

El gobierno no elegido de la Web

Esta historia fue parte de nuestro número de noviembre de 1998





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En todo el país, en tranquilas vías rurales y carreteras congestionadas, los ingenieros de carreteras están implementando un nuevo y poderoso principio para la construcción de carreteras conocido como Superpave.

Superpave es una forma novedosa de diseñar mezcla de asfalto en caliente, la mezcla pegajosa cuando está caliente de cemento de color alquitrán y piedra triturada que constituye el 94 por ciento de los pavimentos de EE. UU. Es una tecnología sobresaliente, dice Neil Hawks, director de programas especiales de la Junta de Investigación del Transporte (TRB) en Washington D.C. También es un gran cambio para el arte en gran parte empírico de la construcción de carreteras. Superpave reemplaza la construcción de recetas, basada en experiencias pasadas, con diseños de pavimentos basados ​​en una evaluación más analítica de las propiedades de ingeniería de los materiales de las carreteras. El objetivo de Superpave: revestir las arterias de la nación con pavimentos duraderos y hechos a medida.

El nuevo sistema se desarrolló en laboratorios universitarios y de la industria durante un intenso esfuerzo de investigación único en su tipo financiado por el Congreso en 1987. Como cualquier técnica de laboratorio destinada a ser utilizada en el mundo real, Superpave se ha enfrentado a sus obstáculos. Ha tenido que enfrentarse a industrias poderosas y ha significado una curva de aprendizaje pronunciada para los departamentos de transporte locales y los contratistas que realmente pagan y construyen nuevas carreteras. En 1996, utilizaron el sistema en solo 95 trabajos de pavimentación. Pero este año, Superpave ha despegado, y el número aumentó a 1.339 en todo el país, lo que representa casi el 30 por ciento del pavimento colocado en los Estados Unidos.



Las carreteras superpavimentadas no se ven diferentes de sus contrapartes empíricas. Pero los investigadores predicen que durarán mucho más, quizás 15 años en lugar de 10, antes de necesitar un trabajo de mantenimiento importante. Eso debería ahorrar a los departamentos de carreteras más de 500 millones de dólares al año, según una estimación del Instituto de Transporte de Texas. Más concretamente para los viajeros estadounidenses, el estudio calculó que Superpave ahorrará otros $ 2 mil millones al ahorrar tiempo: menos reparaciones de automóviles y menos minutos atascado detrás de los equipos de mantenimiento.

Los orígenes de Superpave se encuentran en una época en la que reinaba la discoteca, el coche más vendido del país era un Oldsmobile y, de repente, y misteriosamente, los nuevos proyectos de carreteras empezaron a fallar. Siempre ha habido casos en los que las cosas salieron mal y la gente no podía explicarlo, dice Damian Kulash, presidente de la Fundación de Transporte Eno de Washington, D.C. Pero la gente empezó a sentir que se estaba volviendo mucho más común. Las carreteras estaban desarrollando los signos de la vejez mucho antes de su tiempo: surcos como surcos del tráfico en los días calurosos y grietas del clima frío.

No hubo causas claras. Los contratistas estaban usando recetas de construcción de carreteras que habían cambiado poco desde 1872, cuando la Quinta Avenida de la ciudad de Nueva York recibió los primeros pavimentos de asfalto del país. Es cierto que el tráfico se había incrementado de manera constante. Y se sospechaba que los camiones más pesados ​​con neumáticos más rígidos cometían actos cobardes de desgaste. Otros señalaron con el dedo al asfalto, un residuo pegajoso del refinado del petróleo. El embargo petrolero de la OPEP había reorganizado las líneas de suministro y había cambiado la naturaleza del material.

Aunque el asfalto se había utilizado durante miles de años (los antiguos egipcios lo usaban para la momificación) y la grava aún más, las propiedades mecánicas del pavimento permanecían en gran parte inexploradas. Entonces, cuando las carreteras comenzaron a fallar, los ingenieros de carreteras no sabían qué cambiar. Tampoco era probable que surgieran respuestas fáciles de la línea de investigación, que había estado seca durante mucho tiempo. Las cifras de un sombrío informe de 1984 de la TRB lo decían todo. La industria de los semiconductores gastaba el 8 por ciento de las ventas en I + D; la industria farmacéutica, el 6 por ciento; incluso los rezagados en I + D, como la industria de alimentos y bebidas, se ubicaron apenas por debajo del 1 por ciento. La industria de las carreteras había gastado menos del 0,2 por ciento.



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El espectro del deterioro de la infraestructura y el sombrío escenario de financiación impulsaron al Congreso a actuar. En 1987, lanzó el Programa de Investigación Estratégica de Carreteras (SHRP), una oferta de $ 150 millones para encontrar soluciones a los problemas más difíciles de los ingenieros de carreteras. La totalidad de los 50 millones de dólares se destinaron a resolver el problema del pavimento.

Moonshot de pavimento

Sin embargo, la innovación era un concepto tan ajeno al asfalto que Kulash, quien se convirtió en el director ejecutivo de SHRP, se desesperó de encontrar investigadores capaces. Pasaba muy poco, dice. Nos preocupaba que no hubiera suficiente capacidad técnica. Pero esto iba a ser la luna llena de pavimento. Entonces, bajo el liderazgo de Tom Kennedy en la Universidad de Texas, Austin, ingenieros de la academia y la industria se unieron para un esfuerzo de seis años para encontrar mejores formas de construir pavimento.

El resultado de toda la investigación es Superpave, que es sinónimo de pavimentos asfálticos de rendimiento superior. Superpave no es un supermaterial único ni una información clave. En cambio, es un nuevo conjunto de equipos de prueba y protocolos para mezclar carreteras que garantizan que se mantendrán a la altura del clima y el tráfico de una ubicación específica.

Tomemos el asfalto, también conocido como aceite caliente por los trabajadores de la refinería que lo producen como un subproducto del craqueo catalítico que libera la gasolina y el combustible de calefacción del crudo. Antes de Superpave, los contratistas desde el norte de Maine hasta la línea de Virginia usaban el mismo grado de asfalto. Eso es porque probaron solo su viscosidad, para ver qué tan bien evitaría la formación de surcos en verano.

Pero en el noreste, las grietas del pavimento se abren por el frío con más frecuencia que por el calor. Con Superpave, explica el ingeniero de materiales del Departamento de Transporte de Connecticut (DOT), Nelio Rodrigues, el asfalto ahora tiene que saltar por un aro al pasar las pruebas de rendimiento a altas y bajas temperaturas. Una prueba somete asfalto vítreo a temperatura ambiente a una máquina conocida como reómetro de cizallamiento dinámico. Adaptado por los investigadores de SHRP a partir de un modelo que mide la consistencia del queso crema, el dispositivo aplica una fuerza de torsión para medir la capacidad del asfalto para resistir la deformación. Otra prueba pide palos de asfalto frío colocados sobre morillos diminutos para soportar un peso. Si se agrietan, el asfalto no es adecuado para regiones frías.

Observar las bajas temperaturas es un gran paso adelante, dice April Swanson, química investigadora de la refinería de Amoco en Whiting, Indiana. Hasta Superpave, no existía un método práctico para hacerlo. Ahora realmente estamos midiendo las propiedades de la ingeniería.

Bajo Superpave, los técnicos de Whiting prueban los 40,000 barriles de asfalto producidos por la planta cada día, clasificando lotes con etiquetas como Performance Grade 58-28. La etiqueta significa que el asfalto está clasificado para realizar sus funciones desde un chisporroteo de 58 C hasta -28 C. Swanson dice que Amoco ahora agrega una variedad de polímeros para cumplir con los grados más altos. Para seleccionar el asfalto perfecto para un trabajo de pavimentación, los ingenieros buscan las temperaturas extremas en su sitio de construcción utilizando datos del Servicio Meteorológico Nacional.

Elegir el asfalto ideal es solo la mitad del juego. Luego, los ingenieros deben mezclar la mezcla correcta de roca o agregado. Antes de Superpave, los constructores de carreteras sentían intuitivamente que tenían un conocimiento sólido de las proporciones de piedra gruesa y fina que constituían un buen pavimento. Todos usaban lo que consideraban mezclas probadas y comprobadas, dice Kulash. Pero no eran las mismas cosas. No hubo evangelio.

Superpave combina el mejor conocimiento existente en una nueva escritura para el diseño de mezclas volumétricas. Las largas tablas definen la combinación ideal de piedras, bolsas de aire y asfalto, dependiendo de la cantidad de tráfico esperado. Para asegurarse de que la teoría se mantenga en la práctica, los ingenieros utilizan otro invento de SHRP, el compactador giratorio Superpave, para amasar un recipiente de pavimento del tamaño de una lata de pintura a alta presión. Las muestras resultantes muestran cómo se verá la superficie de la carretera después de ser compactada con rodillos y los años de tráfico que siguen.

Si los bloques no superan los exámenes de rendimiento, los ingenieros modifican el diseño de la mezcla cambiando las piedras o agregando un mejor asfalto. En lugar de los diseños de talla única del pasado, dice Rodrigues, con Superpave cada camino usa un pavimento hecho a medida.

Prueba de conducción

Pasarán años antes de que sepamos si Superpave hace honor a su nombre, pero ya están llegando informes alentadores. En Nueva York, los contratistas repavimentaron 50 kilómetros de la Interestatal 81 en todo el condado de Cortland con dos tercios de la receta original y un tercio de Superpave. Después de solo un invierno, según el director estatal de servicios técnicos Paul Mack, el asfalto anticuado comenzó a deteriorarse. La sección Superpave se ve muy bien en comparación, dice.

Superpave ha visto su parte de fallas técnicas y resistencia en el mundo real. Varias de las pruebas de asfalto bombardeadas en el mundo real, y Swanson de Amoco dice que otras están resultando difíciles de usar. Aunque sus técnicos toman medidas cuidadosas, ella regatea regularmente los resultados con las plantas de mezcla en caliente. Estas empresas, que suministran pavimento en bruto a los equipos de construcción, repiten las pruebas de rendimiento, a menudo con resultados diferentes.

Los equipos de carretera también se enfrentan a una curva de aprendizaje. Las nuevas mezclas tienen piedras más grandes y están resultando difíciles de compactar, dice el ingeniero de materiales del estado de Nueva York William Brudi. En un trabajo típico en la carretera, el equipo de una máquina pavimentadora arroja una franja de mezcla muy caliente y los rodillos deslizantes con ruedas de acero lo siguen unos 60 metros por detrás, planchándolo a temperaturas cercanas a los 93 ° C. Pero Brudi dice que eso no es lo suficientemente caliente para Superpave. Ahora, en un proyecto de $ 90 millones para construir un carril HOV de 9 km en la autopista Long Island Expressway, los rodillos siguen calientes en la cola del equipo de pavimentación, compactando la mezcla a 150 ° C. Eso exige mucha más coordinación de las máquinas. , dice Brudi. Los equipos no están acostumbrados a comunicarse, ahora tienen que hacerlo bien.

A veces, quienes se resisten a la nueva tecnología tienen razón. En un trabajo de 1993 cerca de Kingman, Arizona, los contratistas que siguieron las pautas de Superpave omitieron el químico antideslizamiento que se usa convencionalmente para proteger la carretera de la humedad. Hoy en día, las grietas de humedad serpentean sobre la superficie de la carretera. Creemos que aceptar ciegamente este procedimiento de diseño sin utilizar nuestros conocimientos de ingeniería es un flaco favor para los ciudadanos de Arizona, dice la ingeniera estatal del Departamento de Transporte, Julie Nodes.

La reacción de personas como Nodes es crítica: el destino de Superpave depende de la aprobación de dichos funcionarios porque los DOT estatales financian la mayor parte de la construcción de carreteras en el país. Hasta ahora, la mayoría ha adoptado con entusiasmo las especificaciones voluntarias de Superpave, con Indiana, Maryland y Nueva York a la cabeza. En general, 38 estados ahora piden a los contratistas que utilicen los nuevos asfaltos con clasificación de desempeño, y casi la mitad está implementando el diseño de mezcla agregada.

Curvas por delante

Si bien los estados son los principales impulsores del pavimento, el éxito de Superpave también depende de la aceptación de los 40.000 gobiernos locales que poseen y operan carreteras, así como de la miríada de contratistas, fabricantes de equipos y canteras que les sirven. El trabajo de implementación no ha terminado, dice Gary Henderson, líder del equipo de entrega de tecnología Superpave de la Administración Federal de Carreteras. Tampoco es barato: el equipo, la capacitación y los estudios de seguimiento necesarios para sacar Superpave del laboratorio y llevarlo al campo ya han costado $ 150 millones, tres veces más que la investigación original.

Dejando a un lado los gastos, reunir a académicos, contratistas y proveedores en un propósito común puede ser la innovación más vital del nuevo sistema. Mientras que la desconfianza una vez reinó en la industria rebelde, dice Kulash, el sello distintivo de Superpave es que ha creado un entorno constructivo. Y eso, cree, debería acelerar la introducción de nueva tecnología.

En varios centros, los ingenieros continúan tramando formas de hacer que la construcción de carreteras sea aún menos un arte. Por ejemplo, en la Universidad de Maryland, un equipo dirigido por Matt Witczak está creando modelos informáticos que, cuando se alimentan con estimaciones de tráfico y propiedades de rendimiento de las materias primas, deberían predecir con precisión cuántos años durará un pavimento antes de que se resquebraje o agriete debido a la temperatura y fatiga.

Sin embargo, el futuro de tales proyectos fue cuestionado por la Ley de Equidad en el Transporte para el Siglo XXI, que el presidente Clinton promulgó el 9 de junio. El plan de gastos de seis años y $ 217 mil millones aumentó el gasto en construcción de carreteras en casi un 40 por ciento, pero destruyó fondos para la investigación e implementación federal del asfalto, y redirigió gran parte del dinero a los estados.

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¿La ley de transporte es kriptonita para Superpave? No es probable. Aunque Superpave no tiene tanto brillo mediático como una nueva cura médica, y puede que no produzca tantos millonarios como una startup de Silicon Valley, tiene el atributo clave de cualquier héroe que perdura: un corazón para la gente. Es una solución adecuada para los 50 estados que hace que el pavimento dure en Los Ángeles u Omaha, en el calor y en la lluvia, en las buenas o en las malas. Y no hay nada que les guste más a los estadounidenses que un tramo largo y recto de asfalto, sin grietas.

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