COMPARACIÓN ENTRE LAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE …

TESIS DE GRADO DE INGENIERIA CIVIL

COMPARACIÓN ENTRE LAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES UTILIZADAS DEL AÑO 1950 AL AÑO 2002 EN ESTADOS UNIDOS Y COLOMBIA (BOGOTÁ)

Realizada por: Martha Lucía Ospina Tarazona

Asesora: Silvia Caro Spinel

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Facultad de Ingeniería

Universidad de Los Andes

Bogotá, Diciembre 2 de 2002

Comparación entre las metodologías de diseño utilizadas del año 1950 al 2002 en Estados Unidos y Colombia. Martha Lucia Ospina Tarazona 2002-I-IC-25

INTRODUCCION El diseño de los pavimentos flexibles nace como una ciencia a principios del siglo XX, teniendo

lugar en 1901 la aparición del método de diseño del estado de Massachussets, el cual es uno

de los primeros métodos de diseño basado en teorías más o menos racionales (Sánchez, 1984:

145). Desde este año, diversos organismos viales han trabajado en numerosos métodos de

diseño buscando abarcar con ellos las diferentes variables que representan las condiciones de

clima, carga, humedad, etc., a las que se verá sometido un pavimento a lo largo de su vida

útil (Sánchez, 1984: 145).

Muchos fueron los hechos y fenómenos que fomentaron los grandes avances en la evolución de

las metodologías de diseño en el mundo. Algunos de ellos fueron:

• La II Guerra Mundial (1939-1945), la cual creó dos necesidades diferentes y de igual

importancia: la de construir y diseñar pavimentos que soportaran el peso de aviones y

equipos de guerra, los cuales representaban cargas extremadamente altas comparadas

con las soportadas por los pavimentos hasta entonces diseñados (en el caso de Estados

Unidos), y, la de construir y reconstruir carreteras y calles de la forma más económica

posible (en Europa).

• La creación y mejora de un gran número de ensayos de laboratorio que permitían

conocer con mayor exactitud las características y propiedades del suelo de subrasante y

de los materiales a disposición para la construcción de la vía.

• La mejora de las características y propiedades de los materiales utilizados y el

descubrimiento de nuevos materiales.

• El desarrollo de instrumentos que permitían seguir más de cerca el cambio en las

variables climáticas de la zona en la que se realizaba la construcción.

• El desarrollo y mejoramiento de las técnicas constructivas.

• Los cambios en la demanda automotor, sus velocidades y sus pesos.

• La acumulación de un número considerable de experiencias constructivas y de diseño en

diferentes terrenos y bajo diferentes condiciones, a las cuales se les hizo un seguimiento

exhaustivo antes, durante y después de la etapa constructiva para conocer cuales fueron

los errores cometidos y evitar que volvieran a presentarse.


En el país, la evolución de las metodologías de diseño dependió indirectamente de todos estos

factores, puesto que las metodologías aplicadas en Colombia eran tomadas de otros países y

adaptadas con ayuda de aquellos países a las necesidades locales.

Sin embargo, no se podría decir que todos los factores tuvieron el mismo valor para Colombia

que para el resto del mundo porque los mayores adelantos técnicos y tecnológicos, al igual

que las reglamentaciones y seguimientos a las obras una vez terminadas no fueron una

prioridad en nuestro país sino con la llegada de las concesiones de los años 90.

En nuestro país, poco era el seguimiento que se le hacía a las diferentes obras construidas y

por lo tanto muy poco lo que se podía llegar a conocer con respecto a los métodos más

recomendables de diseño para las condiciones específicas de humedad, tráfico, clima,

repeticiones de carga y carga máxima para las diferentes regiones del país.

Desde principios de los años 50, el desarrollo de las metodologías de diseño de pavimentos del

país fue ejercido, por países tales como Estados Unidos e Inglaterra. Con el paso del tiempo,

la influencia sajona en el diseño fue disminuyendo, y las metodologías de diseño racionales,

impulsadas por Europa y principalmente por Francia fueron tomando fuerza en nuestro país,

convirtiéndose en las recomendadas en los Manuales de Diseño de Pavimentos para Bogota

desde 1997.

El cambio en las metodologías de diseño utilizadas en Colombia se hizo evidente desde

mediados del siglo XX, periodo en el cual la demanda de automóviles, buses y camiones

aumentó rápidamente, presentándose por consiguiente un amplio desarrollo de la

infraestructura vial de Bogota y el resto del país.

Durante esta etapa de desarrollo vial, Bogotá busco adaptarse a metodologías de diseño que

satisficieran las condiciones locales de suelo y de disponibilidad de materiales y maquinaria

para poder ofrecer la mejor solución a los problemas técnicos y económicos de las vías de la

ciudad, los cuales eran causados principalmente por las deficiencias que presentaban los

materiales utilizados en los pavimentos y los suelos de subrasante.


A pesar de los incontables esfuerzos y estudios que se han realizado, especialmente durante

la década de los 901, los pavimentos bogotanos siguen presentando fallas tempranas,

alcanzando vidas útiles menores al 50% del tiempo esperado en algunos de los casos. Estas

fallas pueden proceder de los factores que no se tienen en cuenta dentro de las metodologías

de diseño aplicadas en la ciudad como son el clima, el drenaje, las raíces de los árboles, los

asentamientos por sótanos y los problemas con suelos expansivos, siendo todos ellos tratados

especialmente para cada caso y por lo tanto siendo responsabilidad del diseñador de cada

proyecto y no de los manuales.

Sin embargo, esto no se ha comprobado y al encontrarse que los pavimentos bogotanos se

encuentran en su mayoría en mal estado esta situación puede atribuirse a la aplicación

incorrecta de metodologías de diseño y técnicas constructivas a los pavimentos de la ciudad.

Ante el planteamiento de esta inquietud, surgen la investigación y el análisis consignados en

este trabajo, por medio de los cuales se busca realizar un recuento histórico de las

metodologías de diseño de pavimentos flexibles utilizadas en la segunda mitad del siglo XX

en Estados Unidos y Colombia para posteriormente comparar su evolución, su orientación

prevaleciente (empírica, semiempírica o racional), su reglamentación y su desempeño bajo

las condiciones presentes en cada país y región.

La siguiente investigación no pretende generar una nueva metodología de diseño de

pavimentos. Su finalidad es comparar las metodologías existentes, conocer como se han

desarrollado a lo largo de los últimos 50 años y conocer cuales han sido los factores que más

han contribuido a este desarrollo.

Para la realización de este proyecto se consultó información en diversos textos prácticos

extranjeros y teóricos y prácticos colombianos. Por lo anterior, la información aquí recopilada

es principalmente teórica y por esta razón se recomienda complementar las conclusiones y

comparaciones encontradas en el presente documento con información práctica recopilada de

ingenieros y diseñadores que tengan experiencia en pavimentos flexibles en la ciudad.

1 Manuales de Diseño para Bogotá, en 1994, 1997 y 2000.


En el primer capítulo se puede encontrar una breve introducción a las metodologías de diseño

en el mundo y a algunos factores que han influenciado su evolución.

En el segundo capítulo se encontrará la información correspondiente a Estados Unidos y otros

países como Inglaterra, Canadá y Francia en lo concerniente a métodos de diseño de

pavimentos flexibles utilizados de 1930 a 2002.

En el tercer capítulo se encontrará la información complementaria de Estados Unidos

respecto a la evolución de sus métodos constructivos, reglamentación, control de calidad,

ensayos de laboratorio y materiales, en los últimos 50 años.

En el cuarto capítulo se encontrará información con respecto a las metodologías de diseño

empleadas en Colombia en los últimos 50 años, haciendo énfasis en las metodologías que han

sido utilizadas en Bogotá.

En el quinto capítulo se encontrará la información complementaria de Colombia y Bogotá, la

cual corresponde a la evolución de los métodos de diseño, la reglamentación, los materiales,

los controles de calidad y los ensayos, en los últimos 50 años. Además se encontrará una

sección complementaria en la cual se tratan otros avances y hechos.

En el sexto capítulo se encontrará la información correspondiente a la comparación entre las

metodologías de Estados Unidos, Canadá, Inglaterra y Francia con las de Colombia.

Y en el séptimo capítulo se encontrará la información concerniente a las conclusiones de esta

investigación y análisis.

Comparación entre las metodologías de diseño de pavimentos flexibles, utilizadas del año 1950 al año 2002 en Estados Unidos y Colombia (Bogotá). Martha Lucia Ospina Tarazona 2002-I-IC-25

1

INDICE

INDICE ...........................................................................................................................................................1

1. METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS.................................................................................4

1.1 INTRODUCCION ......................................................................................................................................... 4 1.2 CLASES DE METODOLOGÍAS DE DISEÑO....................................................................................... 4 1.3 EVOLUCIÓN EN LA TEORÍA DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS ..................................................................... 5 1.4 PROGRAMAS DE COMPUTADOR...................................................................................................... 7 1.5 CONCLUSIONES ......................................................................................................................................... 8

2. EVOLUCIÓN DE LAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO EN ESTADOS UNIDOS (1950-2000)....................................................................................................................................................9

2.1 INTRODUCCION ......................................................................................................................................... 9 2.2 PERIODO DE 1930 A 1950................................................................................................................... 11

2.2.1 MÉTODO DEL CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO).......................................................... 11 2.2.2 MÉTODO triaxial DE KANSAS..................................................................................................... 13 2.2.3 METODO DE CONO DE DAKOTA DEL NORTE........................................................................ 15 2.2.4 METODO DEL GRUPO ÍNDICE.................................................................................................. 15 2.2.5 MÉTODO MICHIGAN................................................................................................................... 16 2.2.6 METODO DE CALIFORNIA......................................................................................................... 17 2.2.7 PRIMERA VERSIÓN DEL METODO INGLÉS ............................................................................. 18 2.2.8 MÉTODOS CANADIENSES .......................................................................................................... 19

2.3 DECADA DE 1950-1960....................................................................................................................... 19 2.3.1 MÉTODO NAVY (DE LA MARINA) .............................................................................................. 21 2.3.2 METODO TRIAXIAL DE TEXAS .................................................................................................. 22

2.4 DECADA DE 1960-1970....................................................................................................................... 22 2.4.1 MÉTODO AASHO ......................................................................................................................... 22 2.4.2 MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO................................................................................ 23 2.4.3 MÉTODO SHELL .......................................................................................................................... 25

2.5 DECADA DE 1970-1980....................................................................................................................... 26


2

2.6 PERIODO DE 1980 A 2000 ....................................................................................................................... 27 2.6.1 EUROPA (Thom, 1996) ................................................................................................................. 29 2.6.2 CANADA (c-shrp, 2002) ................................................................................................................ 30

2.7 CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 31

3. INFORMACION COMPLEMENTARIA SOBRE ESTADOS UNIDOS (1950-2000)...............................35

3.1 INTRODUCCION........................................................................................................................................ 35 3.2 TÉCNICAS CONSTRUCTIVAS........................................................................................................... 35

3.2.1 introducción ................................................................................................................................... 35 3.2.2 Década 1950-1960......................................................................................................................... 36 3.2.3 Década 1960-1970......................................................................................................................... 37

3.3 MATERIALES, ENSAYOS Y CONTROL DE CALIDAD................................................................... 38 3.3.1 periodo de 1950-1970 ................................................................................................................... 38 3.3.2 Década de 1980-2000 .................................................................................................................... 41

3.4 REGLAMENTACION .......................................................................................................................... 42 3.4.1 periodo 1950-1975/80.................................................................................................................... 42

3.5 CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 43

4. EVOLUCIÓN DE LAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO EN COLOMBIA Y BOGOTA (1950-2000) ............................................................................................................................................................46

4.1 INTRODUCCION ....................................................................................................................................... 46 4.2 PERIODO 1950-1970 ............................................................................................................................... 48

4.2.1 Grupo Índice (gi) .......................................................................................................................... 49 4.2.2 Método Wyoming ........................................................................................................................... 50 4.2.3 método del cbr.............................................................................................................................. 50 4.2.4 Método Mississippi......................................................................................................................... 51 4.2.5 Método de hveem ........................................................................................................................... 52

4.3 DÉCADA 1970-1980 ............................................................................................................................... 53 4.3.1 METODO MOPT-75 (sanchez, 1984)........................................................................................... 55 4.3.2 MÉTODO ABREVIADO MOPT (sanchez, 1984) .......................................................................... 57 4.3.3 METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO................................................................................ 58

4.4 DÉCADA 1980-1990 ............................................................................................................................... 59 4.4.1 NUEVO MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO (MS-1 Septiembre 1981).......................... 60 4.4.2 MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA SANTAFÉ DE BOGOTA (1997) (idu &

universidad de los andes, 1997)............................................................................................................... 61


3

4.4.3 MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA SANTAFÉ DE BOGOTA (2000) (Idu &

Universidad de los andes, 2000).............................................................................................................. 67 4.5 CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 68

5. INFORMACION COMPLEMENTARIA SOBRE COLOMBIA (1950-2000)............................................74

5.1 INTRODUCCION ....................................................................................................................................... 74 5.2 TECNICAS CONSTRUCTIVAS .......................................................................................................... 75

5.2.1 PERIODO DE 1950-1970.............................................................................................................. 75 5.2.2 Década 1970-1980 ........................................................................................................................ 75 5.2.3 Década 1980-1990......................................................................................................................... 76 5.2.4 Década 1990-2000......................................................................................................................... 77

5.3 MATERIALES, ENSAYOS Y CONTROL DE CALIDAD................................................................... 78 5.3.1 Década 1950-1960......................................................................................................................... 78 5.3.2 Década de 1960-1970 .................................................................................................................... 79 5.3.3 Década 1970-1980 ........................................................................................................................ 80 5.3.4 década 1980-1990.......................................................................................................................... 81 5.3.5 Década de 1990-2000 .................................................................................................................... 83

5.4 REGLAMENTACION .......................................................................................................................... 86 5.5 OTROS AVANCES Y HECHOS:.................................................................................................................. 88 5.6 CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 88

6. COMPARACIÓN ENTRE METODOLOGÍAS DE DISEÑO INTERNACIONALES Y METODOLOGÍAS DE DISEÑO COLOMBIANAS ......................................................................................91

6.1 INTRODUCCION................................................................................................................................. 91 6.2 COMPARACIÓN........................................................................................................................................ 92 6.3 CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 99

7. CONCLUSIONES .................................................................................................................................101

8. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................................107

9. A N E X O S ..........................................................................................................................................111


4

1. METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE

PAVIMENTOS

1.1 INTRODUCCION

A continuación se encontrará una pequeña introducción a los tipos de metodologías de

diseño de pavimentos utilizados a lo largo del siglo XX. Dicha clasificación se realiza de

acuerdo a los enfoques racional, semiempírico y empírico manejados por los diseñadores

para proporcionar soluciones a problemas planteados de diseño. Además se encontrará

un breve recuento de la evolución de los métodos de diseño desde sus inicios,

haciéndose énfasis en los sistemas multicapas, el planteamiento de soluciones con

elementos finitos y la solución de sistemas multicapas y elementos finitos con programas

de computador especializados.

1.2 CLASES DE METODOLOGÍAS DE DISEÑO

Tres enfoques de diseño se han manejado a lo largo del siglo XX y se ven reflejados en

las tres clases de metodologías de diseño que se exponen a continuación y que han sido

estudiadas y utilizadas desde 1900 hasta nuestros días:

Racionales: metodologías basadas en consideraciones teóricas sobre la distribución de

los esfuerzos y las deformaciones al interior del pavimento (ejemplos: método Navy,

Shell e Instituto del Asfalto 1981) (Sánchez, 1984: 146). Estas metodologías buscan

validar la ecuación de diseño resultante de los estudios a través de trabajo

experimental (Yang, 1972: 29).


5

Semiempíricas: se basan en teorías más o menos razonables correlacionadas con

pruebas arbitrarias de laboratorio (basados en el CBR, Hveem y Texas) (Sánchez, 1984:

146).

Empíricas: basadas en la práctica y la experimentación. Por lo general manejan

factores de seguridad muy altos, generando así espesores excesivos de diseño

(ejemplo de estos métodos es el de Índice de Grupo) (Sánchez, 1984: 146). Buscan la

racionalidad a través de métodos estadísticos diseñados para adaptar la información

medida a una curva cuya ecuación pueda usarse como base para predecir

comportamientos bajo diferentes condiciones de carga y de fundación (Yang, 1972:

29). El inconveniente de estas metodologías reside en considerar parámetros con una

misma tendencia (Yang, 1972: Prefacio), suponiendo que un suelo bajo ciertas

circunstancias se comportará de la misma manera en cualquier instante de tiempo, lo

cual no es del todo cierto. Todos los factores que influyen en el diseño de un

pavimento son variables y por tal razón un diseño hecho bajo experiencias pasadas

puede no ser viable para experiencias presentes o futuras (Yang, 1972: 7).

1.3 EVOLUCIÓN EN LA TEORÍA DEL DISEÑO DE

PAVIMENTOS

En un principio, las perspectivas empírica y semiempírica fueron las más utilizadas en los

países desarrollados. Pero desde mediados del siglo XX, sus fundamentos teóricos

empezaron a perder adeptos y una nueva perspectiva empezó a tomar fuerza gracias a

los aportes de WESTERGARD (1927), BURMISTER (1945), IVANOV (Rusia) Y MACLEOD

(Canadá) y a la aparición de nuevos ensayos de laboratorio. Dicha perspectiva y las

numerosas pruebas realizadas a las subrasantes y a los materiales de construcción

permitieron desarrollar procedimientos de diseño basados en las propiedades, principios

básicos y comportamiento de los materiales que hacen parte de la estructura del

pavimento, dando origen así a la metodología racional de diseño de pavimentos (IDU &

Universidad de Los Andes, 1997: A-19).


6

Algunos países, especialmente europeos, empezaron a implementar este tipo de teorías

mecanicistas a partir de la segunda guerra mundial, generándose así las primeras

metodologías racionales de diseño de pavimentos por parte de personajes como DE

L`HORTE (Francia, 1948), JEUFROY y BACHELLEZ (1959) (IDU & Universidad de Los

Andes, 1997: A-19, A-20).

Por su parte Estados Unidos enfocó sus estudios al desarrollo de nuevos ensayos de gran

importancia para la cuantificación del tráfico y su acumulación y el cálculo de la

resistencia de la subrasante, entre otros, llevando esto a la continuidad del desarrollo

de la metodología empírica en Norteamérica (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: A-

18).

La primera solución a un sistema multicapa fue presentada por Burmister en 1945,

perfeccionada en sus publicaciones de 1954 y 1956 (Yang, 1972: 201-202). En 1962,

Schiffman extendió el trabajo de Burmister1 a condiciones de carga asimétrica

incluyendo esfuerzos cortantes en la superficie.

Hasta 1972, los estudios iniciados y promovidos por Burmister no habían tenido un

progreso significativo en la ingeniería práctica, estando limitada su promoción a la

comunidad científica principalmente. Esto porque el análisis era de gran complejidad y

demandaba dominio de la materia para transformar los esfuerzos teóricos en esfuerzos

reales soportados por el pavimento. Sólo hasta la aparición de los coeficientes de Jones

en 1962 se reconoce el poder existente en la teoría de capas para la solución de

problemas en pavimentos. El trabajo de Jones fue el primer intento para utilizar la

capacidad computacional para resolver sistemas multicapas.

Gracias al desarrollo de los computadores, las teorías de capas empezaron a tener mayor

acogida, utilizándose en sistemas de n-capas con cargas simétricas y asimétricas.

Además, los computadores fomentaron el uso de las técnicas de elementos finitos, 1 Su trabajo se limitó a cargas normales distribuidas uniformemente en un área circular.


7

siendo los métodos más generalizados el de Wilson (1965) y el de Barksdale (1969)

(Yang, 1972: 212-213).

Para 1972, las asunciones de los sistemas multicapa eran las siguientes:

• Cada capa es de un material isotrópico, homogéneo y sin peso.

• Hay una continuidad de esfuerzos y deformaciones a través de las interfases,

dependiendo de las condiciones planteadas en cada interfaz.

• Casi todas las soluciones suponen materiales linealmente elásticos.

Las distribuciones de carga se trabajaban con Boussinesq, Burmister y elementos finitos

(Yang, 1972: 385) y para el diseño se consideraban los esfuerzos flectores, los

asentamientos diferenciales, los cambios de temperatura, los equipos de construcción y

los estándares de control de calidad (Yang, 1972: 385).

Desde principios de los años 70 (Yang, 1972: 385) y hasta nuestros días se utilizan los

computadores para la solución de sistemas multicapa y de elementos finitos.

1.4 PROGRAMAS DE COMPUTADOR

Los primeros datan de principios de los años 60; en la actualidad existe un gran número

de ellos, todos capaces de resolver casi cualquier tipo de problema de diseño. Algunos

de los programas que se han utilizado hasta el momento se encuentran:

• Analysis of Stress and Displacements (1963)

• Finite-element Method (1967)

• Alize (Francia, 1964)

• DEPAV (Colombia, década de 1980-1990) se encuentra actualmente en uso para los

manuales de diseño de bogota (1997-2000)


8

1.5 CONCLUSIONES

Hasta la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo de las metodologías de pavimentos se

basaba principalmente en la práctica y la experiencia, utilizándose en algunos casos

ensayos de laboratorio para conocer ciertas características de los materiales a utilizar.

Sin embargo, por las diferentes condiciones que se presentaron en Europa y en Estados

Unidos después de la guerra, la idea del método racional, que había aparecido a

principios de siglo, empezó a estudiarse y a desarrollarse en Europa. Con esto se

buscaba encontrar diseños más económicos y durables, basados en el buen conocimiento

de las propiedades de los materiales y de las deformaciones y esfuerzos que debían

soportar al ser utilizados en las diferentes capas del pavimento.

Paralelo al fin de la guerra se publicó la primera teoría de sistemas multicapas, lo cual

implicó que todos los métodos incluyeran diferentes espesores de capas en sus diseños.

Esto planteó un problema adicional para los defensores de la metodología racional, que

de por si era compleja y poco rápida en comparación a las otras, el cual era convertir

este método en una forma más complicada y dispendiosa de conseguir resultados a un

problema de diseño. Por esta razón sólo hasta 1962, al realizarse las primeras tablas con

coeficientes por parte de Jones, la metodología racional comenzó a ganar adeptos y con

la llegada del computador y de los programas de diseño como el ALIZE y el DEPAV, el

diseño racional se convirtió en la metodología más utilizada para el diseño de

pavimentos en la actualidad.


9

2. EVOLUCIÓN DE LAS

METODOLOGÍAS DE DISEÑO EN

ESTADOS UNIDOS (1950-2000)

2.1 INTRODUCCION

Hasta principios de 1970 existían en el mundo más de 20 métodos de diseño

desarrollados por diferentes grupos de profesionales de acuerdo a su experiencia en

diseño y construcción. Dichos métodos manejaban en el diseño todo tipo de

herramientas, desde lectura de cartas hasta sofisticados análisis computacionales

(Yang, 1972: 25-26) y aunque algunos contaban con fundamentos teóricos, otros con

experimentales y otros con un poco de ambos, existía un elemento común a todos ellos:

el equilibrio de la subrasante siempre era considerado (Yang, 1972: 26).

Como se mencionó en la Introducción de esta investigación, el desarrollo de las

metodologías de diseño de los pavimentos asfálticos ha estado íntimamente ligado con el

de los métodos constructivos, los materiales empleados en su estructura, las

reglamentaciones existentes en cada época con respecto a control de calidad de

materiales y construcción y con la evolución de la industria del asfalto. En los primeros

años, los métodos de diseño se basaron en la distribución de la carga de la llanta en la

base de agregados, analizándose la forma en que se repartían las cargas con la teoría de

Boussinesq (Yang, 1972: 26).


10

Con el paso del tiempo, la aparición de grietas en la capa de asfalto de los pavimentos

creó la necesidad de realizar estudios de esfuerzos de tensión en la capa superficial y de

desarrollar análisis y diseños por medio de teorías de capas (Yang, 1972: 26). Así, cada

capa de pavimento se empieza a analizar independientemente, buscando la mejor forma

de diseñarla para que cumpla con las exigencias de las diferentes condiciones de carga,

efectos ambientales y deformaciones.

El desarrollo de las metodologías de diseño de pavimentos en Estados Unidos contó con

el apoyo de diferentes instituciones y programas como fueron:

• la Administración Federal de Carreteras (Federal Highway Administration),

fundada el 11 de Julio de 1916 y responsable de financiar la construcción y

rehabilitación de pavimentos y de establecer los estándares de diseño de

pavimentos (Federal Highway Administration, 1996).

• la AASHO, fundada en 1914 y cuyo nombre fue modificado a finales de los años

70 por AASHTO, mostrándose con esto la importancia que cobró el transporte en

el diseño de los pavimentos desde esa época (Croney & Croney, 1998: 4).

• el programa de Carreteras Interestatales (Interstate Highway Program), el cual se

inició el 29 de Junio de 1956 (Federal Highway Administration, 1996).

A continuación se encontrará un recuento histórico de la evolución de las metodologías

de diseño de pavimentos flexibles en Estados Unidos. Se podrán encontrar un gran

número de metodologías empleadas desde los años 30 hasta finales de los años 70,

siendo ellas una muestra significativa de las numerosas metodologías empleadas en los

últimos cincuenta años en Norteamérica, cuya considerable cifra respondía a la

adaptación que cada Estado realizaba a las diferentes metodologías planteadas

originalmente (ejemplo claro de esto son los numerosos métodos obtenidos del Método

de CBR).

Las metodologías se encuentran ubicadas por décadas, siendo el factor de clasificación

la fecha de aparición de la metodología. Para cada método se indicará aproximadamente


11

la época de aparición y periodo de uso2, la clase de metodología a la que pertenece

(racional, empírica o semiempírica), los factores que considera en el diseño y otros

datos adicionales como si maneja cartas o ecuaciones de diseño o si maneja algún tipo

específico de ensayo de laboratorio y para obtener cuales valores.

2.2 PERIODO DE 1930 A 1950

Las metodologías utilizadas durante esta época fueron las siguientes:

2.2.1 MÉTODO DEL CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO)

Periodo de Uso: Su forma original se empezó a usar a finales de los años 20 (1928-

1929) y según la bibliografía consultada sus modificaciones se siguieron usando hasta la

década de los años 90, siendo incluso la base de muchos de los métodos que se utilizan

actualmente para diseñar.

Este método es el resultado de un estudio intensivo de las fallas de los pavimentos

flexibles de California llevado a cabo por la CDH (División Californiana de Autopistas), en

los años 1928 y 1929 (Walker et al, 1960: 25-24). Los resultados del estudio mostraron

que la clasificación de los suelos en diferentes tipos no proporcionaba suficiente

información respecto a la resistencia del suelo, con lo cual propusieron la creación de un

ensayo cuyos fines fueran:

• Mostrar la densidad alcanzada por la subrasante durante la construcción

• Dar indicios de la resistencia de la subrasante al ser construida con el contenido de

humedad óptimo y al encontrarse adaptada a la carga última futura a la cual se

cree que estará expuesta (Walker et al, 1960: 25-24).

2 En los casos en los que se pudieron obtener las fechas correspondientes de la bibliografía consultada


12

Siendo el primer método empírico basado en correlación para el diseño de pavimentos

asfálticos, el método del CBR ha sufrido, desde sus principios, continuas modificaciones

y extensiones. Por esta razón, desde principios de los años 70 se planteaba su

clasificación como un verdadero método racional de diseño (Yang, 1972: 27).

De todos los métodos empíricos y semiempíricos, el del CBR no es solamente el más

conocido sino también el más utilizado en muchos lugares del mundo (Yang, 1972: 27).

La literatura técnica de varios países y de varias organizaciones en los Estados Unidos

muestra que para la década de los años 70, el uso de los métodos CBR y sus

modificaciones sobrepasaba el uso de todos los otros métodos de diseño reunidos. Más

adelante, en 1996, el CBR seguía siendo considerado el método más ampliamente usado

en la clasificación de suelos para diseño de pavimentos, ya que hasta los métodos que

trabajan con otras cantidades como el Módulo Resiliente, lo hacen basándose en el

ensayo de CBR (Thom, 1996: 252).

Algunas metodologías, como las francesas, no se fundamentan en el CBR sino en la

descripción, pero a pesar de esto se dirigen a encontrar el CBR equivalente a usar en

pruebas de campo (Thom, 1996: 252).

El método inicialmente utilizó un ensayo de cortante simple para medir la resistencia

de los suelos y diseñar con base a ella autopistas (Yang, 1972: 27). Esto considerando

intrínsicamente dos factores: el clima (representativo de California) y el tránsito de la

época (vehículos de dos ejes) (Sánchez, 1984: 146). Para la década de los 40, la División

de Autopistas de California (California Division of Highways) desechó el método y el

Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (U.S. Army Corps of Engineers) lo

adaptó y modificó para usarlo en el diseño de pavimentos para aeropuertos (Yang, 1972:

28). Las mejoras realizadas al ensayo de CBR introdujeron la mecánica de suelos

moderna al diseño de pavimentos, incluyendo en el diseño factores tales como la

gradación del suelo y los límites de Atterberg (Yang, 1972: 28).


13

Las contribuciones más importantes que el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados

Unidos realizó al método fueron: la extensión de las cargas sobre una rueda de diseño de

12.000 lb. a 200.000 lb. en 1940 y la introducción del concepto de carga múltiple sobre

una rueda (Yang, 1972: 28).

Durante la II Guerra Mundial, el US Corps (Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados

Unidos) adoptó el CBR como método para el diseño de autopistas tomando las curvas

existentes para las cargas de 7000 lb. (del método original) y de 12000 lb. (de la

modificación realizada en 1942) y realizando extrapolaciones con ellas. El método

empezó a trabajar así con cartas de diseño (Sánchez, 1984: 147).

Un defecto encontrado en el método original consistía en no contar con

reglamentaciones claras con respecto a las características de calidad exigidas para los

recubrimientos, siendo la única exigencia el que la calidad del recubrimiento fuera

mejor a la de la capa inferior (Sánchez, 1984: 147).

2.2.2 MÉTODO TRIAXIAL DE KANSAS

Periodo de Uso: el método se empieza a utilizar en los años 40 y continua siendo parte

de los métodos de diseño vigentes hasta principios de los años 70, sin poder constatar

con la bibliografía consultada si el método se continúa usando después de esta fecha.

Desarrollado por la Kansas High Comisión, este método se basa en resultados de ensayos

triaxiales realizados a cada uno de los componentes de una carretera. Los ensayos

triaxiales se hacen en campo (para muestras no alteradas de subrasante) y en

laboratorio (para muestras preparadas de materiales a utilizar en base, subbase y

superficie). Los resultados de dichos ensayos son curvas de esfuerzo-deformación, con

las cuales se determina el módulo de deformación del material fallado. Los ensayos se

realizan bajo condiciones críticas, es decir en muestras saturadas (Walker et al, 1960:

25-36).


14

Es un método semiempírico de diseño de espesores de pavimento. Se basa en estudios

publicados en 1940 por L.A. Palmer y E. S. Barber, cuya finalidad era calcular el

desplazamiento vertical debido a una carga estática distribuida sobre un área circular en

la superficie de un sistema de dos capas. El asentamiento se encuentra mediante las

ecuaciones de Boussinesq pero reemplazando el módulo elástico por el módulo de

deformación (Yang, 1972: 29).

El módulo de deformación, junto con los coeficientes que representan los factores

ambientales, se aplican a los cálculos teóricos para encontrar el espesor del pavimento

(Yang, 1972: 29).Para diseños en los que sólo había exigencias de cargas de una sola

llanta, se aplica una formula que considera los siguientes factores (Walker et al, 1960:

25-34):

• Módulo de deformación de la capa de rodadura, la subbase y la subrasante.

• Carga por llanta.

• Volumen de Tráfico (expresado en el coeficiente de tráfico).

• Lluvias (expresado en el coeficiente de saturación del suelo).

• Radio del área de contacto de la llanta.

• Deformación admisible de la carretera (para Kansas en 1960 es de 0.1 pulgadas,

aproximadamente 25 mm.).

En el caso de cargas aplicadas sobre ejes dobles (tandem), no se puede utilizar

directamente la fórmula anteriormente citada ya que el área de contacto no puede ser

evaluada (Walker et al, 1960: 25-35). Por esto, se utilizan cartas de diseño que

consideran el efecto independiente de cada una de las llantas y los suman (Walker et al,

1960: 25-35).

Con este método se puede conocer el espesor de la capa de rodadura que se debe

disponer directamente sobre la subrasante. (Walker et al, 1960: 25-37). Si esta capa es

demasiado gruesa, se puede reemplazar parte de ella por base, dejando

aproximadamente 2 pulgadas de capa de rodadura (Walker et al, 1960: 25-37).


15

El método se adapta a un amplio rango de tráfico, materiales y condiciones climáticas

(Walker et al, 1960: 25-33).

2.2.3 METODO DE CONO DE DAKOTA DEL NORTE

Periodo de Uso: Se empieza a usar desde principios de los años 40, conociéndose que

hasta los años 60 la metodología se seguía manejando. Sin embargo no se puede decir

con exactitud si en esta fecha se dejó de usar por falta de información.

Es un método simple y confiable para evaluar la subrasante de suelos con textura fina. El

método es empírico y realiza ensayos de cono con diferentes cargas para medir los

valores de portante conociendo las penetraciones que ha sufrido el suelo debido a cargas

diferentes. El valor definitivo es el promedio de los valores de las primeras 24 pulgadas

de penetración de la superficie de la subrasante (Walker et al, 1960: 25-39).

Para el diseño se usan cartas que únicamente consideran la resistencia del suelo de

acuerdo a los ensayos realizados (Walker et al, 1960: 25-39). El tráfico del Estado es

bajo y por esta razón no se consideraba en el diseño (Walker et al, 1960: 25-39).

2.2.4 METODO DEL GRUPO ÍNDICE

Periodo de Uso: este método se empieza a utilizar desde 1945 y hasta los años 60 se

seguía aplicando al diseño de pavimentos. No se conoce con precisión la fecha hasta la

cual se aplicó.

Walker et al (1960) afirman que el método fue usado por varios Estados y se basa en un

valor empírico arbitrario que sirve para determinar de forma probable el

comportamiento del suelo bajo ciertas condiciones de carga. Dicho valor empírico


16

depende del límite líquido, el límite plástico y el porcentaje de material que pasa el

tamiz No. 200.

Al no considerar la humedad ni la densidad del suelo, el método entrega respuestas

erróneas, razón por la cual se acompaña de ensayos de resistencia complementarios

como el CBR.

Para el diseño, se consideran ciertos espesores estándar de subbase y carpeta de

rodadura-base (todo el espesor en uno) de acuerdo al tipo de tráfico (alto, medio o bajo)

y a las características de la subrasante Walker et al, 1960: 25-44).

De las curvas de diseño se puede observar que el espesor de la carpeta asfáltica y la

base varía con el volumen de tráfico mientras que el espesor de la subbase varía con las

características de la subrasante (Walker et al, 1960: 25-44).

2.2.5 MÉTODO MICHIGAN

Periodo de Uso: de acuerdo a la literatura consultada, este método aparece

aproximadamente en 1946 y para 1972 sigue estando vigente.

Es un método empírico que confía enormemente en la información obtenida en la

clasificación de un perfil de suelo y otros estudios de campo como base para establecer

el criterio de diseño. Al combinar estos estudios con la experiencia en la evaluación del

suelo, geología y ciertos factores ambientales se encuentran los procedimientos a seguir

en el diseño del pavimento (Yang, 1972: 30).


17

2.2.6 METODO DE CALIFORNIA

Periodo de uso: Se empieza a utilizar en 1948 y en 1972 se seguía diseñando bajo esta

metodología. No se puede decir con exactitud la fecha en la cual se dejó de utilizar

esta metodología a nivel nacional.

El método del Departamento de Autopistas del Estado de California (California State

Highway Department Method) para el diseño de pavimentos asfálticos se utilizó en

California y otros Estados del Oeste de Estados Unidos desde finales de la década de los

40, extendiéndose su uso hasta más allá de principios de los años 70 (Yang, 1972: 27). Es

un método principalmente empírico y que otorga gran importancia a la rigidez del

material de cimentación. Se basa en un procedimiento desarrollado por F. N. Hveem en

1948, el cual se modifica en 1963 gracias a resultados de ensayos extensivos llevados a

cabo en carretera por la División Californiana de la AASHO (actual AASHTO).

El método se basa en ensayos realizados con estabilómetro de Hveem, cohesiómetro y

mediciones de expansión-presión, todos estos con el fin de encontrar la resistencia del

material a utilizar en la base y en la subrasante (Walker et al, 1960: 25-30). Las pruebas

se realizan en condiciones críticas o muestras saturadas.

El método cuenta con el Índice de Tráfico, el cual considera el efecto de las repeticiones

de carga sobre el pavimento (Walker et al, 1960: 25-24). Dicho factor trabaja con base a

la Carga Equivalente de Peso (Equivalent Weight Load (EWL)), la cual en la época (1960)

es de 5000 lb.. El tráfico se mide en número de vehículos de EWL esperados en una

dirección para un periodo de 10 años siguientes a la construcción.

Paralelo al desarrollo de los métodos de diseño de Estados Unidos en este periodo, se

presentaron en regiones como Europa y Canadá otras metodologías entre las que

sobresalieron las siguientes:


18

2.2.7 PRIMERA VERSIÓN DEL METODO INGLÉS

Periodo de Uso: Se utilizó desde 1944. No se pudo establecer con exactitud hasta que

fecha fue empleado, pero se conoce que para principios de los años 70 (1972) se

seguía considerando un método importante de diseño.

Utilizado en diseño general de pavimentos, este método tiene en cuenta la resistencia

última de las placas a través de un factor de seguridad que asegura que el pavimento no

fallará (Glossop y Golder, 1944). Introducido por R. Glossop y H. Q. Golder en su

publicación de 1944, el método relaciona la determinación del espesor de la placa en un

porcentaje tal que cuando la placa está cargada con una carga estática distribuida sobre

un área circular o rectangular, la presión en la subrasante multiplicada por un factor de

seguridad adecuado no sobrepasa la capacidad portante del suelo de subrasante (Yang,

1972: 29). Originalmente el método fue diseñado para pavimentos flexibles de

aeropuertos en arcillas saturadas de suaves a firmes, pero posteriormente se aplicó

también a pavimentos rígidos y otros tipos de suelo de subrasante.

El método asume una distribución vertical de esfuerzos del tipo Boussinesq para

pavimento y subrasante y el esfuerzo cortante de los componentes del pavimento se

desprecia. El esfuerzo cortante en la subrasante se determina por un ensayo de

compresión triaxial modificado en el que los especimenes pueden ser ablandados bajo

diferentes presiones de sobrecarga antes del ensayo.

Gracias a la información recopilada con respecto a este método y al conocimiento que se

tiene de los diferentes tipos de metodologías de diseño, este método se puede clasificar

como semiempírico.


19

2.2.8 MÉTODOS CANADIENSES

Periodo de Uso: este método se empezó a utilizar durante la II guerra mundial (1939-

1945), manteniéndose en uso hasta 1972. No se pudo establecer con exactitud hasta

que fecha continúan utilizándose.

El método del Departamento Canadiense de Transporte (Canadian Transport Department

(CTD)) para el diseño de pavimentos flexibles es un método básicamente empírico

desarrollado durante el análisis de la información de ensayos extensivos de esfuerzo

portante sobre placas en los aeropuertos canadienses durante la II Guerra Mundial (Yang,

1972: 30). El método expresa el espesor de pavimento requerido como una función de la

carga aplicada y la resistencia de la subrasante y puede ser empleado para convertir un

sistema multi-capas en uno equivalente de dos capas. Para este fin, se trabaja con el

concepto de equivalencia en el cual cierto espesor de un material se puede convertir en

un espesor equivalente de otro material.

2.3 DECADA DE 1950-1960

Para 1960, el espesor del pavimento dependía de la resistencia de la subrasante y de la

distribución de la carga a través de la estructura de pavimento o capas de base (Walker

et al, 1960: 25-10). Dichas capas dependían a su vez de las características de los

materiales que las conformaban. Si el material de la capa de base era estable, a medida

que el espesor de la capa crecía, también lo hacía la capacidad portante de la base.

Según Hittle y Goetz (1947), si la base era poco estable, su capacidad portante disminuía

con el aumento de la profundidad por deformaciones que ocurrían entre los materiales

de la base.

En esta época, las bases se consideraban como capas de soporte, que distribuían

uniformemente los esfuerzos ejercidos sobre la superficie y los reducían para que


20

fueran tolerados por la subrasante (Bushell & Cox, 1956: 4-70). Los espesores de esta

capa variaban de 3 a 12 pulgadas (7.62 a 30.48 cm.), manejándose especialmente

valores entre 6 y 9 pulgadas (15.24 a 22.86 cm.). Por su parte, las capas de rodadura

manejaban espesores de 1 a 10 pulgadas (2.54 a 25.4 cm.). Ambos espesores, el de la

base y el de la capa dependían del volumen y el tipo de tráfico, el dinero disponible

para la construcción, las condiciones climáticas y naturaleza de la subrasante, las

condiciones de drenaje y los materiales a disposición.

Para la época, los tráficos que se manejaba se pueden observar en la siguiente tabla:

Tabla No. 1 Clasificación del Tráfico de acuerdo al TPD en Estados Unidos (1956)

(Bushell & Cox, 1956: 4-71)

TPD TIPO DE TRÁFICO

TPD < 400 BAJO

400 ≤ TPD ≤ 1000 MEDIO

TPD > 1000 ALTO

Para el diseño de vías urbanas se considera tráfico alto para lo cual se utilizaba rodadura

de asfalto y base en cemento-concreto (Bushell & Cox, 1956: 4-71). Para tráfico bajo, se

utilizan como base los suelos naturales o los suelos naturales tratados con un capa de 6

a 12 pulgadas (15.24 a 30.48 cm.), la cual consiste de calizas, escoria, concha o cenizas

tratadas con bitumen. Como rodadura se aplica un tratamiento superficial (Bushell &

Cox, 1956: 4-77, 4-78,4-79)

En los años 50 y 60 se dedicó mucho esfuerzo a refinar las teorías más avanzadas y los

procedimientos de prueba de las mismas. Gracias a este avance en el desarrollo de las

diferentes teorías empezaron a surgir enfrentamientos entre unas y otras principalmente

por la metodología que promovían (empírica, semiempírica o racional) y por lo tanto por

las suposiciones en las que se basaban (Yang, 1972: 26). Para fines de esta década (años

50), la mayoría de los métodos de diseño eran empíricos y se fundamentaban en la


21

observación del desempeño de los pavimentos existentes (Walker et al, 1960: 25-23).

Algunos métodos se apoyaban en la clasificación de los suelos; otros en ensayos de

resistencia y otros en una combinación de ambos. Para 1960 no existía un análisis de

diseño teórico completo.

2.3.1 MÉTODO NAVY (DE LA MARINA)

Periodo de uso: Se empezó a manejar desde 1954 y su utilización se extendió hasta los

primeros años de la década de los 70, sin poder establecerse con claridad, por falta de

información, si se siguió utilizando después de esta fecha.

Este método es introducido por L. A. Palmer en su primeras publicaciones (1954) sobre la

teoría de sistemas en capas suplementada con el método de la evaluación de campo. La

finalidad de la metodología era el diseño de los pavimentos de aeropuertos de la Marina.

La combinación de teoría y evaluación en campo propuesta por Palmer manejaba dos

aspectos importantes relacionadas con la evaluación del pavimento: la selección de la

tolerancia a la deflexión y el efecto de rigidez de placa comparado con el desgaste de

las llantas de caucho (Yang, 1972: 28).

Según el Manual de la Marina de 1967 (“Airfield Pavements”, Department of the Navy

NAVFAC DM-21, Noviembre 1967) la tolerancia de deflexión debe ser 0.15 pulg.

(aproximadamente 0.382 cm.). Desde principios de los años 70, la tolerancia propuesta

por el Manual de la Marina en 1967 se empezó a cuestionar ya que no contaba con un

criterio claro de selección.


22

2.3.2 METODO TRIAXIAL DE TEXAS

Periodo de Uso: este método se empleó desde 1954-1955 y su aplicación continuaba

vigente para principios de los años 60. No se conoce con exactitud hasta que fecha se

prolongó su uso.

Desarrollado para materiales de prueba tomados de diferentes carreteras de

comportamiento conocido (Walker et al, 1960: 25-39). Para el diseño se clasifica el

material por medio de una carta dependiendo del esfuerzo cortante y del esfuerzo

normal resistido en un ensayo especialmente pensado para el método. Una vez se

conoce la clase de suelo y la carga de diseño por llanta, se introducen estos valores en

otra carta de la cual se obtiene el espesor de pavimento flexible requerido. Esta última

carta de diseño es el resultado del análisis de pavimentos existentes en cuanto a nivel

de servicio, edad, peso y volumen de tráfico, espesor de capas de pavimento, ensayos

triaxiales, etc.

Es un método semiempírico de diseño de pavimentos flexibles.

2.4 DECADA DE 1960-1970

2.4.1 MÉTODO AASHO

Periodo de Uso: este método apareció a principios de los años 60 (1962) y hasta el

momento se sigue utilizando con el nombre de método AASHTO.

El método es el resultado del crecimiento del programa de ensayos en carretera de la

AASHO. El análisis de los resultados obtenidos condujo a la introducción de

procedimientos de diseño para pavimentos flexibles y rígidos que tuvieran en cuenta el

tipo y volumen de tráfico, el nivel de servicio y desempeño de la vía, la fatiga y el

ambiente (Yang, 1972: 30). Se encontró así el Índice de Servicio para calificar la


23

habilidad del pavimento para proveer una superficie suave y satisfactoria en un

momento determinado de tiempo. Los cambios en el Índice de Servicio se atribuyen a los

factores anteriormente nombrados, incluyendo el espesor del pavimento y las

condiciones de subrasante. El Índice de Tráfico muestra el efecto producido por las

repeticiones de carga y el concepto de equivalencia de capas provee una forma de

expresar el espesor de una capa dada en términos de otra capa cuando el Índice de

Tráfico es conocido (Yang, 1972: 31).

El procedimiento demanda estimar el módulo de la subrasante de cada mes del año para

poder conocer las condiciones del suelo bajo las diferentes estaciones climáticas (Thom,

1996: 252).

Existen métodos con posibilidades limitadas de soluciones y métodos con posibilidades

ilimitadas de soluciones (analíticos). Los últimos son los que permiten el desarrollo de

los pavimentos en todas sus áreas (nuevos materiales, técnicas constructivas, etc.)

(Thom, 1996: 253). El AASHTO es uno de estos métodos de infinitas soluciones, junto con

el SHELL y el del INSTITUTO DEL ASFALTO los cuales permiten introducir nuevos

materiales en forma responsable pero con el riesgo de que ser usados con facilidad fuera

del rango para el cual fueron validados (Thom, 1996: 253).

2.4.2 MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO

Periodo de Uso: este método se empezó a utilizar desde principios de los años 60 y en

la actualidad sigue vigente, después de haberse ido adaptando a los cambios y a la

evolución del conocimiento sobre pavimentos en Estados Unidos y el mundo.

El método de diseño de pavimentos flexibles del Instituto del Asfalto se desarrollo a

partir de análisis estadísticos y correlaciones teóricas de la información recopilada por el

ensayo de carretera de la AASHO, el ensayo de carretera de la WASHO y los ensayos de

carretera de la British test roads (Yang, 1972: 31). Debido al perfeccionamiento sufrido


24

con el paso de los años, este método pasó de ser clasificado como cuasi racional en

1972 a considerarse un método totalmente analítico o racional en 1996 (Thom, 1996:

254).

En este tipo de diseño, el espesor del pavimento depende del tipo y volumen de tráfico,

de la carga equivalente por llanta y de la resistencia de la subrasante representada por

el valor del CBR, el valor R del estabilómetro o el valor del ensayo de placa portante.

A principios de los años 70, el método medía el desempeño de un pavimento con el

Índice de Servicio Presente (PSI), el cual se dio a conocer en 1960, midiendo el estado

en que se encontraba la superficie del pavimento en un instante preciso de tiempo.

Para el diseño de espesores el método incluye efectos ambientales al considerar factores

tales como drenajes, escarcha y otras condiciones climáticas cíclicas. Los espesores

finales se encuentran en cartas de diseño, las cuales son el resultado de extensivas

regresiones lineales y del uso del concepto de capa equivalente (Yang, 1972: 31).

En la tabla que se encuentra a continuación se puede observar un resumen de los

espesores aproximados de cada capa de pavimento según el método del Instituto del

Asfalto para 1960.

Tabla No. 2 Propuesta de espesores de capas para pavimento flexible en 1960 (The

Engineering Staff of the Asphtalt Institute, 1960: 26-11 a 26-18).

TRÁFICO (VÍAS PRINCIPALES) CAPA (pulgadas)

BAJO MEDIO ALTO MUY ALTO

RODADURA 1-2*

LIGANTE 2-3

RODADURA+LIGANTE 2 3 3 4

BASE+RODADURA+LIGANTE 5 6 8 10


25

*se puede utilizar hasta ¾ de pulgada de espesor de rodadura si el transporte del material

es muy difícil o costoso

Para la selección del tipo de pavimento, el método propone considerar los tipos de

construcción y materiales para cada capa con respecto a los factores (Walker et al,

1960):

1) peso y volumen de tráfico (primer elemento a considerar).

2) Economía: diseños alternativos para diferentes secciones para dar las mejores

alternativas teniendo en cuenta la resistencia que debe tener cada capa.

3) Materiales disponibles: selección de los materiales adecuados, analizando todos

los materiales disponibles sin despreciar ninguno y seleccionar los métodos

constructivos a emplear. Lo que se busca es la mejor calidad al mejor precio.

4) Equipo disponible: costo de maquinaria y mano de obra, equipos y nivel de

preparación del personal, etc.

5) Control necesario: mecanismos, ensayos y controles en general que se deben

realizar para garantizar la calidad de una estructura de pavimento.

6) Métodos constructivos: como se dijo en el punto 3), el ideal es conseguir la mejor

calidad al mejor precio, por esta razón los métodos empleados deben ser los que

tengan los mejores precios y cumplan con los requerimientos exigidos para cada

capa de acuerdo al tráfico, condiciones climáticas y tipos de agregados.

2.4.3 MÉTODO SHELL

Periodo de uso: Es un método que aparece en los años 60 y se mantiene vigente hasta

nuestros días.

Es un método racional y está basado en la adaptación que realizó Peattie a la solución

numérica propuesta por Jones (1962) al problema de las tres capas para uso en el diseño

de pavimentos flexibles (Yang, 1972: 28). Las curvas de diseño obtenidas se basan en

limitar la compresión vertical (deformación) en la subrasante y el esfuerzo tensor en la


26

capa de asfalto del pavimento a niveles tales que se puedan prevenir las deformaciones

y las grietas excesivas en la subrasante y en la capa asfáltica más profunda

respectivamente. Las curvas de diseño fueron posteriormente modificadas para incluir

factores tales como cambios en la carga sobre rueda, el volumen de tráfico, las

repeticiones de carga y la fatiga.

Para 1996 el método manejaba como factores adicionales importantes:

• Módulos dinámicos de la subrasante, la base y la subbase

• Tráfico en millones de ejes estándar (sin considerar el ancho de carril)

Otros métodos utilizados en Estados Unidos durante el periodo que va de los años 30 a

los años 60 son: La adaptación Wyoming del método de CBR, el cual es la adaptación

típica hecha por varios estados al método CBR (Walker et al, 1960: 25-41), el Método

Missouri, basado en ensayos de CBR y proctor desarrollados en todos los horizontes de

suelo de Missouri (Walker et al, 1960: 25-44) y el Método de Carolina del Norte, basado

en ensayos de capacidad portante en placas (Walker et al, 1960: 25-45, 25-46).

2.5 DECADA DE 1970-1980

A fines de los 60 y principios de los 70 se empezaron a realizar proyectos que

involucraban capas de asfalto colocadas sobre pavimento de concreto ya existente o

sobre bases estabilizadas, con lo que un nuevo desarrollo en diseño de pavimentos, el

Superpave, podía anticiparse (Yang, 1972: 26). En esta época, la consideración

prioritaria del diseño de pavimentos era la transferencia mecánica de las cargas

ejercidas por el vehículo al pavimento.

Según la experiencia recopilada hasta principios de los años 70, la mayoría de las fallas

presentes en pavimentos se debían a malas condiciones de subrasante y a deformaciones

excesivas en la misma capa (Walker et al, 1960: 25-10). El problema más frecuente de


27

los pavimentos asfálticos era el ahuellamiento de la superficie bajo tráfico canalizado

(Yang, 1972: 26). Dicho ahuellamiento se creía era consecuencia de la inhabilidad de

muchos métodos de diseño para analizar el esfuerzo físico requerido por cada

componente de la estructura de pavimento.

Para 1972 (Yang, 1972: 123), el pavimento ideal consistía en un material de superficie lo

suficientemente fuerte para soportar la carga aplicada sobre él y una capa profunda lo

suficientemente flexible para que sea compatible con las deformaciones de la

subrasante (Yang, 1972: 124).

En este periodo, todos los métodos de diseño de espesores estaban orientados hacia el

esfuerzo límite en la subrasante, suponiéndose con esto que un pavimento diseñado en

forma adecuada bajo esta única orientación podía proveer una superficie suave por un

periodo de servicio extendido lo cual, dice Yang (1972: 26-27) no es cierto.

Para el diseño en este periodo se tienen en cuenta la temperatura y las lluvias, ya que

ambas afectan la capacidad portante de la subrasante (Walker et al, 1960: 25-10).

Durante esta época métodos como el SHELL, el AASHTO, el del INSTITUTO DEL ASFALTO,

el del CBR, el de CALIFORNIA y el de KANSAS se continúan utilizando en el diseño de

pavimentos.

2.6 PERIODO DE 1980 A 2000

De estas dos décadas se cuenta con muy poca información. Se conoce que tres de los

métodos más utilizados y desarrollados en Estados Unidos durante este periodo fueron el

método SHELL, el método del Instituto del Asfalto y el método de la AASHTO.

Estos métodos contaban para 1996 con varias semejanzas en sus diseños como son

(Thom, 1996: 250):


28

• Consideraban el módulo dinámico de la subrasante como valor representativo de

la resistencia del suelo. Dicho módulo se calculaba con base a correlaciones

existentes entre el módulo y el CBR y por esta razón el valor encontrado no

representa con exactitud la resistencia de la subrasante.

• Manejan el tráfico en millones de ejes estándar y no en número de vehículos

pesados como algunos países europeos (Francia e Inglaterra).

• No tienen en cuenta en sus diseños el efecto de la canalización del tráfico ni el

ancho de carril.

• Para el diseño de la base no consideran elementos separados ni ensayos in-situ.

• Arrojan soluciones infinitas a un mismo problema, pudiéndose escoger entre un

gran número de posibilidades la que mejor se adapten a las condiciones y

necesidades de cada proyecto (materiales y maquinaria disponible, clima, dinero

disponible, etc.)

Otra semejanza entre estos métodos y los demás citados anteriormente radica en excluir

del diseño lo concerniente a drenajes, olvidándose con esto que si el pavimento no

cuenta con drenajes detallados y planeados el diseño realizado no funcionará de la

mejor manera posible ante la probabilidad de una falla por perdida de la capacidad

portante del suelo en condiciones hídricas críticas.

La Guía de diseño de la AASHTO de 1963, fue modificada dos veces durante este

periodo: la primera vez en 1986 y la segunda vez en 1993. Actualmente, la versión de

1993 es la más usada en el diseño y rehabilitación de los pavimentos en Norteamérica

(C-SHRP, 2002: 2).

Para mejorar algunos aspectos de la Guía de 1993, ya se encuentra en elaboración la

Guía AASHTO 2002, la cual piensa extender el uso de la metodología en Norteamérica

(Canadá y Estados Unidos), a través de la consideración de variaciones en los

materiales, el tráfico, los métodos constructivos y los factores ambientales, haciendo así

cada vez más pequeña la brecha entre las condiciones reales y las condiciones de diseño

(C-SHRP, 2002: 9).


29

Por su parte, los diseños realizados en Europa durante la década de los noventa

contaron con consideraciones propias tales como:

2.6.1 EUROPA (THOM, 1996)

• La canalización del tráfico: el cual es un factor que afecta directamente la fatiga

del pavimento y puede tener valores que van de 1.7 a 2.5 para daños en carriles

anchos y angostos. Es tenido en cuenta por el método alemán, el método belga,

el método suizo y el método finlandés.

• El gradiente de la vía: considerado en Alemania. Este factor es importante

porque las pendientes se ven como un factor que aumenta el daño causado por el

tránsito (bajas velocidades, los frenos para la bajada y las fuerzas de subida

(mayor tracción)) en el pavimento.

• La descripción de los materiales a utilizar y de la subrasante son el pilar del

diseño francés desde la II Guerra Mundial hasta mediados de los años 90.

• En países como la UK se tuvieron en cuenta (Croney & Croney, 1998):

o la fundación se considera totalmente independiente del tráfico.

o tráfico comercial actual.

o vida de diseño.

o conversión del tráfico a ejes estándar.

o relaciones entre el espesor de la subbase, el espesor de la base, el

espesor de la superficie y el número acumulado de ejes estándar.

o Considera la proporción de vehículos que van por el carril lento.

o El espesor de la subbase depende del CBR del suelo y del tráfico

acumulado en ejes estándar.

En el libro “Design and Performance of Road Pavements” (Croney & Croney, 1998: 374),

se encuentra una comparación bastante relevante entre los métodos de diseño utilizados

en Estados Unidos y el utilizado en el Reino Unido: para las mismas condiciones de


30

subrasante y tráfico, los espesores de base requeridos en el método de Inglaterra son

cerca de 10% inferiores a los espesores de base requeridos por el método del Instituto

del Asfalto y son inferiores en aproximadamente 17% a los espesores de base requeridos

por el método AASHTO.

Observando las metodologías utilizadas por otros países en esta época, se puede

observar lo siguiente con relación a Canadá:

2.6.2 CANADA (C-SHRP, 2002)

En este país, el diseño de las carreteras se encuentra en manos de cada Provincia con

excepción de las carreteras de los parques nacionales que se encuentran a cargo del

gobierno Federal. Cada agencia es libre de utilizar el método que crea más conveniente

para el diseño y rehabilitación de sus carreteras. La mayoría de las agencias canadienses

utilizan el procedimiento de diseño de la AASHTO como herramienta primordial de

diseño o como un medio de verificación de diseños encontrados por otras metodologías.

El método de diseño propuesto en la guía del Programa Canadiense Estratégico de

Investigación de Carreteras (C-SHRP) incluye consideraciones del desempeño del

pavimento, el tráfico, la subrasante, los materiales de construcción, el ambiente, el

drenaje, la confiabilidad, el ciclo de vida de los costos, además de darle a los

diseñadores la habilidad de adaptar la experiencia local a la guía para condiciones

específicas.

Otros métodos utilizados en Canadá durante este periodo son: método Shell y Viga

Benkelman.


31

2.7 CONCLUSIONES

La investigación y el desarrollo de las metodologías de diseño en Estados Unidos son

procesos que se han presentado en este país desde los primeros años del siglo XX.

Grandes avances se han llevado a cabo en el campo del diseño gracias a la evolución de

las teorías, la amplia experiencia acumulada para diferentes condiciones ambientales y

de carga, la aplicación de ensayos de campo y laboratorio y la aparición de programas

de computador.

La forma en que estos factores contribuyeron a la evolución del diseño es muy simple:

todos ellos permitieron tener un mejor conocimiento de los elementos involucrados con

el desgaste y la fatiga de los pavimentos, obligando a los investigadores y diseñadores a

considerar elementos que no se tenían en cuenta con anterioridad o a buscar nuevas

formas de expresar con mayor precisión los elementos que desde un principio eran

considerados en diseño.

Fue así como el primer gran avance que se llevó a cabo en el siglo XX fue la aplicación

de la mecánica de suelos al diseño de pavimentos (a finales de los 30) para poder

adquirir un conocimiento más apropiado de la resistencia del suelo con base a sus

características y propiedades. Desde ese momento, la consideración de los límites de

Atterberg, la humedad del suelo y la granulometría del suelo de subrasante y de los

materiales a disposición, son propiedades básicas a considerar en los diseños de

pavimentos.

Como se puede observar al inicio del capítulo, los métodos utilizados en Estados Unidos

durante los años 30, 40 y 50, se basaban principalmente en la experiencia, teniendo

como soportes secundarios la clasificación de los suelos en algunos casos, los ensayos de

resistencia en otros y un poco de ambos en los demás. Según lo anterior, hasta finales de

los años 50 los métodos de diseño eran principalmente empíricos y semiempíricos,

siendo las metodologías racionales muy escasas y poco aplicadas. Para países como los

europeos, la aplicación de las metodologías empíricas y semiempíricas se extendió


32

solamente hasta mediados de los años 40, es decir, hasta finales de la II Guerra Mundial.

Por su parte Canadá tuvo un desarrollo muy paralelo al de Estados Unidos en cuanto a

evolución de metodologías, contando con métodos empíricos y semiempíricos desde los

años 40.

Sólo con los trabajos realizados desde los años 40 en sistemas multicapas, los resultados

de los desarrollos llevados a cabo por Jones en 1962 y la creación de los computadores

en los años 60, aparecieron en Estados Unidos, por consecuencia en Canadá, las

metodologías de diseño racionales como una opción real para la ingeniería práctica. Las

metodologías SHELL, AASHTO y del INSTITUTO DEL ASFALTO son una muestra de los

desarrollos ocurridos en esa época y del alcance y validez que tuvieron ya que aún hoy

en día son utilizadas.

La evolución ocurrida en los años 60 con las metodologías racionales consistió en

involucrar en los diseños las teorías de sistemas de capas, generando esto una

disminución en la probabilidad de error de los cálculos y abriendo las puertas para el

desarrollo de los métodos racionales de diseño en Estados Unidos. Muchos de los

métodos empíricos y semiempíricos anteriores a los racionales, lograron adaptarse a las

demandas que la racionalidad les imponía. Algunos de estos casos son los métodos

derivados del CBR incluyendo el método general, el cual, aun hoy en día sigue siendo la

base indirecta o directa de las metodologías de diseño de Estados Unidos y gran parte

del mundo.

Las metodologías de diseño referenciadas a lo largo de este capítulo son una muestra

representativa de las diferentes metodologías que han sido utilizadas en Estados Unidos

en los últimos 50 años.

Como se mencionó con anterioridad, el único factor en común para todas las

metodologías aquí citadas es la resistencia de la subrasante, representada por valores

como el CBR, el R o el módulo dinámico.

Factores como:

• Las condiciones ambientales.


33

• El tráfico.

• La carga por llanta.

• El radio del área de contacto de la llanta.

• El efecto de las repeticiones de carga.

• La deformación admisible.

• Los materiales y métodos disponibles.

• Los drenajes.

• Y la facilidad de realización de ciertos ensayos.

No eran considerados por todas las metodologías por tres razones primordiales:

• No todas las metodologías pertenecían a la misma época y por esta razón no

todas contaron con la misma experiencia ni con los mismos avances tecnológicos

y teóricos.

• Algunas metodologías eran empíricas, otras semiempíricas y otras racionales,

razón por la cual tenían enfoques diferentes de los problemas y de la importancia

de cada uno de los factores.

• No era necesario considerar todos los factores en todas las metodologías ya que

al ser muchas de ellas adaptaciones especiales para cada Estado, sólo se

consideraban los factores que afectaban el diseño para esa región en la época

para la cual se desarrollaba la metodología.

Las metodologías de diseño en Estados Unidos se desarrollaron a lo largo de la historia

en forma paralela con las de Canadá, siendo las de este segundo país una adaptación

directa de las metodologías diseñadas por Estados Unidos. Actualmente el método de

diseño más utilizado en Canadá es el de la AASHTO (1993) utilizándose en menor

porcentaje los métodos Shell, la viga Benkelman y el método FWD3.

3 FWD es el método del Falling Weight Deflectometer, véase más información en la sección de Información Complementaria de Colombia, sección de materiales, ensayos y control de calidad, década de 1990-2000


34

Por su parte, Europa mostró un desarrollo paralelo al de los países anteriormente

nombrados, pero solamente hasta finales de la II Guerra Mundial. A partir de mediados

de la década de los 40, Europa dirigió sus metodologías hacia la racionalidad, buscando

con esto construir y reconstruir vías con presupuestos mucho menores a los manejados

por Norteamérica. Aunque no se pudieron encontrar ejemplos de metodologías de diseño

europeo que constataran esta conclusión, el avance de la teoría de diseño de los

pavimentos en Europa es una prueba fehaciente que la corrobora.


35

3. INFORMACION COMPLEMENTARIA

SOBRE ESTADOS UNIDOS (1950-2000)

3.1 INTRODUCCION

Mucha fue la influencia de las técnicas constructivas, los materiales disponibles y las

maneras de mejorarlos, la reglamentación, el control de calidad y los ensayos en el

desarrollo y evolución de las metodologías de diseño en Estados Unidos. A continuación

se encuentra un breve recuento de la evolución que todos estos elementos han sufrido

de los años 50 a los años 80, haciéndose énfasis en los materiales utilizados en cada una

de las épocas, los procedimientos implementados a la mejora de los suelos, los ensayos

manejados en cada periodo y la reglamentación que se manejó en algunos de ellos.

3.2 TÉCNICAS CONSTRUCTIVAS

3.2.1 INTRODUCCIÓN

A continuación se encontrará un recuento de los eventos que marcaron la evolución de

las técnicas constructivas desde los años 50 hasta nuestros días. Factores como el

desarrollo de la maquinaria, la estabilización de los suelos y los materiales empleados,

la producción de concreto asfáltico y su colocación son algunos de los temas tratados en

esta sección.


36

3.2.2 DÉCADA 1950-1960

COMPACTACIÓN (Walker et al, 1960)

Este procedimiento podría considerarse como una de las primeras formas de

estabilización de suelos, ya que desde un principio se utilizó para mejorar la resistencia

de la subrasante, si ésta era muy baja.

Para los años 50 y 60, cuando se trabajaba en suelos muy suaves y/o orgánicos, se usaba

retirar la capa de suelo de baja resistencia o diseñar un pavimento con mayores

espesores.

Si los suelos eran expandibles, contaban con humedad variable, se utilizaban membranas

de materiales bituminosos para mantener el nivel de humedad constante.

Para suelos compresibles era necesario realizar muchos estudios, tener muy presentes

experiencias pasadas en el mismo tipo de suelo y realizar con base a esto una

compactación adecuada.

PRODUCCIÓN DE ASFALTOS

Para mediados de los años 50, las plantas de producción de concreto asfáltico eran de

tres clases (Bushell & Cox, 1956: 4-95):

• Permanentes: las más confiables (mejores mezclas), producían 25 ton/h.

Representaban un problema por su ubicación (en muchos de los casos) lejana al

lugar de construcción.

• De Carrilera: montadas en los rieles del tren, les permitían una mayor movilidad

y cercanía a las obras (Bushell & Cox, 1956: 4-95).

• Portátil: de armar y desarmar. No ofrecen la mejor calidad en la mezcla.

CONCRETO ASFÁLTICO EN OBRA (Bushell & Cox, 1956)

En esta época el vaciado del concreto asfáltico se hace en varias capas y en el proceso

se utilizan maquinas mezcladoras-pavimentadoras, maquinas roceadoras, niveladoras,

compactadotas y caterpillar. Con el Paver (máquina mezcladora-pavimentadora) se


37

alcanzaban a pavimentar tramos de 8 a 12 pies de ancho. En los tramos en los que el

Paver no podía utilizarse por su tamaño se debía distribuir el asfalto por medio de

herramientas manuales y nunca directamente sobre el terreno. Para compactación se

utilizaban tandems de 10 a 12 toneladas o rodillos de acabado de 3 ruedas (3-wheel

finishing rollers), siendo un requerimiento importante el realizar este procedimiento lo

más rápido posible. Las zonas que no se podían compactar con esta maquinaria, debían

ser pisoneadas hasta conseguir la compactación deseada. Las especificaciones a seguir

en cuanto a maquinaria necesaria por asfalto a expandir eran las emitidas por la AASHO.

En la época se recomendaba evitar las juntas al máximo y se permitía el paso vehicular

6 o 12 horas después de haberse terminado la pavimentación.

Los pavimentos de concreto asfáltico frío manejaban emulsiones asfálticas en vez de

cemento asfáltico, razón por la cual podían ser manipulados en frío. Las emulsiones

podían ser transportadas largas distancias sin importar la temperatura y podían utilizarse

para trabajos pequeños y reparaciones.

Otro tipo de pavimento utilizado en esta época fue el de placas de asfalto, el cual

consistían en una capa superficial de placas de asfalto colocadas sobre una capa ligante

de tipo concreto asfáltico de agregados finos.

3.2.3 DÉCADA 1960-1970

ESTABILIZACION Y MEJORA DE SUELOS

A finales de los años 60 y principios de los 70 se maneja estabilización mecánica y

química del suelo; esta última por medio de cal hidratada, asfalto, cemento Pórtland,

ceniza fina y cenizas volantes (Yang, 1972: 126-127).


38

3.3 MATERIALES, ENSAYOS Y CONTROL DE

CALIDAD

3.3.1 PERIODO DE 1950-1970

MATERIALES EN GENERAL (Walker et al, 1960: 25-18)

Según la teoría manejada en la época, la estabilidad de las bases dependía de la

distribución del tamaño de las partículas, su forma, la fricción interna, la cohesión y su

densidad relativa. Según el ensayo de CBR la mayor estabilidad para la época se obtenía

con un porcentaje de finos entre 6 y 8 %, siendo este porcentaje un poco menor al de la

densidad máxima. El límite líquido de la fracción que pasa el tamiz 40 debía ser menor

al 25% y el Índice de Plasticidad debía ser menor al 6%.

En este periodo diferentes materiales fueron utilizados en las bases y carpetas de

rodadura dependiendo de las condiciones bajo las cuales se encontrara la vía,

especialmente en lo que se refería a tipo de tráfico4. Entre los materiales utilizados para

base se encontraban: macadam hidráulico, macadam seco, macadam bituminoso, mezcla

de suelo-agregados, suelo-cemento y suelo- bitúmen.

Cuando la base era de escorias, piedra triturada o grava, se debía garantizar un

porcentaje de vacíos pequeño y un porcentaje alto de material que no pasara el tamiz

200, lográndose con esto la máxima estabilidad mecánica.

Los materiales que pasaran el tamiz 40 debían tener capacidad cementante suficiente

para mantener juntas las partículas más grandes. Entre los materiales usados para

subbase se encontraban: suelos estabilizados, material seleccionado de préstamo y 4 En este proyecto sólo se hará referencia a los materiales utilizados para tráficos altos, siendo estos los utilizados en ciudades. Para conseguir mayor información con respecto a materiales y métodos constructivos de la época para los diferentes tipos de tráfico véase Abbet, páginas 4-77 a 4-98.


39

materiales granulares de tipo GW o SC). Para ciudades, se manejaba el concreto

hidráulico, pavimentos de placas de asfalto y concreto asfáltico caliente (Bushell & Cox,

1956: 4-84).

La evolución y cambio de uso de algunos de los materiales usados en pavimentos se

debió principalmente a la disminución de fuentes naturales de material, los altos costos

de construcción y la necesidad urgente de utilizar materiales marginales cuyas

características debían mejorarse para adaptarse a las demandas cada vez mayores de las

estructuras de pavimento en el mundo (Yang, 1972: 123). Los materiales desarrollados

no solo debían cumplir con los estándares de calidad sino que debían ser cada vez más

resistentes y económicos (Yang, 1972: 123).

CONCRETOS ASFÁLTICOS UTILIZADOS

Existieron en la época dos tipos de concretos asfálticos (Bushell & Cox, 1956: 4-85):

• El de agregado Grueso ( con agregado de tamaño máximo entre 1-1½ pulgadas)

• El de agregado Fino (con agregado de tamaño máximo entre ½ - ¾ de pulgada)

Se recomendaba en la época administrar cuidadosamente el cemento asfáltico a la

mezcla para evitar que esta quedara muy rígida (se fracturaba) o muy suave (se hundía)

(Bushell & Cox, 1956: 4-93,4-94). La cantidad de cemento asfáltico a utilizar dependía

de la temperatura del lugar de la obra y del tráfico, siendo menores las exigencias de

penetración del asfalto para una vía expuesta a temperaturas bajas que para una

expuesta a temperaturas altas (Bushell & Cox, 1956: 4-93).

CONTROL DE CALIDAD

Según la bibliografía consultada (Yang, 1972), se conoce que en los años 50 y 60 y hasta

principios de los 70, el control de calidad de las obras dependió del criterio del

ingeniero. Yang (1972: 88-89) planteaba en 1972 tres preguntas para asegurar la buena

calidad de una construcción:

• ¿Qué se quiere?


40

• ¿Cómo se ordena lo que se quiere?

• ¿Cómo se determina si lo recibido es lo que se esperaba?

Para responder esta última pregunta, Yang consideró los siguientes aspectos: el criterio

de calidad real, el desarrollo de un programa de ensayos que realmente mostrara la

calidad del trabajo, reglas en cuanto a la toma de decisiones (cuando se aprobaba,

cuando se rechazaba) y una descripción específica de la deformación aceptada o

tolerancia (Yang, 1972: 88-89). Yang (1972: 96) hizo especial énfasis en la necesidad de

realizar control de calidad desde la etapa de diseño, antes de empezar la construcción.

Modificaciones en el método constructivo, en los materiales y/o en el desempeño de los

vehículos, unidos a la insuficiencia del análisis teórico, tienen un efecto importante en

los datos de entrada de diseño del pavimento (Yang, 1972: 363). Por esto es necesario

realizar ensayos y pruebas completas de pavimento para salvar el espacio existente

entre teoría y práctica (Yang, 1972: 363).

ENSAYOS (1940-1970)

Entre la década de los años 40 y los años 70, Estados Unidos desarrollo varios ensayos

completos sobre pavimentos, entre los cuales sobresalieron (Yang, 1972):

• El realizado por la Ohio River Division of the US Army Corps, el cual buscaba

modificar el avance teórico llevado a cabo por Westergaard. El ensayo fue

exitoso pero nunca llevó al desarrollo de un nuevo concepto de diseño.

• El realizado por la Water Experiment Station of the US Army Corps, cuyo

objetivo era desarrollar un método de diseño de pavimentos asfálticos con bases

en agregado compactado y suelo. Uno de los mayores aportes de este programa

fue la introducción de la mecánica de suelos moderna al diseño de pavimentos.

• El realizado por la AASHO en 1950 a nivel nacional (Estados Unidos), con el fin de

desarrollar un método para evaluar el desempeño de la construcción del

pavimento y avanzar en la elaboración de un método de diseño racional de

pavimentos. Las pruebas se dividieron entre las realizadas a pavimentos rígidos y

las realizadas a pavimentos flexibles, atribuyéndosele a esta separación el que


41

las metodologías de diseño de pavimentos rígidos y de pavimentos flexible se

estudien en forma separada.

Los ensayos realizados no arrojaron resultados que tuvieran correlación con la teoría

conocida.

Como ensayos de laboratorio para encontrar la resistencia del suelo, se utilizaban en los

años 50 los siguientes: el CBR, el estabilómetro Hveem, el cohesiómetro y las mediciones

de expansión-presión (Walker et al, 1960: 25-30). Además se utilizaban ensayos de cono

para subrasantes de suelos de textura fina (Walker et al, 1960: 25-39).

3.3.2 DÉCADA DE 1980-2000

Poca información se recopiló con respecto a este periodo de tiempo pero se conoce que

para mediados de la década de los 90, estados Unidos a diferencia de UK y Francia

maneja bases granulares para tráfico alto.

Para mediados de los años 90, los principales agregados utilizados en Europa para cada

una de las capas fueron (Thom, 1996: 254):

• Roca o grava triturada de buena calidad (en bases)

• Arena, grava, recebo, concreto aplastado y piedra aplastada (generalmente no

plástica) para subbases.

• material de mucha más baja calidad para la capa superficial.

Los materiales permitidos por cada uno de los métodos y por lo tanto utilizados en los

diferentes momentos de la historia, son un reflejo de las condiciones del clima y

materiales disponibles de la región para la cual se diseñó el método (Thom, 1996: 254).


42

3.4 REGLAMENTACION

3.4.1 PERIODO 1950-1975/80

Gracias al crecimiento acelerado del número de aeropuertos en el periodo posguerra,

fue necesario crear especificaciones estándar en Estados Unidos que aseguraran un

control de calidad y de diseño uniforme a todas las construcciones de pavimentos (Yang,

1972: 34). Dichas regulaciones se extendieron al diseño de todos los pavimentos de

carreteras y calles, convirtiéndose en reglas generales que por esta condición no podían

satisfacer a cabalidad las necesidades planteadas en una situación particular.

Las oficinas de regulación más importantes y algunos de los métodos desarrollados por

las mismas para 1972 fueron (Yang, 1972):

• El Departamento de Ambiente Inglés (British Department of Environment),

antiguamente el Ministerio Británico de Edificios y Trabajos Públicos (Ministry of

Public Buildings and Works). Esta oficina de regulación desarrolló el método LCN

(Load Classification Number), ampliamente utilizado en Inglaterra y Europa

Continental. El método se basaba en ensayos para determinar la capacidad de

soporte de cargas del pavimento con respecto a la intensidad de carga, el área

de contacto y el tipo de falla, siendo un sistema de aproximación y dependiendo

del análisis estadístico y del juicio del ingeniero. El sistema buscaba expresar la

capacidad que tiene un pavimento de soportar una aeronave a través de un

número, lo que se conoce como el concepto de Clasificación del Número de Carga

(Load Classification Number). Su uso no se recomendaba cuando se requería una

precisión mayor al 10%.

• Administración Federal Estaunidense de Aviación (U.S. Federal Aviation

Administration (FAA)). Desarrolló el Método FAA (Federal Aviation Agency), cuya

circular original fue producida por la Agencia de Aviación Federal, conocida

desde principios de los años 60 como Administración Federal Estaunidense de


43

Aviación. En la época en que la oficina cambia de nombre, el transporte aéreo

se encuentra en la cúspide de su expansión.

La circular tenía como fin establecer guías generales para el mejoramiento de las

facilidades aéreas en Estados Unidos. Pero las ambigüedades existentes en las circulares

y la laxitud de los ingenieros de pavimentos aeroportuarios, no siempre permitieron que

dicha mejora se llevara a cabo y en algunos casos los resultados fueron poco

satisfactorios. A fines de los años 60 y principios de los 70, algunos cambios se llevaron a

cabo por parte del FAA en cuanto a repeticiones de carga, estructura de pavimento y

especificaciones de materiales al igual que en procedimientos de ensayo de

construcción.

Las publicaciones técnicas y circulares de estas oficinas fueron consideradas la “Biblia”

del diseño de pavimentos en los años 50 y 60 y hasta principios de los años 70 (Yang,

1972: 34).

3.5 CONCLUSIONES

Los avances anteriormente nombrados y por lo tanto los desarrollos que gracias a ellos

se dieron son un claro ejemplo de cual es el motor de la evolución de la técnica y del

desarrollo en general: la necesidad de plantear soluciones a un problema.

En el caso de las técnicas constructivas, el problema que se buscaba solucionar era

conseguir acercarse más a los diseños por medio de las construcciones realizadas. Esto

se consiguió utilizando maquinaria y técnicas especiales para los materiales y

subrasantes involucrados, y al mismo tiempo teniendo un control estricto sobre los

materiales y los procedimientos llevados a cabo en obra. Así, los ensayos se

desarrollaron como un mecanismo no sólo de ayuda en el diseño sino de verificación de

calidad a lo largo del desarrollo de la obra.


44

Estados Unidos se caracterizó por su dedicación a la realización de ensayos y a la

acumulación de los resultados de estos para ser evaluados. Del análisis de dichos

resultados aparecieron valiosos aportes para el diseño de pavimentos y un ejemplo claro

de esto es la metodología AASHTO, la cual es el resultado de los ensayos realizados por

la AASHTO en todo Estados Unidos a principios de los años 60.

La disminución de fuentes naturales de material, los altos costos de construcción y la

necesidad urgente de utilizar materiales marginales de alta disponibilidad fueron las

necesidades que fomentaron el desarrollo de los materiales y crear procedimientos para

mejorar sus características (Yang, 1972: 123). Poco a poco las exigencias hechas a los

materiales fueron cada vez mayores, pues además de tener que cumplir con los

requisitos de calidad, debían cumplir con los de resistencia y economía (Yang, 1972:

123).

En cuanto a materiales específicos, es importante resaltar el avance que sufre el asfalto

en este periodo de tiempo gracias a los ensayos realizados. Con este avance se llega a

conocer muy bien su desempeño bajo diferentes condiciones, especialmente en lo que

se refiere a temperatura ambiental y repeticiones de carga.

La aviación fue el motor del desarrollo de las reglamentaciones de materiales y diseño

de pavimentos ya que fue en los años 60 y gracias a la fuerza tomada por este medio de

transporte comercial, que se desarrollaron las primeras reglamentaciones cuyo fin era

garantizar la calidad de los pavimentos en los diferentes aeropuertos estaunidenses.

Posteriormente estas normas se aplicaron a todos los pavimentos y fomentaron la

creación de un grupo de normas básicas a seguir por el diseñador y constructor de

pavimentos.

No es mucha la información con la que se cuenta respecto a Europa y Estados Unidos en

diferentes épocas. En Estados Unidos la información recopilada mostró que los

materiales granulares han sido utilizados dentro de la estructura del pavimento para


45

diferentes funciones. Los materiales granulares pueden encontrarse haciendo parte de

cada una de las capas del pavimento siempre y cuando las demás capas cumplan con

unos espesores mínimos. Por su parte, los pavimentos del Reino Unido y Francia no

consideran bajo ninguna circunstancia que la base del pavimento sea de tipo granular,

prefiriendo las bases negras para cualquier tipo de tráfico.


46

4. EVOLUCIÓN DE LAS METODOLOGÍAS

DE DISEÑO EN COLOMBIA Y BOGOTA

(1950-2000)

4.1 INTRODUCCION

La mala calidad de la subrasante es un factor de gran importancia al diseñar una vía

porque de él no sólo dependen el método constructivo y de compactación a emplear,

sino el diseño del pavimento (el espesor), la calidad de los materiales a ubicar en las

capas que reposan sobre la subrasante y el tipo de tratamiento necesario para mejorar

la resistencia del suelo.

Cuando se trabaja sobre arcillas, como es el caso de Bogotá, los criterios de diseño son

muy similares a los de otros tipos de suelos: seguridad ante las fallas, deformaciones

mínimas y economía; teniendo algunos requisitos adicionales tales como (Kassiff et al;

1969: 177):

• Comparar el equilibrio del perfil de humedad de la subrasante antes de la

construcción con el de después de la construcción.

• Determinar la densidad mínima y la humedad óptima para ubicar en campo la

arcilla de subrasante.

• Determinar las características de resistencia de la arcilla bajo las condiciones de

densidad mínima y humedad óptima.


47

• Evaluar el potencial de hinchamiento de la arcilla que se puede desarrollar

gracias a cambios en la humedad después de la construcción.

En arcillas la solución de diseño no puede encontrarse basándose en una expresión única

ya que depende de varios factores como son: el diseño geométrico, los métodos

constructivos y las propiedades del suelo, todos ellos cambiantes en el tiempo (Kassiff et

al; 1969: 177).

En este capítulo se encontrarán gran parte de las metodologías de diseño de pavimentos

flexibles utilizadas en Colombia durante los últimos 50 años, clasificadas por épocas. Se

hablará especialmente de las metodologías desarrolladas para Bogota, las cuales se

encuentran resumidas en los manuales de diseño de pavimentos que han sido elaborados

para la ciudad desde 1994.

Entre los métodos que se encontrarán a continuación, no se conoce cuales fueron los

más utilizados en Bogota ni cuales fueron los que tuvieron un mejor desempeño. Esto

porque la bibliografía consultada fue básicamente teórica, no pudiéndose así conocer

con exactitud las prácticas de la ingeniería de pavimentos en la ciudad en el último

cincuentenario.

En el desarrollo de la infraestructura vial colombiana intervinieron diversos países y

entidades. Países como Estados Unidos e Inglaterra orientaron el diseño de los

pavimentos en Colombia hasta los años 70 y 80, mientras que la influencia francesa en

este tema, se empezó a presentar en nuestro país en los años 90, buscándose implantar

sus metodologías en Bogotá a través de los manuales de diseño. Por su parte, entidades

como el BID (Banco Interamericano de Desarrollo) y el BIRF (Banco Internacional de

reconstrucción y Fomento), se encargaron en los últimos 50 años de financiar y apoyar el

desarrollo de la infraestructura vial del país (Caro, 2001: 1).


48

4.2 PERIODO 1950-1970

En estos años las principales vías son construidas por extranjeros, quienes en algunos

casos permiten la participación de colombianos en los proyectos y así se da un brote

incipiente de firmas constructoras nacionales con conocimientos y experiencia

extranjera (Caro, 2001: 1). El diseño básico de la época manejaba bases y subbases

granulares con pocos o ningunos requisitos, cubiertos por tratamientos superficiales,

macadam de penetración, concreto asfáltico (mezcla en caliente), mezclas en vía y, en

algunas ocasiones pavimento rígido (Caro, 2001: 2).

En Bogotá las primeras indicaciones de la necesidad de creación o desarrollo de un

Manual de Diseño de Pavimentos se pueden encontrar en las Especificaciones Técnicas

de la SOP D.C. de 1967, en las cuales se proponen espesores de subrasante de 15 cm.

para fondos de corte y áreas de terraplenes y espesores de subrasante de 30 cm. y

superiores para terraplenes, desde que el diseño original del proyecto no indicara lo

contrario (SOP D.C., 1967: 1).

Según algunos textos de diseño de pavimentos de la época como “Teoría y Práctica de

Diseño y Construcción de Pavimentos” (Caro, 1958), no existían métodos analíticos de

diseño de pavimentos flexibles y por lo tanto las únicas metodologías aplicadas en

Colombia eran empíricas. En el texto citado, se pueden encontrar las siguientes

metodologías empíricas utilizadas en Colombia para finales de la década de los 50, las

cuales se basaban en las características físicas del terreno5:

5 Tamaño y forma de partículas, contenido de humedad, peso específico, porosidad, etc. (Caro, 1958: 152)


49

4.2.1 GRUPO ÍNDICE (GI)

Periodo de Uso: este método debió llegar a Colombia algunos años después de 1945,

fecha en la cual se empezó a utilizar en Estados Unidos. No se conoce con precisión la

fecha en que se dejó de utilizar en Colombia, pero si se pudo constatar, gracias a la

literatura consultada (Caro, 1958), que para finales de los años 50 se utilizaba en

nuestro país.

Es un método aproximado y rápido, que fue utilizado como medio de control más que

como procedimiento de diseño.

Estaba basado en la clasificación de suelos de la antigua AASHO, en los límites de

Atterberg y en la determinación del Índice de Grupo para un terreno determinado (Caro,

1958: 153). Se supone que hay buenos drenajes y que el nivel freático se encuentra a

más de 2 metros de profundidad (Caro, 1958: 153).

Se manejan tres diseños dependiendo del tráfico que tenga la vía:

Tabla No. 3 Tipo de Tráfico para Diseño (Caro, 1958: 153)

Número de Buses y Camiones Diarios Tipo de Tráfico

<50 Liviano

50<tráfico<300 Medio

300< Pesado

El peso por llanta es de 9000 lb., aproximadamente 4086 Kg. Y se supone que máximo el

15% de cualquier tipo de tráfico cuenta con esa carga por rueda (Caro, 1958: 153).

El diseño se realiza con cartas de diseño, en las cuales se necesita el Índice de Grupo y

el tráfico.


50

4.2.2 MÉTODO WYOMING

Periodo de Uso: este método debió llegar a Colombia algunos años después de 1947,

fecha en la cual se empezó a utilizar en Estados Unidos. No se conoce con precisión la

fecha en que se dejó de utilizar en Colombia, pero si se pudo constatar, gracias a la

literatura consultada (Caro, 1958) que para finales de los años 50 se utilizaba en

nuestro país.

Es una variación del método original del CBR. Se basa en los siguientes factores:

• CBR de la subrasante.

• Precipitación anual del lugar.

• Ubicación del nivel freático.

• Acción de las heladas.

• Condiciones de drenaje.

• Tránsito calculado para un periodo de 20 años (en número de ejes de 5000 lb.

para una dirección).

El diseño se realiza con tablas de rangos para encontrar el valor de la curva de diseño y

con una carta de diseño para encontrar el espesor total de la estructura (Caro, 1958:

156-160).

4.2.3 MÉTODO DEL CBR

Periodo de Uso: este método debió llegar a Colombia después de principios de los

años 40, época en la cual se empezó a utilizar en Estados Unidos con las

modificaciones que aparecen en la literatura colombiana consultada (Caro, 1958). No

se conoce con precisión la fecha en que se dejó de utilizar en Colombia, pero si se

pudo constatar, que para finales de los años 50 se utilizaba en nuestro país.


51

Este método se basa en el conocimiento del CBR de la subrasante y de las cargas por

rueda soportadas por la estructura.

Además se tienen en cuenta las siguientes consideraciones (Caro, 1958: 160,161):

• La subrasante no se encuentra expuesta al efecto de las heladas.

• La presión de inflado de las llantas es de 60 psi.

• El CBR de la subbase debe ser mayor a 15%.

• Se debe contar con buenos sistemas de drenaje.

• Se debe cumplir con la compactación de la subrasante a humedad óptima y

densidad máxima.

• El CBR de la base debe ser superior a 40% (para cargas por rueda menores a

10000 lb.) y de 80%( si las cargas por rueda son mayores a 10000 lb.).

El diseño se realiza con carta de diseño.

4.2.4 MÉTODO MISSISSIPPI

Periodo de Uso: no se conoce con exactitud el momento en que esta metodología

llegó a Colombia. Tampoco se conoce con precisión la fecha en que se dejó de

utilizar, pero si se pudo constatar, gracias a la literatura consultada (Caro, 1958), que

para finales de los años 50 se utilizaba en nuestro país.

Este método utiliza el sistema de clasificación del suelo U.S.C.6 y a través de él realiza

la determinación probable del CBR del material.

Conociendo el CBR y el tráfico esperado (en número de vehículos) se entra en una figura

que para cada tráfico y CBR muestra los espesores correspondientes del total de la

estructura, la subbase y la base y el pavimento (Caro, 1958, 162,163).

6 El U.S.C. (Unified Soil Classification) es un sistema de clasificación de los suelos, por medio del cual el suelo se puede clasificar en alguno de estos grupos: orgánico, de grano grueso o de grano fino.


52

El método supone un diseño igual para subrasantes que tengan un CBR de 20% o más.

Además, los valores encontrados por este método son generalmente altos y deben ser

comparados por los arrojados por algún otro método (Caro, 1958, 162,163).

4.2.5 MÉTODO DE HVEEM

Periodo de Uso: este se empezó a introducir en nuestro país a finales de los años 50,

mostrando en la literatura consultada (Caro, 1958) despertar el interés de los

ingenieros colombianos de la época. No se conoce con certeza hasta que punto llegó a

usarse en nuestro país y por lo tanto no se sabe hasta que fecha pudo haber

influenciado los diseños de pavimento en Colombia.

Poco es lo que se puede establecer con respecto a este método.

Se introdujo como un método de diseño de mezclas asfálticas que se caracterizaba por

(Caro, 1958, 164):

• Determinación del contenido de asfalto óptimo estimado, para conocer las

necesidades de asfalto en la mezcla.

• Ensayo de expansión, el cual mide la resistencia de la mezcla a la acción del

agua.

• Ensayo de estabilidad, para medir la resistencia de la mezcla compactada a

desplazamientos laterales, bajo cargas verticales.

• Determinación de la densidad Bulk.

• Ensayo de cohesión, que mide la resistencia a la tracción de la mezcla

compactada.

Para que la mezcla fuera adecuada, debía cumplir con ciertos requisitos de cohesión,

estabilidad y expansión, dependiendo si el tráfico era liviano, medio o alto (Caro, 1958,

165).


53

4.3 DÉCADA 1970-1980

Desde principios de los años setenta era imperante en Colombia la necesidad del

desarrollo de un criterio definido de diseño de pavimentos con la aplicación de la

tecnología existente y a disposición. Hasta esta época los factores considerados en el

diseño eran: CBR saturado, condición de los suelos, materiales existentes y el criterio de

los ingenieros a cargo de la construcción de la vía. Los pavimentos diseñados y

construidos considerando estos factores no demostraron los mejores desempeños y en

muchos casos resultaron bastante costosos (MOP & RRL, 1970: Prologo).

La “Guía para el Diseño Estructural de Pavimentos Flexibles en Colombia”,

realizada en 1970 por el MOP con colaboración del Road Research Laboratory, tuvo como

fin buscar un criterio único de diseño con el cual se pudieran diseñar y construir

pavimentos flexibles económicos en el futuro, suponiendo un TPD aproximado de 1000

vehículos pesados. El fundamento del criterio fue más práctico que teórico puesto que

se basaba en investigaciones realizadas en países tropicales con condiciones similares a

las de Colombia, experiencias y conceptos “modernos” de la AASHO (ahora conocida

como la AASHTO) y métodos y experiencias de la ingeniería colombiana (MOP & RRL,

1970: Prologo).

En la época no se llevaba ningún seguimiento a las vías realizadas con anterioridad y por

lo tanto no se conocía el desempeño de los diferentes tipos de pavimentos en nuestro

país. Por esta razón, el criterio que se buscaba encontrar no era un patrón rígido a

seguir sino una referencia dinámica para el diseño, la construcción y evaluación de los

pavimentos en Colombia, que fuera modificable de acuerdo con las necesidades del

país y el desarrollo de los pavimentos a nivel nacional y mundial (MOP & RRL, 1970:

Prologo).

Algunas consideraciones de diseño tenidas en cuenta para la elaboración de la Guía

fueron (MOP & INGEROUTE, 1973), (Pinilla, 1973):


54

• Las bases y carpetas asfálticas se diseñan principalmente bajo el concepto de

fatiga o frecuencia de aplicación de cargas (Pinilla, 1973: 5) y la capa de subbase

y eventual capa de mejoramiento se diseñan conociendo la capacidad portante

de la subrasante.

• Encontrar el valor apropiado para el módulo de elasticidad de cada una de las

capas del pavimento es de gran importancia, ya que con valores muy elevados del

módulo, se da una buena distribución de esfuerzos al interior de la estructura

pero se presenta a la vez tracción alta en la parte inferior de las capas,

pudiéndose generar con esto fracturas o fallas en el pavimento.

• Las capas de pavimento deben distribuir los esfuerzos producidos por el tráfico

en forma tal que los esfuerzos transmitidos a la subrasante puedan ser soportados

por ella evitándose así la aparición de deformaciones plásticas en su superficie.

• La elección final del diseño entre las diferentes opciones se enfoca a la opción

más económica.

• Se debe conocer la humedad del suelo, pudiéndose determinar a través del

clima y las condiciones medioambientales de la zona de la construcción (posición

del NF7, tipo de suelo, etc.)

• Es necesario contar con buenos estimativos de tráfico, ya que al ser Colombia un

país en vía de desarrollo, este factor crece en forma acelerada y es difícil

proyectar de forma adecuada el número de vehículos que transitaran la vía a lo

largo de su vida útil.

• El tráfico es una de los factores que más desgasta el pavimento y es por esto que

de una buena proyección del mismo depende el tiempo durante el cual la vía

tendrá un buen desempeño sin presentar mayores fallas. Los parámetros que

condicionan el tráfico son: el crecimiento de la población y el parque automotor,

la actividad económica, la mejora y adiciones en la red de carreteras y las

características de operación de los tramos de la red.

7 Se realizó una clasificación del suelo en tres categorías dependiendo la profundidad a la que se encontrara el nivel freático. Además se concluyó que el nivel freático debía estar como mínimo a 60 cm. de la superficie de la subrasante para evitar la contaminación de la subrasante (Pinilla, 1973: 3)


55

• La resistencia del suelo, se basa en procedimientos aproximados para calcular el

CBR. A pesar de conocerse en Colombia que para obtener valores de CBR

representativos se debe trabajar bajo condiciones reales de humedad y

compactación bajo el pavimento8, esto todavía (1970) no se aplica del todo en el

país.

Además la Guía (MOP & RRL, 1970: Prologo) consideró que las principales fallas en los

pavimentos flexibles se presentaban por:

• Ausencia de datos adecuados de tráfico.

• Heterogeneidad de los métodos constructivos.

• Ausencia de facilidades de drenaje.

• Alteración de los diseños durante la construcción.

• Falta de especificaciones y normas de construcción adecuadas.

• Malos sistemas de conservación.

• Falta de recopilación y evaluación de experiencias pasadas. Algunos de los métodos de diseño utilizados durante esta época fueron:

4.3.1 METODO MOPT-75 (SANCHEZ, 1984)

Periodo de Uso: este método se desarrolla a principios de los años 70 (1970-1972) y a

pesar de no conocerse el momento en el cual se dejó se utilizar, se sabe que en 1984

seguía utilizando.

Es un método de diseño para pavimentos flexibles en Colombia, el cual es el resultado

de experiencias de la TRRL de Gran Bretaña y el MOPT de Colombia. Su diagrama de

diseño original fue presentado en 1970 y fue modificado dos años más tarde después de

las primeras experiencias. Es un método principalmente empírico.

8 La compactación del suelo es importante para garantizar resistencia y grado de permeabilidad y para reducir cambios de humedad en el suelo (Pinilla, 1973: 4)


56

Se basa en la medida de la resistencia del suelo de subrasante (según su CBR) y

considera dos aspectos: la influencia de los diferentes climas encontrados en el trópico

sobre las condiciones de humedad bajo la superficie del pavimento y el crecimiento

acelerado del tránsito como característica general de los países en desarrollo.

Por lo anterior, las muestras de suelo de subrasante a analizar en laboratorio se debían

someter a condiciones semejantes a las cuales se encontrarían expuestas durante su

periodo de servicio.

Para el factor de tránsito, el método empieza a utilizar el número de repeticiones

esperadas de ejes simples de 8.2 ton en el carril de diseño y durante la vida del

pavimento y considera los crecimientos propios de cada región.

El método obtiene el espesor necesario de subbase granular en función de la resistencia

de la subrasante (CBR) y el tráfico por el carril de diseño (en número de ejes acumulados

de 8.2 toneladas). Dicho espesor se obtiene de una carta de diseño (Esso Colombiana

S.A., 1985: 19). El espesor de las capas de base y rodadura depende del tráfico de la vía

y varían de la siguiente forma:

Tabla No. 4 Diseño de espesores de las capas de base y rodadura según el método

MOPT-75 (Esso Colombiana S.A., 1985: 19)

TRÁFICO EN NÚMERO DE EJES DE 8.2 TON ESPESOR DE LA BASE (CM) ESPESOR DE LA CARPETA

DE RODADURA (CM) N<0.5X106 15 TSD

20 TSD 0.5 X106<N<2.5X106 15 5 15 7.5 2.5 X106<N<5X106 20 5


57

4.3.2 MÉTODO ABREVIADO MOPT (SANCHEZ, 1984)

Periodo de Uso: no se pudo establecer con precisión la fecha en que se empezó a

utilizar este método pero se estima que fue entre los años 1973 y 1976. Tampoco se

conoce el momento en que se dejó de utilizar pero se sabe que en 1984 todavía se

seguía diseñando bajo su método.

Este método se utiliza en zonas donde es totalmente imposible realizar ensayos de

laboratorio completos. Para compensar esta carencia de pruebas sobre el terreno, el

método utiliza curvas de diseño que han resultado de experiencias inglesas en zonas

tropicales y considera unos factores que modifican los espesores encontrados en dichas

curvas conforme el tráfico aumenta o disminuye. Es un método empírico de diseño.

La siguiente tabla muestra el valor que adquieren estos factores dependiendo del tráfico

de la vía:

Tabla No.5 Variación de los Espesores de Pavimento de acuerdo al Tránsito Esperado

(Sánchez, 1984: 153)

Tránsito Esperado Factor Multiplicador (multiplicar el espesor encontrado en las curvas por este valor)

N=0.2x106 1 N=0.5x106 1.1 N=2.5x106 1.3

Para el diseño el método considera (Sánchez, 1984: 153):

• El tipo de suelo.

• La posición promedio del nivel freático.

• Tránsito Esperado (debe ser inferior a 2.5x106 ejes de 8.2 ton).


58

4.3.3 METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO

Periodo de Uso: se conoce que llegó a Colombia en los años 70, pero no se pudo

establecer con exactitud en que año. Se estima que fue a fines de este periodo.

Para 1984 este método se continuaba utilizando para el diseño de pavimentos en nuestro

país, pero en la investigación realizada no se pudo establecer hasta que año fue

utilizada esta metodología de diseño.

Este método considera al pavimento como un sistema elástico de capas múltiples,

teniendo cada una de ellas un módulo de elasticidad y una relación de Poisson definidas

(Sánchez, 1984: 155). El diseño se basa en el control de las deformaciones verticales por

compresión en la superficie de la subrasante y de las deformaciones horizontales por

tracción en la parte inferior de las capas asfálticas. Es un método cuasi racional de

diseño.

Se utiliza para tráficos altos (superiores a 5x106 ejes de 8.2 toneladas) y maneja cartas

de diseño. El método consiste en encontrar el espesor total de CA necesario para el

pavimento, con base a dos parámetros: el DTN (Design Transit Number)9 y la resistencia

del suelo (mediante el ensayo de CBR, la prueba de placa directa, o el estabilómetro de

Hveem) (Esso Colombiana S.A., 1985: 21). Otra forma de conocer la resistencia del

suelo es calculando el módulo de resiliencia por medio de correlaciones con otras

medidas como el CBR o el R (Sánchez, 1984: 156). En el cálculo del DTN se deben tener

en cuenta el porcentaje de vehículos pesados que circularán por el carril de diseño

durante el primer año de uso y el daño que causarán (Factor Camión) (Esso Colombiana

S.A., 1985: 21). La vida útil del pavimento se supone de 20 años y de este valor se

extrae un factor de ajuste, FA, con el cual se calcula el aumento en el tráfico para el

tiempo de servicio (Esso Colombiana S.A., 1985: 23).

9 El DTN es el N utilizado en el MOPT-75 adicionado al porcentaje de camiones que pasará por el carril de diseño y el daño que causarán a lo largo de la vida útil del pavimento (Sánchez, 1984: 155)


59

Si el tránsito promedio diario del primer año (ITD) es menor o igual a 10 se debe corregir

por la presencia de vehículos livianos.

Para no utilizar todo el espesor de concreto asfáltico encontrado en el diseño, se puede

reemplazar un porcentaje del espesor por un espesor equivalente de otro material.

Algunos ejemplos de equivalencias se encuentran en la siguiente tabla:

Tabla No. 6 Factores de Equivalencia de Espesores de CA (Esso Colombiana S.A.,

1985: 23-24)

ESPESOR DE OTROS MATERIALES (CM) 1.3 pulgadas de arena asfalto mezclada en planta en

caliente 1.4 pulgadas de base estabilizada con asfalto líquido

o emulsión 2 pulgadas de base granular de buena calidad

2.7 pulgadas de base o subbase de mala calidad

EQUIVALE A 1 PULGADA DE CA (CONRETO ASFÁLTICO)

Se deben conservar unos espesores mínimos de capa de rodadura al hacer los reemplazos

por equivalencia de CA para que dicha capa soporte la carga del tráfico. Dichos

espesores mínimos van de 2 a 5 cm. dependiendo del tráfico circulante por la vía (Esso

Colombiana S.A., 1985: 25-26).

Todas las soluciones del método ofrecen como capa de rodadura el concreto asfáltico, a

excepción de una que permite el uso de tratamiento superficiales.

4.4 DÉCADA 1980-1990

Según Guillermo Caro Mendoza (Caro, 2001: 8), gran parte del atraso vial y corta vida de

los pavimentos colombianos se puede atribuir al atraso en lo referente a las bases

(materiales, técnicas constructivas, etc.) y a los métodos de diseño empleados hasta la

década de los 80-90 en el país.


60

Las metodologías de diseño utilizadas en Colombia fueron empíricas hasta principios de

los 80, cuando se introduce el método Shell, el cual es considerado un método

totalmente racional. El autor afirma que este método se convierte en el procedimiento

oficial de diseño en Colombia por aproximadamente 10 años, al final de los cuales, es

reemplazado por el método de la AASHTO entre 1988 y 1993.

4.4.1 NUEVO MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO (MS-1

SEPTIEMBRE 1981)

Periodo de Uso: Se empieza a utilizar en 1981 y en la investigación realizada se pudo

constatar que se seguía utilizando en 1984.

El método determina los espesores de las estructuras conformadas por capa de rodadura

en concreto asfáltico o asfalto emulsificado y bases de concreto asfáltico o estabilizadas

con emulsiones asfálticas o de tipo granular. El diseño de espesores considera las

deformaciones verticales por compresión en la superficie de la subrasante y las

deformaciones horizontales producidas por la tensión en la capa más profunda de la

estructura ligada con asfalto (Esso Colombiana S.A., 1985: 27).

Los parámetros de diseño manejados por el método son:

• Tránsito: se calcula de la misma forma que en el método MOPT-75,

representando el tránsito esperado durante el periodo de diseño de la vía en

ejes de 8.2 toneladas (Esso Colombiana S.A., 1985: 27).

• Módulo de Resiliencia de la subrasante (MR) calculado según un ensayo realizado

por el Instituto en su publicación MS-10. Generalmente el ensayo no se puede

realizar y el valor del módulo se calcula conociendo el CBR o el R de la

subrasante mediante las siguientes fórmulas (Esso Colombiana S.A., 1985: 27):

MR (MPa) = 10.342CBR

MR (MPa) = 7.963+3.826R


61

El diseño de los espesores en este método depende de la selección del tipo de base y

carpeta de rodadura a utilizar en el pavimento. Por esta razón, de la experiencia y el

buen criterio del diseñador en la selección del tipo de pavimento óptimo para las

condiciones previstas, depende en gran medida el buen diseño de la estructura de

pavimento. Por lo anterior, se podría considerar que el diseño de pavimentos más que

una ciencia es un arte (Esso Colombiana S.A., 1985: 42).

4.4.2 MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA SANTAFÉ DE

BOGOTA (1997) (IDU & UNIVERSIDAD DE LOS ANDES, 1997)

Este manual es la continuación del trabajo realizado en el Manual de Diseño de

Pavimentos para Santafé de Bogota del año 1994, en el que se planteaba un marco

teórico conceptual para diseño de pavimentos y utilización de materiales de baja calidad

para la ciudad de Bogotá. La función del Manual de 1997, es producir una guía de diseño

para la ciudad, gracias a la cual los diseños de pavimentos realizados en Bogota se

adapten a las necesidades y condiciones de la ciudad al igual que permitan el uso de los

materiales a disposición de la misma al mejorar sus características y propiedades por

medio de tratamientos.

Como su nombre lo indica, este Manual es simplemente eso, una guía, y por tal razón es

necesario realizar ensayos y verificar las condiciones de cada proyecto según criterio y

experiencia del ingeniero para cometer el menor número de errores posible.

Según este Manual, las variables a considerar dentro del diseño de un pavimento para la

ciudad son:

• Subrasante: se deben conocer el módulo de Young10 por deformación en las

condiciones hídricas más adversas y el coeficiente de Poisson. Si el coeficiente de 10 El módulo de Young se obtiene de ensayos triaxiales de laboratorio o de correlaciones con el CBR del suelo, véase el pie de página número 11 para la fórmula.


62

Poisson es de 0.35, el suelo es de drenado fácil o está parcialmente saturado. Si

el coeficiente de Poisson es de 0.5, el suelo es fino y saturado lo cual puede ser

problemático. No se consideran drenajes para la subrasante directamente. Para

el cálculo de los esfuerzos admisibles de esta capa se considera la

heterogeneidad del suelo de subrasante por medio de un factor.

• Tráfico: vehículos cuyo peso sea mayor a 5 toneladas, con dos ruedas gemelas.

Para representar el tráfico promedio diario en una dirección en el carril de

diseño, se considera la figura de eje estándar, el cual en este caso es de 13

toneladas. Como en todos los métodos, el planteado por el Manual considera un

factor de crecimiento del tráfico con el paso del tiempo.

• Canalización del tráfico de acuerdo con el número de carriles en cada sentido y

al ancho del carril: por medio de dos factores, el primero para el número de

carriles y las velocidades manejadas en cada uno y el segundo para el ancho de

cada carril.

• Materiales a emplear: conocer las características mecánicas de los materiales a

emplear con base a ensayos de laboratorio, pudiendo usar estos materiales para

predimensionamiento pero no para diseño final ya que la calidad de los

materiales cambia cuando se encuentran bajo diferentes condiciones.

• Clima y ambiente: se considera el efecto de la temperatura en los materiales

asfálticos (temperaturas extremas) y en los cambios de los ciclos del agua. Se

considera además la abundancia de precipitaciones para diseñar los drenajes de

la vía.

• Calidad de la Construcción: se asume y exige que las normas de fabricación de

materiales se cumplan, garantizándose así la homogeneidad de las composiciones

y características de cada material. El espesor de las capas es una variable

aleatoria.

• Vida útil y Probabilidad de Falla: estos conceptos se explican más adelante.

• Las solicitaciones sobre cada una de las capas del pavimento las cuales se

calculan conociendo: las características de comportamiento de fatiga del


63

material, el tráfico acumulado, el riesgo de cálculo y el coeficiente de

calibración11.

• Drenaje.

• Equilibrio hídrico entre el suelo y las raíces de los árboles.

• Asentamientos por sótanos.

• Problemas de suelos expansivos.

Los últimos cuatro puntos no se consideran dentro del Manual y deben ser estudiados por

el diseñador para cada uno de los casos (IDU & Universidad de Los Andes, 1997:

Prefacio).

El Manual de 1997, al cual se le otorgará el nombre de Manual o Guía a lo largo de esta

sección (MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA SANTAFÉ DE BOGOTA (1997)),

clasifica la ciudad en zonas de acuerdo con las propiedades mecánicas de la subrasante y

clasifica el tráfico según la variación que sufre en las diferentes vías de la ciudad.

Además, el Manual especifica con bastante claridad los materiales que se pueden utilizar

como base y subbase y los tratamientos a realizar cuando los materiales no cumplan con

tales requerimientos. Los materiales no incluidos en el Manual debían someterse a

ensayos para determinar sus leyes de fatiga y módulos elásticos, siendo estos esenciales

para el diseño del pavimento.

El método de diseño propuesto por la Guía es de tipo racional. La elección de este tipo

de metodología se realizó basándose en las deficientes condiciones de calidad de los

materiales y subrasante disponibles en la ciudad y en la presencia en la ciudad de cargas

considerablemente más altas a 8,2 toneladas, valor que representaba el peso de un eje

equivalente para la mayoría de métodos empíricos tradicionales. Por la naturaleza del

método, se deben verificar el esfuerzo vertical en la subrasante, para evitar el

punzonamiento y el esfuerzo y la deformación en la base de las capas asfálticas para

evitar fallas por tracción.

11 Con el cual se corrigen las diferencias entre lo teórico y lo real.


64

Puede ser utilizado para vías de bajo tráfico y autopistas, dependiendo los espesores de

los objetivos de servicio, el tráfico, las condiciones ambientales y de las condiciones

físicas y mecánicas de los materiales.

La metodología racional empleada tiene un carácter probabilístico, ya que no calcula la

vida útil del pavimento sino la probabilidad de ruptura acumulada en el tiempo del

mismo. Por lo anterior se puede decir que la vida útil de un pavimento nunca puede ser

calculada con exactitud. Esto porque aunque se realicen controles estrictos en la

fabricación de los materiales y en la construcción del pavimento, las variaciones que se

presentan por estos factores disminuirán, pero la incertidumbre total del diseño nunca

alcanzará valores despreciables al no conocerse con exactitud el comportamiento del

clima y del tráfico a lo largo de la vida útil estipulada para el pavimento. La

metodología considera esta incertidumbre al calcular la vida útil inicial y el riesgo de

cálculo de dicho valor.

El riesgo de cálculo se define como la probabilidad de aparición de una falla de cierta

magnitud antes de un periodo de tiempo P, el cual corresponde a la vida útil calculada

para el pavimento. Este valor de riesgo debe tener un valor máximo tolerable para que

el cálculo de la vida útil sea aproximadamente acertado.

Por su parte el concepto de vida útil es calificado por el Manual como poco práctico y

difícil de definir porque el desgaste del pavimento no es homogéneo y se realizan

reconstrucciones parciales del pavimento antes de que se encuentre totalmente

destruido.

Los pavimentos flexibles tienen espesores totales de 30 a 100 cm., contando con capas

de rodadura de 10 cm. para tráficos medios y altos, los cuales son reemplazados por un

tratamiento superficial para tráfico bajo. Los pavimentos con capas asfálticas gruesas

tienen de 6 a 15 cm. de asfalto sobre bases y/o subbases tratadas, consiguiéndose así un

espesor total de 15 a 40 cm.


65

La degradación de las diferentes estructuras de pavimento flexibles utilizadas en Bogotá

se puede atribuir a dos razones principalmente: mala escogencia de los materiales y

errores en la colocación o fabricación de las capas (IDU & Universidad de Los Andes,

1997: A-9).

Para pavimentos asfálticos con bases granulares o con capas de asfalto delgadas, las

principales fallas que se presentan son ahuellamientos de radio grande, hundimientos y

asentamientos (todos los cuales aumentan con el tráfico), fisuras, piel de cocodrilo y ojo

de pescado. Para pavimentos de capas asfálticas gruesas las fallas más comunes son las

de que suceden por fatiga de las capas asfálticas (no hay deformaciones en la

subrasante). La temperatura y bajas velocidades afectan notablemente la capa

superficial del pavimento y por esta razón el diseñador debe ser muy cuidadoso en el

momento de seleccionar los materiales para la capa de rodadura.

Para la selección de los materiales asfálticos a emplear en la estructura se tienen en

cuenta la deformación admisible, las temperaturas extremas en la zona en la que se

utilizarán y las diferentes frecuencias de las solicitaciones a las que se verá expuesta la

vía.

La metodología de diseño incluye un análisis mecánico del funcionamiento de la

estructura, ensayos de laboratorio para fatiga y módulos dinámicos y conocimientos

obtenidos de la observación del comportamiento de pavimentos construidos bajo

condiciones similares: en otras vías de la ciudad o en el carrusel de fatiga de la misma.

Existen en el método planteado por el Manual las siguientes etapas:

• Predimensionamiento: basado en vías de condiciones similares.

• Cálculo de la estructura: programa DEPAV, basado en Boussinesq, Burmister y

Jones o en elementos finitos. Los parámetros necesarios para el diseño de cada


66

capa son el módulo de Young, el coeficiente de Poisson, el espesor y la

adherencia a las capas vecinas12.

• Verificar fatiga y deformación: comparar esfuerzos encontrados (por tracción en

capas asfálticas y por compresión vertical en subrasante) y deformaciones

encontradas (deformaciones relativas por tracción y deformación vertical de la

subrasante), con valores admisibles de esfuerzos y deformación para las

respectivas capas. Para pavimentos de tráficos bajos se verifica la deformación

vertical; mientras que para pavimentos de tráficos medios y altos se deben

verificar la deformación por tracción las capas de asfalto y la deformación

vertical.

La validez de los cálculos depende de:

• La carga del eje equivalente y el número de repeticiones de ejes

equivalentes esperado.

• La probabilidad de falla aceptada de acuerdo a la aleatoriedad de los

materiales y sus condiciones de colocación.

• Las características de los materiales y de la subrasante.

• Ajuste de espesores calculados de acuerdo a las condiciones tecnológicas

(precisión de las máquinas) para permitir la disminución de los defectos de liga y

la protección a capas tratadas con ligantes hidráulicos.

El Manual considera como tráfico bajo a un N< 250000 ejes estándar (de 13 Ton.).

12 El Manual de Diseño de Pavimentos para Santafé de Bogota presenta un modelo de pavimento multicapas con continuidad de los desplazamientos en las interfaces (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: C-20)


67

4.4.3 MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA SANTAFÉ DE

BOGOTA (2000) (IDU & UNIVERSIDAD DE LOS ANDES, 2000)

El Manual del año 2000 es la continuación y mejora del Manual realizado en 1997. En la

Tabla No. 7 (ubicada en la sección No. 9 en los ANEXOS), se encuentran las

principales diferencias entre el Manual de 1997 y el Manual del año 2000. A continuación

se realizará una explicación más completa de las diferencias citadas en la Tabla No. 7.

El Manual del año 2000 considera criterios de diseño a corto y a largo plazo como son:

A corto plazo:

• capacidad portante suficiente para soportar la maquinaria de construcción.

• nivelación que permita regularidad del espesor de las capas y una vía plana.

• deformabilidad que permita compactación adecuada de las capas.

• Para tráficos superiores a T3 se aplica la Norma IDU-100 por la cual la tolerancia

de nivelación de la plataforma debe ser de ± 3 cm. y el índice de capacidad

portante inmediato debe ser de IPI ≥ 35.

A largo plazo:

• comportamiento del suelo en la parte superior de la explanación (± 1 m.

superficial) para conocer la naturaleza del suelo y el ambiente hidrológico en las

condiciones más desfavorables (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: B-3). Esto

se conoce como análisis del PSE ( el 1er. metro de profundidad de la Parte

Superior de la Explanación).

• tipo de material y el espesor de la capa de conformación.

Según el Manual (2000):

El espesor de la capa de conformación que se debe colocar y la clasificación de la

plataforma dependen de: la capacidad portante de la subrasante, las características

mecánicas del material tratado y de la calidad del tratamiento (si es en planta o en el


68

sitio de la construcción). Para las capas de conformación de pavimentos para tráficos

altos T4 y T5, es necesario mayorar el espesor encontrado en 5 cm.

4.5 CONCLUSIONES

Las metodologías de diseño empleadas en Colombia a lo largo de los últimos 50 años son

sólo un reflejo de los avances que en este sentido se desarrollaron en otros países del

mundo.

Como se decía al iniciar el capítulo, fue sólo hasta mediados de los años 40 que se

empezó a trabajar en la construcción y pavimentación de grandes vías en Bogotá y todo

el país. Esto porque hasta esta época el parque automotor colombiano fue muy pequeño

y no demandó la construcción de vías rápidas y de alto desempeño. Pero para mediados

del siglo XX, se dió un gran crecimiento en el número de automóviles, buses y camiones

en todo el país, convirtiéndose el diseño y construcción de vías pavimentadas en una

necesidad primordial para el país y su desarrollo.

Hasta mediados de los años 50, era poco lo que se conocía en Colombia respecto a

metodologías de diseño y eran escasas, casi inexistentes, las reglamentaciones en lo

referente a materiales y métodos constructivos. Siendo ésta la situación del país, las

primeras obras de pavimentación de gran envergadura fueron realizadas por firmas

extranjeras, las cuales introdujeron en el país las tecnologías y metodologías utilizadas

por ellas. Dichas firmas extranjeras, fueron de origen estaunidense, como se puede

constatar por medio de las metodologías de diseño utilizadas en Colombia para finales

de la década de los 50.

Con el desarrollo de los primeros proyectos durante los años 50 y 60, se encontró la

necesidad de elaborar ciertas especificaciones elementales que garantizaran una calidad


69

mínima en el diseño del pavimento. El primer esfuerzo por ofrecer estas

reglamentaciones, aunque muy tímido, se presentó en las Especificaciones Técnicas de

la Secretaría de Obras Públicas de 196713. En dichas normas se muestran los primeros

espesores recomendados para bases en Bogotá.

Antes de los años 70, las metodologías aplicadas se basaban en la experiencia y

consideraban en sus diseños los siguientes factores: el CBR saturado (para medir la

resistencia del suelo), la condición de los suelos, los materiales a disposición y el criterio

del ingeniero que estuviera a cargo del diseño y construcción de la vía.

De los años 70 a los 80, se desarrollaron las primeras metodologías de diseño para

Colombia, basadas en la experiencia adquirida por países como Inglaterra, en regiones

de climas tropicales y en vía de desarrollo, muy similares a Colombia.

Estas “nuevas” metodologías fueron mucho más estructuradas que las manejadas con

anterioridad, y buscaban obtener mejores resultados técnicos y económicos en el diseño

de pavimentos.

Los “nuevos” diseños, surgieron de intensas investigaciones llevadas a cabo por

diferentes entes extranjeros como la TRRL de Inglaterra, la Misión Francesa Ingeroute y

la AASHTO de Estados Unidos contratadas o en asocio con el entonces Ministerio de

Obras Públicas y Transportes de Colombia.

La influencia más notable sobre el diseño colombiano de la época, fue la ejercida por

Inglaterra y Estados Unidos, la cual se resume en la elaboración de la «Guía de Diseño

Estructural de Pavimento Flexible en Colombia» y en la elaboración de los métodos

MOPT-75, método Abreviado del MOPT, método del Instituto del Asfalto y Nuevo

Método del Instituto del Asfalto.

13 véase en el siguiente capítulo, lo concerniente a Reglamentación


70

En estos métodos, se introdujeron las siguientes ideas y conceptos a las metodologías de

diseño del país:

• La necesidad de elaborar un criterio único para diseño de pavimentos flexibles

económicos en Colombia. Dicho criterio debía ser dinámico, con el fin de poderse

modificar en el tiempo, a medida que las condiciones presentes en el país

cambiaban y los pavimentos a nivel mundial y nacional se desarrollaban.

• La necesidad de trabajar con una resistencia del suelo aproximada a la que éste

tendría en condiciones reales bajo el pavimento.

En este aspecto y a pesar de conocerse la necesidad de obtener este valor por

medio de ensayos de laboratorio bajo condiciones críticas, dichos ensayos no eran

llevados a cabo en la mayoría de los casos, encontrándose el valor de la

resistencia o CBR a través de aproximaciones.

Lo que se busca con los nuevos diseños es realizar los ensayos o por lo menos

contabilizar de alguna manera su ausencia, como es el caso del Método Abreviado

del MOPT. En este método se trabaja con unos factores multiplicadores de los

diseños encontrados con las cartas de diseño tradicionales, gracias a los cuales

los espesores del pavimento se incrementan a medida que el tráfico crece.

En el caso del Método del Instituto del Asfalto y su versión mejorada, el CBR no

representa directamente la resistencia del suelo, pero a través de él se llega al

Módulo de Resiliencia, el cual es el indicador de la resistencia del suelo de

subrasante.

• La necesidad de aplicar al diseño colombiano la experiencia y conceptos

modernos desarrollados por la AASTHO.

• La necesidad de hacerle un mayor seguimiento a los métodos y proyectos

colombianos para poder aprender de la experiencia y conocer cuales métodos son

los que mejores resultados ofrecen y bajo cuales condiciones.

• La utilización de la fatiga como criterio de diseño.


71

• La distribución de los esfuerzos al interior de la estructura de pavimento y la

estimación de la carga que por esta misma distribución es soportada por la

subrasante14.

• La importancia de las condiciones ambientales y las condiciones hídricas del

suelo (humedad, nivel freático, etc.) para el diseño.

• El papel primordial que juega el tráfico en el diseño del pavimento al ser el

criterio de diseño la fatiga. Es fundamental contar con un buen estimativo del

tráfico para la vida útil esperada de la vía. Para este fin se consideran el

aumento de la población y del parque automotor, la actividad económica de la

zona, la mejora y adiciones en la red vial y las características de operación de los

tramos de cada red. Además, en estas metodologías se empiezan a manejar

repeticiones de carga con ejes de 8.2 toneladas para representar el tráfico

esperado de una vía.

Sin importar el gran número de semejanzas entre los diseños presentados en los años 70,

no todos los métodos desarrollados en esta época fueron iguales. Algunos se destinaron a

tráficos bajos, como es el caso del MOPT Abreviado; otros manejaron toda clase de

tráficos, como es el caso del MOPT-75 y otros, como fue el caso del método del Instituto

del Asfalto y de su nueva versión, se enfocaron al diseño de vías de tráfico medio a alto.

Los métodos utilizados hasta finales de los años 70 fueron fundamentalmente empíricos

y sólo con la introducción del Método del Instituto del Asfalto, las metodologías

empezaron a buscar mayor soporte en la teoría y se volcaron hacia la propuesta racional

y el estudio de las deformaciones y los esfuerzos al interior del pavimento.

Unos años después de la introducción de la metodología del Instituto del Asfalto, la

metodología Shell empezó a aplicarse en el país, convirtiéndose en el procedimiento

oficial de diseño en Colombia por aproximadamente 10 años. Después de este periodo de

14 Dicha carga debe ser menor a la capacidad portante del suelo de subrasante.


72

tiempo, la metodología Shell fue reemplazada por la también racional metodología

AASHTO, entre 1988 y 1993.

A partir de 1994, la aparición del primer «Manual de Diseño de Pavimentos para Santafé

de Bogota», cambió la influencia que hasta ese momento había tenido el diseño de

pavimentos en la ciudad.

Aunque el Manual de dicho año era una guía elemental de diseño y de especificaciones

mínimas para los materiales y tratamientos a utilizar en las capas de base y subbase,

fue el primer paso en el desarrollo de los manuales de diseño de pavimentos para Bogotá

de los años 1997 y 2000. Dichos Manuales, a pesar de ser simples guías como su

antecesor de 1994, manejaron conceptos mucho más detallados del diseño de

pavimentos para la ciudad al considerar las condiciones y necesidades propias de la

misma en cuanto a tipo de suelos, condiciones ambientales, tipo de vehículos, peso y

frecuencia de repetición de carga15, vida útil esperada, materiales a disposición y sus

características, etc.

Los Manuales de 1997 y de 2000 propusieron una metodología fundamentalmente

racional, cuyas bases eran los conocimientos y tecnologías francesas16 y cuyo fin era

lograr que los diseñadores bogotanos no pasaran por alto ninguno de los factores

propuestos en la Guía sin antes considerar su importancia dentro del proyecto.

Entre los diseños de los años 70 y los propuestos en los Manuales de 1997 y de 2000, son

grandes las diferencias que se presentan, especialmente en lo concerniente a espesores

de capas. Según el MOPT-75, los espesores totales de pavimento, con bases y subbases

granulares, podían ir de aproximadamente 17 cm. para los tráficos más bajos a 27.5 cm.

para los tráficos más altos. Para los Manuales, dichos valores van de 30 cm. a 100 cm.,

siendo esto el reflejo de un mejor conocimiento de las condiciones del suelo, el

15 Modificando el peso del eje estándar de 8.2 Ton. a 13 Ton. 16 Se rompe con la búsqueda del ideal Inglés o Norteamericano que se venía siguiendo desde los años 70.


73

ambiente y los materiales empleados en cada proyecto, al igual que una clara muestra

de cómo el tráfico y sus características se han modificado17 con el paso del tiempo.

En los Manuales o Guías de 1997 y 2000, algunos factores de gran importancia para el

desempeño final de la vía, tales como el drenaje, el equilibrio hídrico entre las raíces de

los árboles y el suelo, los asentamientos por sótanos y los problemas por suelos

expansivos, se dejan a criterio del diseñador, no quedando incluidos dentro de la

metodología de diseño propuesta.

Sin importar sus semejanzas, los Manuales de 1997 y 2000 presentan algunas

diferencias, y tanto estas últimas como las semejanzas se pueden encontrar en la tabla

No. 6 de la sección del Manual de Diseño de Pavimentos para Bogota (2000). Algunas de

las diferencias que se podrán encontrar en dicha tabla se refieren a: la temperatura

ambiental de la ciudad, el criterio de diseño, el peso desde el cual un automóvil es

considerado vehículo pesado, las especificaciones de materiales a seguir, entre otras.

Un aspecto que llamó la atención a lo largo de la investigación desarrollada, fue el no

encontrar en la literatura consultada ningún indicio de la atribución del mal estado de

las vías nacionales a las metodologías de diseño empleadas en las mismas.

Ya para finalizar el análisis, es importante destacar el papel jugado por entidades como

el BID, el BIRF y el Estado, en el desarrollo de las metodologías de diseño de nuestro

país. Muchos de los proyectos de infraestructura vial colombianos no se hubieran

desarrollado de no haber existido la financiación de estas entidades. De no haberse

desarrollado estos proyectos, contaríamos con vías de comunicación de inferior calidad y

estaríamos más atrasados en lo referente a métodos constructivos, ensayos de

laboratorio, control de calidad en obra, tratamiento de materiales, reglamentación y

metodologías de diseño de pavimentos.

17 Las características que han cambiado es el número de vehículos, el peso de los vehículos y las frecuencias de aplicación de las cargas.


74

5. INFORMACION COMPLEMENTARIA

SOBRE COLOMBIA (1950-2000)

5.1 INTRODUCCION

En este capítulo se encontrará una breve descripción de la evolución que han tenido los

métodos constructivos, los materiales, el control de calidad, los ensayos de laboratorio y

las reglamentaciones colombianas en los últimos 50 años.

Se enfatizará la información recopilada respecto a Bogota, para conocer de la mejor

manera posible el comportamiento de todos los elementos anteriormente citados.

Se encontrará, al final del capítulo, una sección correspondiente a otros avances, en la

cual se ubicó información que aunque no se encuentra directamente relacionada con los

temas mencionados, es de interés al analizar el comportamiento que tuvo la evolución

de los pavimentos en Colombia.


75

5.2 TECNICAS CONSTRUCTIVAS

5.2.1 PERIODO DE 1950-1970

CONSTRUCCIÓN DE VIAS

Hasta 1962 la construcción de las vías en el país se realizó por localización directa, lo

cual consistía en realizar los planos de planta, perfil, secciones transversales, etc.,

basándose en la cartera topográfica de la vía. Este sistema empezó a abandonarse a

principios de los años 60 gracias a la firma TAMS, la cual impuso la utilización de los

planos de construcción en nuestro país (Caro, 2001: 3). Con base en dichos planos se

empezaron a realizar las diferentes construcciones y diseños geométricos de la vía.

MAQUINARIA

Para la década de los 60 se utilizaba en Bogotá la siguiente maquinaria de construcción:

retroexcavadoras, compactadoras y finishers, rodillos lisos, pata de cabra, llantas

neumáticas, cilindros de malla, equipos vibradores, cilindros oscilantes de neumáticos y

apisonadores (SOP D.C., 1967: 6,7).

ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN Y DRENAJE

En esta misma época y gracias al uso de los planos de construcción se le otorga mayor

importancia a las estructuras de contención y a los drenajes y sus diferentes problemas.

Se introducen los filtros de subdrenaje y se reconoce que la función de las estructuras

de drenaje es captar el agua que atraviesa la vías y drenar las aguas subterráneas (Caro,

2001: 3).

5.2.2 DÉCADA 1970-1980

DESARROLLO TECNOLÓGICO


76

Gracias al Plan Vial de Pavimentación, apoyado por el Banco Mundial, un gran número de

vías fueron pavimentadas en el país durante la década de los 70, ayudando esto a un

gran desarrollo tecnológico en el país.

A finales de los 70, cuando Brasil, Estados Unidos, Argentina, Europa y otros países

americanos trabajaban en la pavimentación de carreteras secundarias con cantidades

considerables de emulsiones asfálticas, se realizó en Colombia el montaje de la primera

planta de emulsiones asfálticas a cargo de una firma francesa llamada TACSA (Caro,

2001: 7). El montaje de la planta permitió un desarrollo lento en lo concerniente a

tecnología de fabricación de asfaltos, ya que en un principio la fábrica no contó con la

aprobación de constructores, autoridades del gobierno ni algunos consultores. La planta

pugnó por 20 años para lograr la aceptación nacional y unos volúmenes de producción

relativamente bajos, quedando en manos de la compañía Shell en el año 2001 (Caro,

2001: 7).

Después de aproximadamente 10 años del montaje de la primera planta, se empezó a

trabajar en el país con 4 ó 5 plantas portátiles, con las cuales se tuvo acceso a nuevas

tecnologías de fabricación de asfaltos (Caro, 2001: 7).

CONSTRUCCIÓN

Durante este periodo se utilizó el procedimiento de la viga Benkelman para realizar el

refuerzo de las vías (MOP & RRL, 1970).

5.2.3 DÉCADA 1980-1990

EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN Y PAVIMENTACIÓN

Según Guillermo Caro Mendoza (Caro, 2001: 8), el atraso del país se debe en gran parte

a los equipos utilizados en la construcción y pavimentación. Hasta la década de los 80

las plantas de asfalto, las trituradoras, terminadoras y equipos de compactación eran


77

viejos y de poca capacidad. Sólo 10 años más tarde, en la década de los 90 y gracias a

los contratos grandes de concesión se modernizaron los equipos.

ESTABILIZACIÓN

En la época se empezaron a utilizar materiales arenosos estabilizados con macadam

hidráulico o bitúmenes en las bases y subbases, buscándose con esto mayor estabilidad y

mayor soporte de las cargas de tráfico en constante aumento (Esso Colombiana S.A.,

1985: 6). Ejemplos de estas bases y subbases se pueden encontrar en las carreteras

construidas en la costa norte del país durante esta época.

5.2.4 DÉCADA 1990-2000

MAQUINARIA

Esta época trajo los mayores adelantos en lo concerniente a maquinaria de

pavimentación. El uso de finishers o terminadoras, plantas de asfalto, trituradoras,

extendedoras, sistemas de filtros, backhouse, pavimentadoras, fresadoras y reciclaje en

frío se extendió a más proyectos, mejorando así los métodos constructivos.

Adicionalmente a la maquinaria nombrada se pueden adicionar: moto niveladoras,

finishers y compactadores vibratorios pesados (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: B-

28).

Aunque en la mayoría de los casos el número de proyectos en los que se emplean estas

nuevas tecnologías y maquinarias es considerable, en el caso del reciclaje y las

fresadoras y a pesar de contar con el aval del gobierno, los proyectos que las utilizan son

todavía muy pocos (Caro, 2001: 10).

ESTABILIZACIÓN

En lo concerniente a estabilización, a finales de la década se utilizan métodos mecánicos

tales como mezclas con arenas y gravas, cal, cemento, escoria de altos hornos, mezclas

de cal y cenizas de carbón además del uso de geotextiles (IDU & Universidad de Los


78

Andes, 1997: B-5). En el Manual se considera que el geotextil absorbe parte de los

esfuerzos que deben soportar las capas del pavimento y por esta razón, si en algún

diseño se considera el uso de geotextil, el espesor de las capas de conformación (las que

se encuentran sobre la subrasante) será menor al de las capas de conformación de un

pavimento en el cual no se considera el uso de geotextiles (IDU & Universidad de Los

Andes, 1997: B-8).

CARPETAS DE RODADURA

Otro gran avance que llega a Colombia en esta época son las capas drenantes, las cuales

consisten en carpetas de rodadura construidas con materiales que tienen pocos finos,

con lo cual el agua entra y sale fácilmente del pavimento para mejorar la adherencia y

rugosidad de los vehículos, evitando así accidentes por aquaplaning y deslizamiento de

los vehículos. El pavimento se seca rápido después de un aguacero. Este tipo de capas se

utilizan hace más de 15 años en otros países el mundo (Caro, 2001: 11).

5.3 MATERIALES, ENSAYOS Y CONTROL DE

CALIDAD

5.3.1 DÉCADA 1950-1960

ASFALTOS

Según Guillermo Caro (Caro, 2001: 2), los asfaltos y productos bituminosos son los

causantes de los principales problemas del pavimento en Colombia.

En esta década se utilizaron primordialmente los TSD y el concreto asfáltico (de

penetración 60-70, 85-100). Los asfaltos sólidos tenían el inconveniente de la dificultad

de obtener el grado de dureza necesario para las condiciones de clima y tráfico


79

especiales para cada proyecto, ya que sólo se producían, y producen en la actualidad,

asfaltos de dureza 60-70 y 85-100. Dado que las mezclas en vía no podían ser realizadas

en épocas de lluvia no fueron tan ampliamente utilizadas y su aplicación se recomendó

a regiones cálidas y con pocas lluvias (Caro, 2001: 2).

Durante estos años, los asfaltos se caracterizaron por su mala calidad, la cual se debió

principalmente a un almacenamiento y transporte inapropiados (Caro, 2001: 2).

MATERIALES PARA BASE

Durante los años 50 y 60 las bases utilizadas fueron de suelo agregado, macadam

hidráulico, de trituración y escoria, de arena, de arcilla, de grava con suelo ligante, de

conchas marinas y de caliche. Con el paso del tiempo y el aumento del tráfico y sus

cargas, estas bases son desplazadas por otras más resistentes, viéndose limitado su uso a

vías de penetración o caminos vecinales (Caro, 2001: 8).

5.3.2 DÉCADA DE 1960-1970

AGREGADOS Y MATERIALES

En este periodo de tiempo, el uso de agregado grueso triturado para bases granulares y

pavimentos asfálticos se hizo obligatorio (Caro, 2001: 3).

A finales de los años 60, se emiten en Bogota las Especificaciones Técnicas SOP de 1967,

según las cuales los materiales cuyo uso debía evitarse en la mejora de subrasantes eran

aquellos que cumplieran con los siguientes requisitos (SOP D.C., 1967: 1):

• Ser orgánicos

• Tener LL18<65

18 El límite líquido (LL) y el límite plástico (LP) forman parte de los límites de Atterberg. Estos se encargan de mostrar la consistencia agua-suelo de un suelo de grano fino. El límite líquido muestra el momento en que una mezcla agua-suelo pasa de viscosa a líquida, mientras que el límite plástico muestra el momento en que la mezcla agua-suelo va perdiendo su plasticidad y


80

• Tener 35 < LL < 65 e IP > 0.6

• Tener una clasificación con características inferiores a las del suelo a mejorar.

ASFALTO

El transporte del asfalto mejoró al realizarse en carro tanques con sistema de

calentamiento por calderas de aceite. Anteriormente el transporte se realizaba en

canecas y el asfalto era calentado en tanques derretidores (en planta) y en las mismas

canecas (en la vía), sin existir ningún control sobre las temperaturas de extendido del

material (Caro, 2001: 3).

5.3.3 DÉCADA 1970-1980

MATERIALES

Para principios de los años 70 existen grandes diferencias en las exigencias de materiales

para capas superiores entre Colombia y otros países, razón por la cual se busca generar

unas normas de calidad de materiales más en el país (MOP & INGEROUTE, 1973: 5). En

esta época los materiales utilizados para base se redujeron a: granulares de roca o grava

triturada, estabilizadas con productos bituminosos, cemento o aditivos químicos y las

estabilizadas con cemento y cal (Caro, 2001: 8). Se preveía además, que con el

constante aumento del tráfico sería necesario utilizar bases estabilizadas más fuertes,

capaces de soportar el paso del creciente número de vehículos pesados por las vías

colombianas (Pinilla, 1973: 6).

Para esta época se tuvieron en cuenta además los materiales utilizados en las diferentes

regiones y su desempeño en las diferentes capas del pavimento, la mejora del proceso

de mezcla en vía para mantener su estabilidad y hacerlo más homogéneo, la verificación

de las secciones transversales para tener así un drenaje apropiado y la introducción de

métodos de control de pavimentos ya construidos como la deflexión elástica medida con

alcanza un estado semisólido. La diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico es el Índice de Plasticidad (IP ó PI) (Spangler, 1960)


81

viga Benkelman, la resistencia al resbalamiento, la comodidad de manejo y el nivel de

servicio (Pinilla, 1973: 9).

ENSAYOS

Para esta época no se habían determinado los coeficientes estructurales de los

diferentes materiales, pero como medida provisional se valoraron en laboratorio,

mediante ensayos de campo de CBR posteriores a la colocación (Pinilla, 1973: 6).

5.3.4 DÉCADA 1980-1990

MATERIALES PARA SUBBASES, BASES Y CARPETAS DE RODADURA

En este periodo se mejora la calidad de las subbases ante el reconocimiento de su

importancia como mecanismo de control de los cambios de volumen de la subrasante.

Por esta razón, materiales como la grava natural, la roca y la grava trituradas mezcladas

y sin mezclar con arena se empiezan a utilizar (Esso Colombiana S.A., 1985: 9). En

general se empiezan a exigir mayores requerimientos de calidad para todas las capas del

pavimento19 y ejemplos muy claros de esto son:

• Para subbases de grava triturada, el 25% del peso debe ser agregado grueso con

caras fracturadas. No se admiten cantidades apreciables de arcilla o limo en el

material de subbase, el porcentaje de arena debe ser mayor al 25% y el índice de

plasticidad debe ser inferior al 6%. Existen normas que permiten diferentes

gradaciones del material desde que el tamaño máximo sea de 1 a 2 pulgadas y las

curvas granulométricas sean lisas y sin irregularidades bruscas (Esso Colombiana

S.A., 1985: 9-12).

• Para bases granulares se utiliza roca o grava natural triturada con resistencia

elevada a la abrasión (desgaste<35%) y alta resistencia a la acción de agentes

climáticos. No debe contener material orgánico y debe tener bajos contenidos de

arcilla. Debe tener un mínimo de 30% de arena y un IP<4%.El máximo tamaño de

19 Ver más información en el Manual de Principios Básicos para el diseño de Pavimentos Flexibles, Esso Colombiana S.A., páginas 9-16.


82

las partículas debe estar entre 1 y 1½ pulgadas y las curvas granulométricas

deben ser lisas y libres de irregularidades bruscas (Esso Colombiana S.A., 1985:

12).

El garantizar una superficie de rodadura segura, libre de polvo y barro y resistente a los

efectos del clima y las cargas dejó de ser una simple idea de la década de los 70 para

convertirse en un principio básico a cumplir en los años 80 (Esso Colombiana S.A., 1985:

6). La razón de esto fue el uso definitivo de materiales tales como los TS20, el

macadam de penetración21 y las mezclas en vía22, en planta o una combinación de ambas

(Esso Colombiana S.A., 1985: 6) en las capas de rodadura de los pavimentos. El material

más recomendado para esta capa en tráfico pesado era el concreto asfáltico, producido

en planta bajo controles estrictos (Esso Colombiana S.A., 1985: 49).

ASFALTO

Es el bitumen más usado en estos años, siendo el de penetración 60/80 el producido y

distribuido en el país (Esso Colombiana S.A., 1985: 13). Otro tipo de asfaltos, los

asfaltos líquidos, utilizados en este periodo son el RC-250 y MC-70 (Esso Colombiana

S.A., 1985: 14).

MÉCANISMOS DE CONTROL

Para la época se manejan como métodos de control de compactación el de cono y arena,

el balón de agua y sistemas nucleares (Esso Colombiana S.A., 1985: 10).

20 Los Tratamientos Superficiales eran considerados apropiados para tráficos medios y livianos, realizándoles un sellamiento cada 3-5 años (Esso Colombiana S.A., 1985: 45). 21 Los pavimentos de penetración con asfalto necesitaban agregados de gran resistencia y no proporcionaban superficies muy lisas. Son excelentes pavimentos si se construyen bien (Esso Colombiana S.A., 1985: 46). 22 La mezcla en vía se considera apropiada para las condiciones de tránsito liviano o moderado, extensión en terreno plano, largos veranos y agregados y equipos adecuados, no siendo recomendable su uso en regiones lluviosas (Esso Colombiana S.A., 1985: 47).


83

5.3.5 DÉCADA DE 1990-2000

MATERIALES

A partir de los años 90 se empiezan a utilizar geotextiles y geomallas en Colombia. Los

primeros se utilizan en la rehabilitación de pavimentos, la mejora de subrasantes y como

membrana antireflectiva de grietas al interior de la estructura del pavimento. Por su

parte las geomallas se utilizan en construcciones nuevas donde las condiciones y los

materiales naturales son muy pobres (Caro, 2001: 9).

A continuación se encontrarán las guías encontradas en el Manual de 1997 sobre Diseño

de Pavimentos para Santafé de Bogota con respecto a las diferentes capas necesarias

para un pavimento, sus características y las de los materiales a utilizar en cada una de

ellas dependiendo de las condiciones de diseño del pavimento:

• Subrasante: corresponde a los 30 cm. superiores de explanación y debe tener la

rigidez suficiente para soportar las cargas de tráfico que sobre ella se aplicarán.

Como parámetro indirecto de capacidad portante de la subrasante se utiliza el

CBR, el cual sirve para encontrar el módulo de Young23. Si la subrasante cuenta

con un CBR<5 es necesario reemplazarlo, tratarlo o estabilizarlo mecánicamente.

El suelo también debe ser tratado si su IP>40, su LL>70 o si su contenido de

materia orgánica es mayor al 3%.

Los tipos de suelos de subrasante de Bogota son principalmente: arcillas blandas,

arcillas duras preconsolidadas (con o sin presencia de neme), coluvión (de suelo

residual de los cerros) y roca.

• Para las capas de conformación se debe evitar el uso de materiales con las

siguientes propiedades: tamaño máximo de partículas superior a 150 mm.,

porcentaje de finos superior a 35% y/o índice de plasticidad mayor a 20%.

• Subbase: el material de esta capa debe contar con un CBR de mínimo 30,

aumentando las exigencias de dicho valor a medida que el tráfico crece.

23 E = 50xCBR[Kg./cm2]


84

El tamaño máximo de partícula para el material de esta capa es 60 mm., siendo

los materiales más utilizados el granular natural, las gravas trituradas y las arenas

arcillosas mejoradas24 o sin mejorar. Para tráficos bajos esta capa puede ser

reemplazada por una subrasante tratada (IDU & Universidad de Los Andes, 1997).

• Base: los valores de CBR para el material empleado en esta capa deben ser

superiores a 80, pudiéndose realizar estabilizaciones mecánicas y tratamientos

para mejorar su resistencia. Para tráficos bajos, un CBR de 60 es aceptable.

Los materiales usados en esta capa son: granular natural, granular natural

tratado con cemento o cal, triturado, arena arcillosa tratada con cemento o cal,

arena-asfalto, grava asfáltica y grava cemento (IDU & Universidad de Los Andes,

1997: B-16 a B-28).

• Capas de Liga o Impregnación: tienen un espesor de 1 a 2 cm. y sirven para

impermeabilizar o mejorar la adherencia. Entre los materiales utilizados para

estas capas se encuentran los asfaltos líquidos de curado medio y de curado

rápido y las emulsiones.

• Capa de Rodadura: se utilizan diferentes materiales dependiendo del tipo de

tráfico:

o Tratamientos Superficiales: antes utilizados para tráficos medio o bajos,

según el Manual pueden ser utilizados para todos los tráficos, realizando

refuerzos cada 2 u 8 años dependiendo del tipo de tráfico (entre mayor es

el tráfico, más a menudo se deben realizar los refuerzos).

Los materiales recomendados por el Manual para este tipo de

recubrimiento son: asfaltos líquidos y emulsiones catiónicas.

o Arena asfalto: se utiliza para tráficos medios y bajos (T1 y T2) cuando la

base es impermeable. Su espesor varía entre 3 y 4 cm.

o Mezcla Asfáltica Densa: especial para tráficos desde T1 hasta T3.

o Concreto Asfáltico: recomendado para todo tipo de tráfico desde que se

cuente con una base lo suficientemente buena.

24 la mejora de este material se realiza mezclándolo con cal y cemento


85

El Manual del año 2000 no clasifica los materiales por capas, dejando abierta la

utilización de los materiales en las diferentes capas desde que cumplan con las

solicitaciones correspondientes a cada una de ellas. Entre los materiales aceptados por

el Manual se encuentran: la arena asfáltica, la arena concreto, la arena escoria, la

arena tratada con ligante hidráulico, la mezcla asfáltica para capa de rodadura, la

mezcla asfáltica para capa de liga, el concreto compacto, el concreto hidráulico, el

concreto pobre, la ceniza volante, la cal, el yeso, el material granular asfáltico, el

material granular con cemento, el material granular con escoria, el material granular

tratado con liga hidráulica, el material granular con puzolanas, el material granular no

tratado, los tratamientos superficiales, los limos tratados, entre otros.

Actualmente a nivel mundial, los asfaltos líquidos ya no se producen debido a sus

implicaciones ambientales (polución). En Colombia, hasta el año 2001 se seguían

utilizando MC-70 (asfalto liquido + 25-30% kerosén) y RC-250 (asfalto liquido + 20-25%

gasolina) (Caro, 2001: 2).

MECANISMOS DE CONTROL

Para el control de las deflexiones que sufren los pavimentos gracias a las diferentes

cargas ejercidas sobre ellos se empieza a utilizar en los 90 el FWD (Falling Weight

Deflectometer). Dicho instrumento mide el IRI y la rugosidad de un pavimento y el

espesor, la calidad y las características (E, tipo de material, etc.) de las capas

subyacentes al mismo. Tiene una capacidad de cálculo de 40km/vía/día, lo cual es ideal

para construir o rehabilitar cualquier vía y es motivo suficiente para haber reemplazado

a la viga Benkelman y al Rugosímetro que se utilizaban anteriormente en Colombia.

Hasta el año 2001 sólo existían 3 FWD en el país (Caro, 2001: 10).


86

5.4 REGLAMENTACION

En los siguientes puntos se puede encontrar un breve recuento de las normas utilizadas

en Colombia en lo concerniente a pavimentos durante los últimos cincuenta años. Entre

ellas se pueden hallar requerimientos de control de calidad para construcción, diseño y

materiales a emplear en la construcción de pavimentos en Colombia.

• Decreto 102 de 1955, el cual establecía la composición, el volumen y el

crecimiento del tráfico, además del manejo del mismo en ejes equivalentes de

8.2 toneladas. Dicho decreto se utilizó hasta 1970.25

• En 1966 el MOP, emite nuevas especificaciones de construcción, reemplazando

las Especificaciones Normales para la Construcción de Carreteras y Calles de 1955

(Caro, 2001: 3).

• La obligatoriedad del uso de agregados gruesos triturados en las bases granulares

y pavimentos asfálticos fue tomada de ensayos de resistencia a mayor número de

repeticiones de carga realizados por la AASHO (Caro, 2001: 3).

• En 1967 la Secretaria de Obras Públicas de Bogota D.C., emite las

Especificaciones Técnicas SOP de 1967.

• El Ministerio de Obras Públicas y el Fondo Vial Nacional encargan a una

consultora colombiana la revisión y modificación de las especificaciones de

construcción de 1966. Las modificaciones y adiciones entran en vigencia en

febrero de 1970 y tienen validez hasta diciembre de 1996 (Caro, 2001: 7). En los

años 70 se dieron otros dos intentos de modificación de las especificaciones de

construcción. Uno de estos intentos fue el de las Normas y Especificaciones

Generales para el Plan de Recuperación de la Red Vial Nacional Pavimentada

(marzo de 1979), y el otro, un precedente de dichas normas y especificaciones

llamado el “libro amarillo”. Ninguna de estas reglamentaciones tuvo acogida y

25 Guía para el Diseño Estructural de Pavimentos Flexibles en Colombia, Ministerio de Obras Públicas, República de Colombia, S. A., Tropical Section Road Research Laboratory UK, Página II del Prólogo., bogota, enero 1970


87

por tal razón se volvió a las especificaciones aprobadas en febrero de 1970 (Caro,

2001: 8).

• Hasta los años 80 la subrasante se compactaba bajo los requerimientos de ensayo

de laboratorio de CBR o de estabilómetro (normas MOPT D-121 y MOPT E-52)

(Esso Colombiana S.A., 1985: 7).

• En 1995 el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) expide las Especificaciones

Técnicas de Construcción para el Plan Vial.

• En 1996 la Secretaria de Obras Públicas del Distrito (SOP D.C.) expide las

Especificaciones Generales de Construcción y Mantenimiento de Vías Urbanas. En

estas especificaciones se introducen aspectos que no eran considerados en las

especificaciones anteriores como son:

o El control de calidad no sólo a durabilidad de la obra sino también para

garantizar la seguridad del usuario (índices de rugosidad y resistencia al

deslizamiento).

o Para la época se vivían muchos cambios en la tecnología vial ya que se

tiene un mejor conocimiento de los materiales y de su comportamiento

reológico. Además, hay una gran variedad de métodos constructivos

nuevos y de perfeccionamiento de equipos.

o La ciudad vive una transformación urbana; hay una densificación de la

población, cambios en el uso del terreno, crecimiento acelerado del

parque automotor por apertura económica.

o Debe existir mantenimiento de las vías y por esto se incorpora el concepto

de autocontrol al constructor en las etapas de provisión de materiales y

mezclas y procesos constructivos. Se le otorga a la Interventoria

suficientes herramientas para exigir cumplimiento de calidades finales.

o Es necesario establecer una fase de experimentación en Bogotá para

evaluar los pavimentos existentes, su desempeño (SOP D.C., 1996:

Presentación) y realizar un mayor número de experimentos y ensayos de

laboratorio para conocer mejor las características de los materiales y de

la subrasante.


88

• Se expide en el año 2000 la Reglamentación Vial Urbana para Santafé de Bogotá

(RSV-2000), con la cual se controla la calidad de los materiales utilizados en la

construcción.

5.5 OTROS AVANCES Y HECHOS:

• Plan Vial Colombiano para el año 2000 (planteado en 1985)

• Introducción de los túneles a la malla vial colombiana en los años 90 (Caro, 2001:

9).

• En los últimos años se han venido realizando investigaciones respecto a la

segregación térmica y su incidencia en el deterioro prematuro de los pavimentos.

Se cree que los efectos podrían ser más graves que los producidos por

segregación por gradación (Caro, 2001: 12).

5.6 CONCLUSIONES

De acuerdo a la información recopilada, grandes avances se presentaron a lo largo de los

últimos cincuenta años en los métodos constructivos, los materiales, la reglamentación

de los mismos, los ensayos practicados a subrasante y materiales y el control de calidad

ejercido en Colombia. A pesar de esto, para la realización del capítulo se contó con muy

poca información concerniente a la puesta en práctica de todos estos avances y por lo

tanto no se conoce con exactitud hasta que punto fueron o han sido aplicados en el país,

especialmente en nuestra ciudad.

Información relacionada con:

• la aplicación de las reglamentaciones implementadas en los diferentes años a los

materiales y mezclas.

• los controles de calidad ejercidos en obra.

• la utilización de la maquinaria necesaria y aprobada para cada proyecto.


89

• y la aplicación de los tratamientos recomendados para los materiales y

subrasantes que los necesitaran.

son claros ejemplos del tipo de información que no puede ser analizada muy

profundamente en este capítulo por falta de información práctica sin la cual no es muy

prudente omitir algún tipo de conclusión.

Sin demostrarle mayor importancia a esta lista de temas, los cuales no se orientan a

conclusiones reales, se puede encontrar otro gran número de contenidos, con respecto a

los cuales se puede obtener información valiosa.

Tal es el caso del avance ocurrido en la reglamentación de los materiales utilizados para

pavimentos. A pesar de no conocerse hasta que punto ha sido utilizada, no se puede

negar que en este aspecto el desarrollo de leyes que regulen los materiales a colocar en

las diferentes capas del pavimento, el país ha presentado una gran evolución. Esto

porque se pasó de contar con reglas casi inexistentes a mediados de los años 40 a

reglamentaciones claras y estructuradas como han sido la de 1966, 1967, 1995,1996,

1997 y la de 2000 (Reglamentación Vial Urbana para Santafé de Bogota RSV-2000).

Otro claro ejemplo de la evolución llevada a cabo en nuestro país, es el desarrollo que

presentó la industria del asfalto. A finales de los años 70 empezó el funcionamiento de

la primera planta, siendo de tecnología antigua y por lo tanto teniendo producciones

muy bajas y de calidad desconocida. Aproximadamente diez años más tarde, y gracias a

las concesiones de los años 90, se trajo una tecnología más avanzada, aumentándose los

volúmenes producidos y tal vez mejorando los controles de calidad de las mezclas. Otro

aspecto de los asfaltos que influyó en la mejora de su calidad, fue el cambio de su

medio de transporte y almacenamiento, el cual pasó de llevarse a cabo en canecas a

hacerlo en carro tanques con sistemas de calderas de aceite para su calentamiento.

En el caso de los materiales y el desarrollo de nuevos tratamientos para mejorar sus

características, uno de los principales motores fue la necesidad de utilizar los materiales


90

disponibles en las zonas aledañas a los proyectos, de forma tal que su costo y su calidad

fueran óptimos para las necesidades de la vía.

De acuerdo a lo expresado por Guillermo Caro Mendoza (2001) respecto a la evolución de

la maquinaria y de los métodos constructivos utilizados en nuestro país, es importante

señalar que fue gracias a la realización de las grandes concesiones y a las exigencias que

estas hacían, que tanto la maquinaria como los métodos constructivos colombianos

mejoraron considerablemente. Adicionalmente a esta afirmación hecha por Caro

Mendoza, se podría decir, que la reglamentación de los materiales, las exigencias de

control de calidad y de la realización de ensayos también mejoraron notablemente

gracias al desarrollo de los grandes proyectos de concesión.

De la investigación realizada quedan algunas dudas dadas las condiciones en que se

encuentran los pavimentos colombianos, y en especial los bogotanos como son:

• ¿Cómo se garantiza en Colombia un buen control de calidad en obras?

• ¿Cómo se maneja y quien garantiza que el número de ensayos realizados para el

proyecto sean suficientes?

• ¿Existe alguna entidad encargada de realizar seguimientos de las obras o se da

completa credibilidad a las Interventorías? De hacerse los seguimientos, ¿Qué se

ha podido extraer de ellos?

• ¿Qué tan confiables son las Interventorías en nuestro país?

• ¿Qué tan buena es la calidad del asfalto y los materiales que se manejan en

nuestros días?

• ¿Cómo se ha manejado el drenaje por parte de los diseñadores en diferentes

proyectos y cuál manejo a dado mejores resultados bajo ciertas condiciones?


91

6. COMPARACIÓN ENTRE

METODOLOGÍAS DE DISEÑO

INTERNACIONALES Y METODOLOGÍAS DE

DISEÑO COLOMBIANAS

6.1 INTRODUCCION

Este es uno de los capítulos de mayor importancia dentro de la investigación

desarrollada ya que en él se lleva a cabo la comparación de la información recopilada en

cuanto a metodologías de diseño utilizadas en Estados Unidos y Colombia.

En la comparación se considerarán además algunas metodologías utilizadas en otros

países como Canadá, Inglaterra y Francia, a lo largo de los últimos 50 años,

especialmente de los años 90.

Para la realización de las comparaciones, se hará referencia a las Gráficas y Tablas que

se encuentran en la sección de ANEXOS, al final de este proyecto. Las gráficas ilustran

las metodologías utilizadas en Estados Unidos (Gráfica No. 1) y Colombia (Gráfica No. 2)

según las fechas de vigencia y el enfoque de la metodología (racional, empírica o

semiempírica), las fechas entre las cuales se utilizaron metodologías empíricas y


92

semiempíricas en los diferentes países investigados (Gráfica No. 3) y las fechas entre las

cuales se utilizaron metodologías racionales en los mismos países (Gráfica No. 4).

Posteriormente se encontrarán Tablas con la información recopilada a lo largo de las

diferentes fuentes consultadas sobre cada uno de los métodos utilizados en Estados

Unidos, Canadá, Inglaterra, Francia y Colombia26. En la Tabla No. 8 se encontrará la

información correspondiente a Estados Unidos. En la Tabla No. 9 se localizará la

información concerniente a Francia e Inglaterra. En la Tabla No. 10 se hallará la

información correspondiente a Canadá. En la Tabla No. 11 se encontrará la información

concerniente a Colombia. Entre las Tablas también se encontrará la Tabla No. 7 la cual

compara los dos procedimientos de diseño propuestos en los últimos años para Bogotá en

los Manuales de 1997 y de 2000.

6.2 COMPARACIÓN

De la observación de la Gráfica No. 1 se extraen los datos expuestos en las Gráficas No.

3 y No. 4 con respecto a las fechas desde y hasta las cuales se utilizaron métodos

empíricos, semiempíricos y racionales en Estados Unidos. Se muestra así, que las

metodologías empíricas y semiempíricas fueron utilizadas en Estados Unidos hasta

principios de los años 70, a pesar de haberse empezado a utilizar las metodologías

racionales desde 1962.

Para Colombia, se puede observar en la Gráfica No. 2, el uso de metodologías empíricas

y semiempíricas se extendió, aproximadamente, hasta mediados de los años 80, sin

conocerse si se prolongó hasta los años 90 o incluso hasta nuestros días. La utilización de

métodos de diseño racional, por otro lado, se extendió desde mediados de los años 70

hasta nuestros días gracias a métodos tales como Shell, AASHTO, Instituto del Asfalto y

los Manuales de Diseño para Bogotá de 1997 y 2000.

26 haciendo énfasis en Bogotá.


93

La Gráfica No. 3 ilustra con mucha claridad el periodo de tiempo durante el cual

diferentes países utilizaron metodologías empíricas y semiempíricas de diseño. La

información concerniente a Colombia se obtuvo de la Gráfica No. 2, la información

correspondiente a Europa se obtuvo de la información histórica recopilada a lo largo de

la investigación con respecto a las necesidades europeas antes y después de la II Guerra

Mundial27 y la información correspondiente a Canadá se obtuvo de la asunción de

desarrollo paralelo con Estados Unidos, la cual se puede realizar con base a la

información recopilada en el Canadian Strategic Highway Research Program (C-SHRP,

2002).

De la Gráfica No. 3, se puede observar que las metodologías de diseño empíricas y

semiempíricas tuvieron comportamientos muy parecidos en Estados Unidos, Canadá y

Europa desde principios de siglo hasta los primeros años de la década de los 40. Esto

porque con la II Guerra Mundial, Europa se orientó hacia las metodologías racionales,

más económicas28, mientras que Estados Unidos, y Canadá por consecuencia, reforzaron

su enfoque empírico y a la vez el semiempírico al realizar y crear un gran número de

ensayos en diferentes tipos de pavimentos y analizar sus resultados. Con esto, Estados

Unidos y Canadá postergaron su paso a las metodologías racionales hasta la década de

los 60.

Como se mencionó anteriormente, Colombia utilizó métodos empíricos y semiempíricos

hasta mediados de los años 80 sin conocerse si después de esta década se siguieron

utilizando.

Como se puede apreciar en la Gráfica No. 4, las metodologías racionales se empezaron a

utilizar en diferentes épocas en los países analizados. Para Europa, y por las razones

anteriormente citadas, se empezaron a usar desde principios de los años 40, en estados

27 Ver INTRODUCCION de la investigación 28 ya que realizaban más investigación teórica y menos ensayos, razón por la cual necesitaban una menor inversión


94

Unidos y Canadá desde los años 60 y en Colombia desde mediados de los años 70. Como

se comentó en capítulos anteriores, este tipo de metodologías de diseño se empezó a

utilizar en Colombia gracias a la participación de algunas firmas extranjeras en

proyectos de infraestructura colombiana y a la especialización de profesionales

colombianos en el exterior durante los años 60, 70, 80 y 90.

Gracias a la información expuesta, se puede concluir que gran parte del desarrollo e

implementación de las metodologías de diseño racional se dieron en Europa a principios

de los años 40, siguiéndose este enfoque por Estados Unidos 20 años más tarde y por

Colombia, 35 años más tarde. Además, se puede observar que tanto para Europa como

para Estados Unidos, Canadá y Colombia29, el periodo de tiempo en el que se realizó el

cambio de métodos semiempíricos y empíricos a racionales fue muy corto (alrededor de

10 años).

Realizando un análisis más profundo de las metodologías utilizadas en los países tratados

en esta investigación, se elaboraron las Tablas No. 8, 9, 10 y 11, en las cuales se

encuentran resumidas las metodologías de diseño utilizadas por los diferentes países en

los últimos 50 años. En cada tabla se encontrarán uno o dos países, de los cuales se

analizan los siguientes factores de diseño:

• cantidad empleada para la evaluación de la resistencia de la subrasante y los

materiales.

• método para encontrar dicha cantidad.

• cantidad para la medición del tráfico y rango de valores de tráfico para los cuales

se aplica el método (además de algunas consideraciones al respecto).

• consideración de factores ambientales.

• relevancia de los materiales dentro de la metodología de diseño.

• consideraciones adicionales generales con respecto al método.

• vida útil estipulada para el diseño.

• opciones finales de diseño según cada método. 29 Suponiendo que los métodos semiempíricos y empíricos se dejaron de usar a finales de los años 80.


95

Al interior de cada uno de los cuadros las metodologías de diseño se encuentran

ordenadas en forma cronológica para poder evaluar con mayor facilidad los progresos

llevados a cabo en cada uno de los países con el paso del tiempo.

De dichas Tablas se puede observar lo siguiente:

• En un principio, los enfoques empírico y semiempírico fueron los más

desarrollados y aplicados en todos los países, al ser los más sencillos y los que

requerían menos teoría y tecnología para su correcto desempeño.

• El desarrollo de los métodos de diseño en Estados Unidos, Canadá, Inglaterra y

Francia a principios de los años 40 se dio por la necesidad de construir no sólo

vías de comunicación sino principalmente aeropuertos. Es por esto que casi

todos los diseños de esta época, con excepción del Triaxial de Kansas, manejan

en vez de tráfico, carga por llanta o simplemente una carga aplicada sobre una

superficie circular o rectangular. En Colombia, también se manejó este tipo de

diseño, pero años más tarde y gracias a métodos como el CBR, traídos de

Estados Unidos y no propiamente por la necesidad de diseñar aeropuertos.

• En todos los países estudiados, con excepción de Colombia, las primeras

metodologías de diseño fueron realizadas por los mismos países. Sólo alrededor

de los años 60 se empezó a realizar intercambio de metodologías y

conocimientos entre Norteamérica y Europa.

• El primer método de diseño “propio” de Colombia fue el MOPT-75 y se empezó a

utilizar en la década de los 70, mientras que en Europa y Norteamérica se

manejaban diseños propios desde principios de siglo.

• La aplicación de las metodologías racionales al diseño de pavimentos en los

diferentes países se dio por diferentes motivos:

o Europa: necesidad de realizar nuevas vías y de reparar las existentes,

realizando la mínima inversión posible en dinero pero buscando la mejor

calidad.

o Estados Unidos y Canadá: el desarrollo de la metodología racional, el

desarrollo de los computadores y los buenos resultados que habían


96

mostrado los segundos (computadores) en sus diferentes aplicaciones en

las primeras (metodologías racionales).

o Colombia: la evolución de países como Estados Unidos y Francia y la

influencia que dichos países tienen sobre nosotros.

• De los métodos de diseño actuales, sólo el método francés maneja la

descripción de la subrasante y los materiales a utilizar y por esta razón la

resistencia de la subrasante se expresa en categorías. Los demás países

expresan la resistencia de la subrasante en términos del Módulo Resiliente o de

CBR.

• Los valores mínimos y máximos de tráfico en los diferentes métodos utilizados

para los países investigados dependieron mucho de la época y región para los

cuales fueron desarrollados. Los métodos racionales, como el método Shell, el

del Instituto del Asfalto y el AASHTO, permiten adaptar las condiciones de

tráfico establecidas en el procedimiento de diseño inicial a las condiciones de la

zona en la cual se van a aplicar30. Por su parte métodos empíricos como el del

Grupo Índice, no permite realizar estos ajustes porque maneja el diseño de

espesores por medio de rangos de tráfico fijos, que pueden ajustarse o no al

tipo de vehículo utilizado y a su peso.

• Una falla que se comete en el momento de adaptar las metodologías

extranjeras al caso colombiano, es la de no realizar procedimientos especiales

de medición de tráfico. La fórmula para calcular este factor para las

metodologías racionales estaunidenses aplicadas en Colombia es la misma a la

manejada en su país de origen, no considerándose con esto el cambio real del

tráfico en nuestro país, al encontrarse en vía de desarrollo y contar con una tasa

de crecimiento variable y en aumento.

• En todos los países se manejaron a lo largo de los últimos 50 años tres formas

principales de contabilizar el tráfico:

Carga por llanta

Número de vehículos por día en un carril de diseño

30 Puede ser otro país diferente al país en el cual se desarrollo la metodología


97

Número de ejes equivalentes

Siendo el método AASHTO el primero en manejar carga equivalente por eje en

el mundo en 1962. Este tipo de cantidad manejada para medir el tráfico se

popularizó con el paso del tiempo y actualmente es la forma más utilizada de

medir el tráfico en países como Inglaterra, Canadá Estados Unidos y Colombia.

• Los métodos de diseño aplicados en Colombia, tales como el CBR, GI, AI, Shell,

AASHTO y el Francés31, entre otros, son aplicados en el país algunos años

después de haber sido implementados en sus países de origen. En la Tabla No.

12 se podrán encontrar los periodos en los cuales se utilizaron algunas

metodologías en Estados Unidos y Colombia.

Tabla No. 12 Comparación entre los periodos de uso de algunos métodos de

diseño en Colombia y otros países

METODOLOGÍA ESTADOS UNIDOS COLOMBIA

CBR 1928 – 1996 ? 1950 – 1958 ?

GI 1954 – 1960 ? 1950 – 1958 ?

AASHTO 1962 - 2002 1988/93 - 2002

IA 1963 - 2002 1977 – 1984 ?

SHELL 1965/70 - 2002 1980/83 - 2002

• Muy pocos métodos investigados consideran la influencia del ambiente en el

diseño, y los que lo consideran lo hacen a través de la temperatura ambiente

(como el método Shell, el Manual de 1997 y el Manual de 2000) o de las

precipitaciones de la zona (como los métodos Wyoming y Triaxial de Texas). El

ambiente es un elemento de gran relevancia dentro de un diseño y a pesar de

conocerse que las metodologías de diseño se realizan para una zona y clima

31 Con base a este último se basa el procedimiento de diseño de los Manuales para Bogotá de 1997 y 2000.


98

específicos y que por esta razón no se consideran en algunos casos32, es

importante conocer la forma en que el efecto del clima es considerado dentro

de cada metodología para poder establecer así la forma en que se podría

adaptar dicha metodología a otra país o región.

• Todos los métodos de diseño analizados en las Tablas manejan diferentes

exigencias en lo que respecta a materiales de construcción, puesto que cada

metodología trabaja con los materiales que tiene a disposición y con las técnicas

más favorables y sencillas de mejorarles sus características. Se manejan en

muchos casos requerimientos mínimos de calidad y con base a estas

reglamentaciones se busca utilizar en diferentes países materiales que a pesar

de no ser los originales, cumplan con lo exigido, además de permitir el uso de

otro tipo de técnicas de mejora de materiales y subrasante.

• Cada metodología cuenta con algunas consideraciones especiales, las cuales

constituyen una parte importante del diseño y en muchos casos hacen la

diferencia entre una metodología y otra. Dichas consideraciones se pueden

observar en las Tablas que se encuentran en la sección de ANEXOS.

• En lo correspondiente a la vida útil de los pavimentos, se puede decir que desde

finales de los años 40 se empiezan a manejar diseños con una vida útil

determinada. Tales son los casos de las metodologías California y Triaxial de

Texas en estados Unidos, las cuales, son, según la información recopilada, las

primeras en manejar tiempos estimados de vida de un pavimento. Para

principios de los años 50, se manejaba en Colombia (método Wyoming) diseños a

20 años y en Estados Unidos (método Wyoming, Texas y California), se

manejaban a 10, 15 o 20 años, dependiendo del método.

• En cuanto a las opciones finales de diseño, están muy relacionadas con el tipo

de materiales manejados por cada metodología.

Sólo las metodologías Shell, AASHTO, IA y las propuestas por los Manuales de

1997 y 2000 ofrecen oportunidades infinitas de diseño.

32 Porque ya se encuentran considerados.


99

Un último punto importante a destacar, es el desarrollo de metodologías propias para la

ciudad en los últimos años de la década de los 90. Es importante destacar como fue el

progreso de ese procedimiento de diseño de 1997 a 2000 y por esta razón en la Tabla

No. 7 se presentan algunas de las diferencias y semejanzas entre los dos métodos de

diseño planteados para Bogotá en dichos años.

6.3 CONCLUSIONES

• El ensayo de CBR es la base para el desarrollo de las metodologías utilizadas a lo

largo de los últimos 50 años en usa, Inglaterra, Colombia y Canadá.

• Todos los países investigados desarrollaron en gran medida los métodos empíricos

y semiempíricos antes de desarrollar los racionales. A pesar de existir este

enfoque desde principios del siglo XX, fue sólo gracias a la II Guerra Mundial que

se empezó a tomar este enfoque como una posibilidad real para la solución de

problemas prácticos en ingeniería de pavimentos.

• Cada país manejo un “tiempo” diferente para desarrollar metodologías de diseño

propias y esto se debió principalmente a las diferentes condiciones a las que se

vieron expuestos los países investigados a lo largo de los últimos 50 años.

• El tiempo aproximado en el cual los países tratados cambiaron su enfoque de

diseño de empírico y semiempírico a racional fue de 10 años.

• Gran parte de las metodologías de diseño aplicadas en nuestro país vienen de

otros lugares del mundo.

• No son muchas las modificaciones que se les hacen a estos métodos “originales”

para poder aplicarlos en Colombia y claro ejemplo de ello son los métodos

observados en la Tabla No. 11 en la sección de ANEXOS, en los cuales los

procedimientos de diseño originales no son modificados de ninguna forma para

adaptarlos a Bogotá.

• Los ensayos de laboratorio e In situ y los controles de calidad se realizaron muy

frecuentemente en Estados Unidos desde la década de los 40. Este ejemplo fue


100

seguido posteriormente por otros países, siendo Colombia el último en unirse a la

causa. El que Colombia haya sido el último país de los investigados en

implementar los ensayos como forma de encontrar la resistencia del suelo, no fue

por desconocimiento de la necesidad de los ensayos para la precisión de los

resultados sino por el atraso tecnológico en que se encontraba el país hasta

principios de la década de los 90.

• Bogotá cuenta actualmente con metodologías de diseño muy desarrolladas, pero

no se conoce hasta que punto son aplicadas en la práctica. A pesar de existir

métodos constructivos y reglamentaciones de materiales especiales para la

ciudad, poco se conoce de su puesta en práctica y por lo tanto no se sabe hasta

que punto los diseños realizados fallan por métodos constructivos y violación a la

reglamentación de materiales o porque las metodologías aplicadas no son las

correctas o no funcionan adecuadamente.


101

7. CONCLUSIONES

• A lo largo de este trabajo se puede confirmar que el diseño de los pavimentos es

un arte, ya que requiere que el diseñador conozca el ambiente, “lo sienta” y así

sepa cual es el procedimiento de diseño a emplear para obtener la obra

requerida bajo las condiciones óptimas.

• El desarrollo de las metodologías de diseño de pavimentos flexibles en el mundo

es un proceso en el cual todos los países contribuyen de alguna forma. Unos

países lo hacen por medio de su tecnología y maquinaria, otros por medio de su

desarrollo teórico y otros planteándole a los países desarrollados (los anteriores)

condiciones bajo las cuales diseñar, de las cuales se tiene poco conocimiento (no

se ha realizado un seguimiento apropiado).

• A pesar de la existencia de los manuales o guías de diseño, es el diseñador quien

en última instancia y con base a su criterio y experiencia define como se diseñará

el proyecto y por lo tanto el diseño depende en gran parte de él.

• El aumento del tráfico y el cambio de sus características con el paso del tiempo,

ha jugado un papel fundamental en el desarrollo y aplicación de las diferentes

metodologías de diseño en todo el mundo.

• La diferencia entre el diseño colombiano y el de países como Francia, Estados

Unidos y Canadá, no radica solamente en el tipo de métodos aplicados al diseño

en cada uno de estos países sino en la forma de hallar los factores como


102

resistencia del suelo, los cuales según los métodos originales se deberían realizar

por medio de ensayos en sitio o laboratorio pero que en Colombia sólo se vienen

aplicando de manera medianamente estricta desde la década de los 90. Antes se

realizaban correlaciones con lo cual no se obtiene la precisión del ensayo.

• Para el desarrollo de cada metodología de diseño se considera la importancia de

ciertas condiciones propias del lugar para el cual se esta realizando el

procedimiento de diseño tales como el clima, las características del suelo, las

características de los materiales y maquinaria disponibles, el tráfico, entre otros.

Muchas veces, a pesar de intentar aplicarse estas metodologías a otros lugares en

que los factores de diseño no tienen el mismo orden de relevancia el método

puede no adaptarse muy bien y por lo tanto el pavimento puede mostrar un

desempeño poco adecuado.

• La evolución de las metodologías de diseño de los diferentes países se debe al

interés que ha habido desde un principio en los mismos, por realizar

procedimientos de diseño para estructurar sus vías de transporte terrestre.

• Inicialmente no se contaba en el país con tecnología ni teorías evolucionadas,

pero se contaba con la experiencia. No se contaba con un seguimiento adecuado

de los proyectos y hacía falta un mejor conocimiento de los materiales a

disposición y de la subrasante. Actualmente, se ha avanzado en el conocimiento

teórico y tecnológico de los pavimentos y existen en el país laboratorios de

investigación e incluso un carrusel de fatiga para hacer ensayos. Esto muestra

que en Colombia hay un futuro prometedor para el desarrollo de las metodologías

de diseño de pavimentos y de los materiales y técnicas constructivas relacionadas

con ellos.

• Colombia ha utilizado desde los años 50 metodologías de diseño extranjeras

adaptadas a las condiciones de suelo, clima y tráfico de la región tropical y en

desarrollo, pero sin realizar ninguna modificación real a los procedimientos de


103

diseño originales propios de cada país del cual ha tomado la metodología. Las

adaptaciones que se han hecho, son con respecto a los valores de los factores

que se pueden modificar, los cuales para la mayoría de las metodologías son: la

resistencia de subrasante, las consideraciones del clima y el tráfico. Este último

factor debería contar con especial atención en los diseños realizados e

implementados en nuestro país puesto que el crecimiento de automotores en

Colombia es variable y en la mayoría de los casos aumenta.

• La primera metodología propia desarrollada para Colombia fue el MOPT- 75, la

cual ha sido precedida por el Manual de Diseño de 1997 y el Manual de Diseño del

2000. En estos tres procedimientos de diseño se puede observar como Colombia

aprovecha los desarrollos que hacen otros países y los aplica a nuestras

condiciones, lo cual en muchos casos no es lo más apropiado porque al realizarse

los métodos para una región o país en especial se están suponiendo factores,

materiales, tecnologías y capacitación humana especial que no es del todo igual

a la de nuestro país.

• Además, las metodologías asumen ciertos factores de error en los cálculos y en

muchos casos los consideran dentro del procedimiento de la metodología para

dar un diseño más próximo a la realidad. En el caso de nuestro país, no se conoce

con certeza si esos errores son los mismos (en el caso del clima en Colombia no

hay estaciones como en Norteamérica o Europa) y por esta razón las formas en

que estos factores afectan los procedimientos de diseño es diferente a la forma

en que afectan los procedimientos de nuestro país.

• Para realizar la selección del método a utilizar para cierto proyecto, es

importante conocer las variables que afectan la vía a construir tales como: el

clima, el tráfico, la maquinaria disponible, si es un país en desarrollo, si el

diseñador es experimentado, el tipo de subrasante y sus características y las de

los materiales a disposición. Esto porque como se pudo observar con anterioridad

cada metodología maneja los factores de diseño de una forma diferente,


104

otorgándole así mayor o menor importancia a los diferentes factores involucrados

en el diseño.

• La ausencia de seguimiento en los proyectos de infraestructura vial desarrollados

en el país, tuvo grandes consecuencias en el desarrollo de las metodologías de

diseño colombianas. Esto porque con el poco conocimiento técnico y teórico con

el que contábamos para mediados del siglo XX, la información recopilada con

respecto al desempeño de las diferentes vías hasta el momento construidas en el

país, hubiera sido de vital importancia para haber diseñado y construido vías de

una forma más eficiente y económica. Sin embargo, fue sólo con el paso del

tiempo y el constante deterioro de las vías en general, que la necesidad de

realizar dichos seguimientos, de ir adaptando los métodos existentes a las

necesidades del país o de crear métodos propios para el mismo fue creciendo y

convirtiéndose en una acción inminente a realizar.

• Durante los años 50, 60, 70, 80 y parte de los 90, la mayor influencia recibida por

Colombia fue por parte de Estados Unidos e Inglaterra, a través de maquinarias,

contratos y estudios. Esta fuerte influencia se vio aminorada desde mediados de

los años 90, gracias a la utilización del diseño francés en los Manuales de Diseño

de Bogota de 1997 y 2000.

• A pesar de venirse desarrollando el método racional en el país desde los años 70,

y a través de la influencia de Estados Unidos, e Inglaterra especialmente, al

realizarse los Manuales de Diseño de Bogotá, la referencia a seguir fue Francia. A

pesar de contarse con la intervención francesa en nuestro país desde los años 70

(estudios Ingeroute) es interesante ver que fue sólo en 1994 y para el Manual de

Diseño para Bogotá que se siguió la iniciativa racional de diseño francesa, la cual

ha sido seguida desde entonces hasta nuestros días. Dicha influencia francesa

puede venir del influjo que han recibido los profesionales colombianos en las

diferentes épocas de la historia por parte de este país. Después de la II guerra,

los estudiantes se encaminaron principalmente a Estados Unidos porque era la


105

potencia mundial de la época. Pero con el paso del tiempo y el desarrollo de la

metodología racional, Francia ha ganado muchos adeptos por ser el país de

mayores avances en este tipo de enfoque en el diseño.

• Sin embargo, el Manual AASHTO 20002, promete ser una contribución muy

importante al diseño de pavimentos mundial, lo cual, de resultar cierto, tal vez

haga que el país retome el camino que venía siguiendo desde los años 50, en el

cual manejaba metodologías de diseño desarrolladas en Estados Unidos.

• Por la situación en que aún se encuentran los pavimentos bogotanos, se puede

deducir que el problema de las deficiencias en los pavimentos capitalinos puede

tener las siguientes causas:

o Metodologías mal aplicadas a las condiciones de la ciudad y los

materiales disponibles.

o Criterio errado del diseñador en la elección del método, los materiales a

utilizar o los métodos constructivos a emplear.

o Cálculos erróneos del incremento del flujo vehicular y su carga y por

consiguiente mala planeación.

o Falta de ensayos suficientes para tener mayor exactitud con respecto a

las características y propiedades del suelo y los materiales.

o Mala calidad de los materiales, ya que a pesar de haber sufrido un gran

avance en este campo en los últimos 50 años, al igual que en

metodología, reglamentación y mecanismos de control, poco es lo que se

sabe de la aplicación de estas normas y maquinarias ya que no se cuenta

con información práctica de diseño en Bogotá.

Es interesante encontrar que en los Manuales de Diseño no consideran que el

problema de los pavimentos bogotanos sea de diseño. Esto es muy seguramente,

porque se supone que los diseños realizados son los propuestos por los manuales y

se adaptan completamente a la realidad. Sin embargo, y como se dijo con

anterioridad, esto requiere de una investigación más profunda para conocer

cuales son los métodos de diseño aplicados y bajo cuales condiciones se utilizan.


106

En cuanto al tráfico, es importante resaltar que para Bogotá, y Colombia en

general se debería considerar un factor adicional de diseño que tuviera en cuenta

los errores que en el cálculo de este factor se presentan. El tráfico es un factor

muy importante dentro del diseño y por lo mismo entre más próximo sea el valor

al real, mejor desempeño tendrá el diseño dentro de las condiciones locales.

• No existió un orden cronológico lógico en la implementación de los diferentes

avances realizados en el diseño de pavimentos en el mundo. Cada región, estado

o país ha desarrollado o implementado diferentes metodologías a medida que las

condiciones con las cuales diseñaban van cambiando. Numerosos organismos se

crearon alrededor del mundo para organizar y trabajar en la organización y

reglamentación de los pavimentos en cada país. ejemplos de esto son la AASHTO,

la ASTM, la TRRL y en Bogotá el IDU.

• Al leer las conclusiones de los diferentes capítulos de este proyecto se pueden

encontrar conclusiones y comentarios más detallados con respecto a cada uno de

los temas tratados en esta investigación y análisis.


107

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111

9. A N E X O S

Tabla No. 7 Diferencias entre el Manual de Diseño de Pavimentos para Santafé de Bogota de 1997 y el Manual de Diseño de Pavimentos para Santafé de Bogota del

año 2000

MANUAL DE DISEÑO 1997 MANUAL DE DISEÑO 2000

Temperatura de diseño 25°C (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: A-24) No existe reglamentación vial urbana; se encuentran especificaciones en los anexos del Manual y en la parte B (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: A-25) Materiales clasificados por capas (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: A-25) Vehículo Pesado ≥ 5 toneladas (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: C-2).

Para la capa de conformación se considera directamente el efecto del tráfico (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: B-9 a B-29)

El diseño considera fallas producidas por deformaciones permanentes (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: A-9) y por fatiga de las capas asfálticas (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: A-11). Deben verificarse las deformaciones por tracción y verticales y los esfuerzos verticales y por tracción (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: A-9 a A-11)

Temperatura de diseño 20°C (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: A-22) Exige reglamentación vial urbana para materiales en Santafé de Bogota RSV-2000 (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: A-23) Materiales no clasificados por capas (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: D-1) Vehículo Pesado ≥ 3.5 toneladas (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: C-1) Trabaja con el coeficiente de agresividad media (CAM) (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: C-2)

Para las capas de conformación la única forma en que se considera el efecto de los tráficos altos es mayorando los espesores encontrados en 5 cm. (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: B-23)

El diseño se enfoca a evitar las fallas por ahuellamiento de la plataforma debidas a la acumulación de deformaciones plásticas (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: C-6). Deben verificarse las deformaciones verticales (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: C-6)

Manuales son guías de diseño y pueden ser empleados como una herramienta de predimensionamiento más no de diseño. En ambos Manuales la capa de conformación es importante pero puede llegar a ser inexistente o de espesor reducido si las condiciones en las que se desarrolla la obra así lo permiten. Esta capa de conformación puede estar constituida por capas de diferentes materiales que deben satisfacer: tamaño de partículas, resistencia a la circulación de maquinarias y adicionalmente en el caso del manual del año 2000, deben ser insensibles al agua. En ambos casos las probabilidades de falla del pavimento en función del tráfico y del material aumenta aproximadamente en un 100% de un Manual a otro, significando esto que la probabilidad se duplica. Ambos métodos consideran el efecto del clima sobre el diseño del pavimento, en especial el efecto de los cambios de temperatura sobre los materiales asfálticos. Considera criterios a corto plazo para la construcción y a largo plazo para el diseño y la verificación del comportamiento del pavimento en servicio (IDU & Universidad de Los Andes, 1997: C-9) (IDU & Universidad de Los Andes, 2000: B-3).

CBR TRIAXIAL DE KANSAS MICHIGAN CALIFORNIA

1928-1996 ? 1940-1972 ? 1946-1972 ? 1948-1972 empírica-racional semiempírica empírica empírica

Mínimos 4000 lb. 50 - 3000 lb por llantaMáximos 16000 lb. 1500> - 50000 lb por llanta

- n -

10

Vigencia**: ? :EWL:Índice de Tráfico:VCPD:

:

Cantidad CBR Módulo de Deformación R

depende de la épocay la región

Peso máximo permitido por

llanta es de 9000 lb

carga por llanta

laboratorio In situ y Laboratorio

Volumen de tráfico en 2 carriles por día

laboratorio

EWL-

capacidad portante de la subrasante (lb/plg2)

In situ In situ

-

No considera el efecto del tráfico porque en Dakota del Norte el tráfico es relativamente bajo.

-

Amplio rango de posibilidades

tiene en cuenta algunos factores ambientales

Gran variedad de materiales

-

-

Limitadas

RESISTENCIA SUBRASANTE Y

MATERIALES

TRAFICO

Consideraciones

m es el coeficiente de tráfico basado en el

volumen de tráfico. La carga base por llanta es

9000 lb.

Valores de Tráfico

Cantidad

Método

Para subrasantes de suelos finos

OPCIONES FINALES DE DISEÑO

-

Limitadas

mecánica de suelos moderna, ensayo de

CBR

VIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO (años)

CONSIDERACIONES ADICIONALES

Limitadas

deformación admisible, carga por llanta, área de

contacto de la llanta, n, m, carga básica de 9000 lb.,

llantas gemelas.

VIGENCIA** 1940-1960 ?TIPO DE METODOLOGÍA empírica

considera clima de laregión y la época

MATERIALESno hay reglas claras

sobre calidad de recubrimientos

n es el coeficiente de saturación basado en las

lluvias. Abarca diferentes condiciones

climáticas

permite el uso de un ampliorango de materiales

AMBIENTE

Convenciones de la Tablano se conoce con exactitud la fecha en que las metodologías se dejan de utilizar

Índice de TráficoEWL, cohesión delas diferentescapas

Tabla No. 8 METODOLOGÍAS DE DISEÑO UTILIZADAS EN ESTADOS UNIDOS (1930 - 2002)

METODOLOGÍA DE CONO DE DAKOTA DEL NORTE

limitadas

Consideraciones

Factores

-

Aclaraciones con respecto a la TablaPara el método California el peso máximo permitido era 9000 lb.

Se conoce la vigencia del método entre las fechas señaladas pero no se conoce con exactitud hasta que fecha se empleo el método.número de de cargas en ejes equivalentes de 5000 lb, en una dirección, en un periodo de 10 años.factor que mide los efectos de la repetición de carga sobre el pavimento. Se mide en EWL

no se tiene información al respectovehículos comerciales por día en una dirección

NAVY TRIAXIAL DE TEXAS GRUPO ÍNDICE (GI) AASHTO SHELL1954-1972 ? 1954-1960 ? 1954-1960 ? 1962-2002 1965/70-2002

semiempírica semiempírico empírica racional racional

Mínimos 2000 lb por llanta <50 (VCPD)Máximos 34000 lb por llanta 300> (VCPD)

- - - w-MAAT

10, 20-30 20 15

Vigencia**: ? :EWL:Índice de Tráfico:VCPD:

:

METODOLOGÍAVIGENCIA**

TIPO DE METODOLOGÍA


MATERIALES

Cantidad

Método

TRAFICO

Cantidad

Valores de Tráfico

Consideraciones

AMBIENTE

Factores

Consideraciones

MATERIALES


VIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO (años)

OPCIONES FINALES DE DISEÑO

Convenciones de la Tabla

efecto e rigidéz de placa comparado

con el desgaste de las llantas de

caucho. Selección de la tolerancia a la

deflexión

Diferentes vidas útiles para pavimentos con diferentes usos, clases de materiales según su desempeño bajo

condiciones conocidas

Los espesores de carpeta y base dependen del tráfico, mientras que el espesor de la subbase depende de las

características de la subrasante.

Considera el desempeño del pavimento, la

confiabilidad, los costos del ciclo de vida del pavimento, además de permitir al diseñador adaptar la experiencia local

a las

Elección de los tipos de rodadura y base a utilizar para poder realizar el diseño final

no se conoce con exactitud la fecha en que las metodologías se dejan de utilizaresta señal significa que se conoce la vigencia del método entre las fechas señaladas pero no se con exactitud hasta que fecha se empleo el método.número de de cargas equivalentes a 5000 lb. En una dirección en un periodo de 10 años.factor que mide los efectos de la repetición de carga sobre el pavimento. Se mide en EWLvehículos comerciales por día en una direcciónno se tiene información al respecto

Aclaraciones con respecto a la TablaEl método del Grupo Índice era generalmente modificado por una correlación del valor del GI con un valor de resistencia de la subrasante como el CBR.

INSTITUTO DEL ASFALTO (IA)1963-2002

racional

Clase de Suelo según curva de esfuerzos de Mohr GI Modulo

Resiliente/CBR Módulo Resiliente/CBR

In situ Laboratorio laboratoriolaboratorio o correlaciones

basadas en CBRNúmero de Ejes

Equivalentes de 18 Kips (8,2 Ton)

Número de Ejes Equivalentes

Módulo de Elasticidad y

relación de Poisson

laboratorio o correlaciones basadas en CBR In situ y laboratorio

Número de Ejes Equivalentes

Especial para diseño de aeropuertos.

Considera cargas altas, con impactos fuertes y frecuentes

Se consideran cargas de 2000 lb a 18000 lb para

pavimentos que duren 20-30 años y se consideran

cargas por llanta de 4000 lb a 34000 lb para pavimentos que duren aprox. 10 años

Sólo considera vehículos pesados. El tráfico

determina el espesor de la carpeta de rodadura y la

base.

Considera el peso y el volumen del

tráfico. Considera la

desviación estándar normal, el error

estándar combinado en la predicción del

tráfico y el

Considera el peso y el volumen del

tráfico

Carga por Llanta (en miles de lbs.)

Permite el uso de gran cantidad de materiales

Permite el uso de gran cantidad de

materiales

-

Drenajes, escarcha y otras condiciones climáticas cícilicas

Considera el número de las cargas por eje que se esperan en el carril de diseño para

la vida útil del pavimento.

volumen diario de vehículos comerciales

No se considera ningún factor climático en forma

directa

No se considera ningún factor climático en forma

directa

considera las condiciones de

drenaje

Gran variedad de materiales clasificados para

conocer su uso

Permite el uso de gran cantidad de

materiales

CONTINUACIÓN DE LA Tabla No. 8 METODOLOGÍAS DE DISEÑO UTILIZADAS EN ESTADOS UNIDOS (1930-2002)

w-MAAT, caracterización de la mezcla asfáltica, falla por fatiga de

las capas asfálticas o por deformación

plástica de la subrasante

20Amplio rango de

posibilidades Limitadas Infinitas Infinitas Infinitas

es necesario el cálculo de la

temperatura media anual ponderada del aire (w-MAAT)

PRIMERA VERSIÓN DEL MÉTODO INGLÉS REINO UNIDO

1944 - 1972 ? ¿ 1996 - 2002 semiempírica racional

Mínimos lbs. <250 (VCPD)Máximos lbs. 2000< (VCPD)

- -no se considera el clima no se considera el clima

limitadas limitadas

: ? :¿ :VCPD :

METODOLOGÍA MÉTODO FRANCÉS

TIPO DE METODOLOGÍA racionalVIGENCIA** ¿ 2002

CategoríaRESISTENCIA SUBRASANTE Y MATERIALES

Cantidad Capacidad Portante CBR

Método In situ y laboratorio - laboratorio

Valores de Tráfico

TRAFICO

Cantidad carga estática aplicada sobre el pavimento

Consideraciones

Consideraciones

Se desarrollo como un procedimiento de diseño para aeropuertos, razón por la cual no se considera el tráfico en número de vehículos sino en cargas de

diferentes magnitudes aplicadas sobre el pavimento.

El método busca establecer el número de vehículos comerciales que circulan por el

carril lento durante la vida útil del pavimento. Dicho número se espresa en número

acumulado de ejes estándar. Considera la proporción de vehículos pesados que circulan

por el carril lento de la vía.

Tabla No. 9 ALGUNAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO UTILIZADAS EN EUROPA (1940 - 2002)

MATERIALESmateriales ubicados por capas, subrasantes iniciales

en arcillas saturadas, que posteriormente se extienden a todo tipo de suelo.

AMBIENTE Factores


se introduce un factor de seguridad, el cual al ser multiplicado por el esfuerzo que soporta la

subrasante bajo una carga específica, no debe superar la resistencia última de la subrasante. La

distribución vertical de esfuerzos es de tipo Boussinesq. No se consideran esfuerzos cortantes en la estructura del pavimento (capas), pero sí en la

subrasante.

es un método que se basa en la descripción de la subrasante y de los materiales involucrados en el diseño

VIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO (años)OPCIONES FINALES DE DISEÑO limitadas

número de vehículos comerciales por día en el carril de diseño

Convencionesno se cuenta con la información respectivano se conoce la fecha en que el método se dejó de utilizarno se conoce la fecha en que el método se empezó a utilizar

permite el uso de bases bituminosas, en concreto y granulares

El método relaciona el daño que ejercen los vehículos con el flujo de tráfico comercial.

Con esta relación se puede conocer la variación del efecto dañino de los vehículos

sobre la vía con el paso del tiempo y el aumento del flujo vehicular.

Número de ejes estándar acumulados

METODOS CANADIENSES AASHTO SHELL1939/45 - 1972 ? 1964/65 - 2002 1970/72 - 2002

empírica racional racional

Mínimos lbs.Máximos lbs.

- - w-MAAT

20 15limitadas Infinitas Infinitas

: ? :

Convencionesno se cuenta con la información respectivano se conoce la fecha en que el método se dejó de utilizar


El espesor de pavimento es función de la carga ejercida sobre la subrasante y de la resistencia del suelo. Se puede utilizar para convertir un sistema multi-capas en un sistema de dos o tres capas por

medio del concepto de equivalencia.

Considera el desempeño del pavimento, la confiabilidad, los costos del ciclo de vida del pavimento, además de permitir al diseñador

adaptar la experiencia local a las especificaciones de la guía. Introduce el

número estructural del pavimento y el coeficiente de capa.

w-MAAT, caracterización de la mezcla asfáltica, falla

por fatiga de las capas asfálticas o por

deformación plástica de la subrasante

no se considera el clima considera las condiciones de drenaje

es necesario el cálculo de la temperatura

media anual ponderada del aire (w-

MAAT)

VIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO (años)OPCIONES FINALES DE DISEÑO

Capacidad Portante Modulo Resiliente/CBR

laboratorio o correlaciones basadas en CBR

carga aplicada sobre el pavimento Número de Ejes Equivalentes de 18 Kips (8,2 Ton)

Se desarrolla durante la II Guerra Mundial y está orientado a la construcción de aeropuertos.

Considera el peso y el volumen del tráfico. Considera la desviación estándar normal, el

error estándar combinado en la predicción del tráfico y el desempeño de la predicción y el

cambio en el nivel de servicio de la vía.

MATERIALES


Módulo de Resiliencia

In situ y laboratorio

Número de Ejes Equivalentes de 18

Considera el peso y el volumen del tráfico


AMBIENTE

Factores

Consideraciones

RESISTENCIA SUBRASANTE Y MATERIALES

Cantidad

Método

TRAFICO

Cantidad

Valores de Tráfico

Consideraciones

METODOLOGÍAVIGENCIA**

TIPO DE METODOLOGÍA

Tabla No 10. METODOLOGÍAS DE DISEÑO UTILIZADAS EN CANADÁ (1940-2002)

GRUPO ÍNDICE (GI) WYOMING MISSISSIPPI MOPT-75 MOPT ABREVIADO

1950? - 1958 ? 1950? - 1958 ? 1950? - 1958 ? 1970/72 - 1984 ? 1973/76 - 1984 ?empírica empírico empírico empírico empírico

GI CBR CBR CBR CBRlaboratorio laboratorio laboratorio laboratorio correlaciones

Mínimos <50 (VCPD) 0 millones <1000 <0,5 millones <0,5 millonesMáximos 300< (VCPD) 15 millones< 4000< 5 millones 2,5 millones

- precipitación, profundidad de la tabla de agua, acción de las heladas - - -

20Limitadas Limitadas Limitadas Limitadas Limitadas

1950? : :

VCPD:CA:TSD:

? :Vigencia**:

VIGENCIA** 1950? - 1958 ?

METODOLOGÍA CBR

CBRRESISTENCIA SUBRASANTE Y

CantidadTIPO DE METODOLOGÍA empírico

Método laboratorioNúmero de Ejes

Estándar de 8,2 Ton.número de ejes estándar de 5000 lb. Máxima carga por rueda Número de Ejes Estándar de 8,2 Ton.

TRAFICO

Cantidad VCPD

Valores de Tráfico

Consideraciones

Existen tres categorías de tráfico y dependiendo de él se realizan los diseños de carpeta asfáltica y base. La carga por llanta

se asume de 9000 lb. Se supone que máximo 15% de cualquier tipo de tráfico tiene la carga

por llanta anteriormente especificada.

Se manejan los diferentes tipos de ejes que transitan por la vía, convirtiéndolos en ejes estándar. El método considera el efecto

nocivo de cada una de las cargas por rueda.

El diseño se realiza conociendo la máxima carga por rueda que soportará la vía.

no se conoce con exactitud como se maneja el tráfico

en este método

Para el tráfico, el método considera el crecimiento de la región para la cual

se va a realizar el diseño.Considera el incremento anual del

tránsito.

Para el tráfico, el método considera el

crecimiento de la región para la cual se va a realizar el diseño.

Considera el incremento anual del

tránsito.

No considera factores climáticos No considera factores climáticos

No considera factores climáticos

Los espesores encontrados por este método son un

poco altos y por esta razón es importante comprobar el diseño obtenido mediante

otro método de diseño.

Los espesores totales de diseño varían entre 17,5

cm. y 25 cm. dependiendo del tipo de tráfico de la

vía.

AMBIENTE

Factores -

Consideraciones No considera factores climáticos

Tabla No. 11 METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES UTILIZADAS EN COLOMBIA (1950 - 2002)

MATERIALES No hace ninguna especificación al respecto maneja diferentes materiales en el diseño. Tiene en cuenta el CBR de cada material

Maneja materiales de subbase con CBR>15% y bases con CBR>40 (si la carga máxima es inferior a 10000 lb.) o de

CBR>80% (si la máxima carga por rueda supera las 10000 lb.)

bases y subbases granulares y superficies

en CA o en TSD

bases y subbases granulares y

superficies en CA o en TSD

No considera factores climáticos

maneja rangos de valores a los cuales asigna un número específico para conocer el efecto de cada factor sobre el diseño.

Tiene en cuenta la posciión promedio del

nivel freáticoCONSIDERACIONES ADICIONALES

El espesor de la carpeta de rodadura y la base dependen del tráfico , mientras que el

espesor de la subbase depende de la calidad de la subrasante (GI). La subbase se puede reemplazar por una capa adicional de base,

cuyo espesor dependerá del GI de la subrasante.

Es una modificación realizada al método del CBR.

Las heladas no ejercen ningún efecto sobre la subrasante. La presión de inflado de las llantas es de 60 lb. Los sistemas

de drenaje deben ser buenos. La subrasante debe estar compactada a la máxima densidad y contenido óptimo de

agua.

Convencionesno se conoce con precisión la fecha en que la metodología llegó al país pero se sabe que fue alrededor de 1950

4000 lb.16750 lb.

No hace ninguna especificación al respecto

OPCIONES FINALES DE DISEÑO LimitadasVIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO (años)

no se cuenta con la información necesarianúmero de vehículos comerciales por día en el carril de diseñoconcreto asfálticoTratamiento Superficial Dobleno se conoce la fecha exacta hasta la cual el método fue vigenteno se conoce con exactitud la fecha en que las metodologías se dejan de utilizar

SHELL MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA SANTAFE DE BOGOTA/1997

MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA SANTAFE DE BOGOTA/2002

1980/83 - 2002 1997 - 2002 2002racional racional racional

Número de Ejes Estándar de 8,2 Ton. Número de Ejes Estándar de 13 Ton. Número de Ejes Estándar de 13 Ton.Mínimos 0,5 millones <250000 ejes estándar <250000 ejes estándarMáximos 40millones< 40millones< 40millones<

W- MMAT temperatura (25ºC) temperatura (20ºC)

15 - -Infinitas Infinitas Infinitas

CA:TSD:

? :Vigencia**:


Una vez se encuentre el código de la muestra, el cual se halla por medio de cartas,

se encuentra el diseño estructural del pavimento en la carta que defina el código de

la mezcla, la w-MAAT y el módulo de la subrasante.En esa carta el diseño se halla con la curva que representa el tráfico de la

vía.

el manual considera la calidad de la construcción, la vida útil y la probabilidad de falla del pavimento y las solicitaciones sobre cada capa de pavimento.Además realiza una clasificación de la ciudad en 5 zonas según el tipo de subrasante y clasifica el tráfico de acuerdo a la variación que sufre en las diferentes vías. Se puede usar para diferentes condiciones

de servicio, condiciones ambientales y condiciones físicas y mecánicas de los materiales.Considera espesores totales de 30-40 cm. para pavimentos con capas asfálticas gruesas, y espesores de 30-100 cm. para pavimentos con capas

asfálticas delgadas. No considera drenajes, equilibrio hídrico entre suelo y raíces de árboles, asentamientos por sótanos ni problemas de suelos expansivos. Se verifican deformaciones y esfuerzos verticales. El predimensionamiento se hace

con base a vías de condiciones similares. Se calcula la estructura, se verifica la validéz de esos cálculos con las deformaciones y esfuerzos admisibles y se ajustan los espesores calculados a la precisión de las maquinarias a utilizar.

Se verifican esfuerzos y deformaciones verticales en las capas asfálticas.

El diseño se enfoca a evitar fallas por ahuellamiento por acumulación de deformaciones plásticas. Sólo se

verifican las deformaciones verticales.


MATERIALES

el método permite la clasificación de la mezcla asfáltica a utilizar según su módulo de

elasticidad dinámico y su resistencia a la fatiga.

es necesario conocer las características mecánicas de los materiales con base a ensayos de laboratorio para

predimensionamiento.Incluye ensayos de laboratorio, análisis mecánico del funcionamiento de la estructura y la observación

del desempeño de otras vías construídas bajo condiciones similares (en otras vías o en carrusel de fatiga)

se le atribuye especial importancia a la temperatura de la zona donde se construirá el pavimento.El método posee un procedimiento

para estimar dicha temperatura anual promedio.

se consideran los efectos que la temperatura puede causar en la capa de rodadura asfáltica y en los cambios de los ciclos de

agua. Se observan las precipitaciones para diseñar los drenajes. Temperaturas bajas y velocidades bajas de cargas altas

perjudican la capa superficial de pavimento.

se consideran los efectos que la temperatura puede causar en la capa de rodadura asfáltica y en los cambios de los ciclos de agua. Se observan las

precipitaciones para diseñar los drenajes. Temperaturas bajas y velocidades bajas de cargas altas perjudican la

capa superficial de pavimento.

Valores de Tráfico

TRAFICO

Cantidad

Consideraciones

no se conoce con exactitud la fecha en que las metodologías se dejan de utilizar

METODOLOGÍA

VIGENCIA**TIPO DE METODOLOGÍA


MATERIALES

no se conoce la fecha exacta hasta la cual el método fue vigente

Cantidad

Método

Módulo de Resiliencia Módulo de Resiliencia y relación de Poisson Módulo de Resiliencia y relación de Poisson

correlaciones con el CBR y ensayos de laboratorio

Tratamiento Superficial Doble

laboratorio o correlaciones con el CBR laboratorio o correlaciones con el CBR

considera el porcentaje de vehículos comerciales y el porcentaje de vehículos pesados que emplean el carril de diseño.

Considera el factor camión y el crecimiento anual del tránsito.

Convencionesconcreto asfáltico

Los vehículos pesados son aquellos que tienen un peso superior a 5 toneladas con dos ruedas gemelas. Se considera la

canalización del tráfico según número de carriles y ancho del carril.Se puede usar para todo tipo de tráfico desde bajo hasta

alto.

Los vehículos pesados son aquellos que tienen un peso superior a 3,5 toneladas con dos ruedas gemelas. Se considera la canalización del tráfico según número de carriles y ancho del carril.Se puede usar para todo tipo

de tráfico desde bajo hasta alto. Se implementa el coeficiente de agresividad.

AMBIENTE

Factores

Consideraciones

se implementa la reglamentación vial urbana para materiales RSV-2000. Los materiales no se siguen

clasificando por capas.

CONTINUACIÓN DE LA Tabla No. 11 METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES UTILIZADAS EN COLOMBIA (1950 - 2002)

INSTITUTO DEL ASFALTO NUEVO MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO AASHTO1977/1980? - 1984 ? 1981 - 1984 ? 1988/93 - 2002

cuasi racional racional racionalMódulo de Resiliencia Módulo de Resiliencia Módulo Resiliente

Número de Ejes Estándar de 8,2 Ton. Número de Ejes Estándar de 8,2 Ton. Número de Ejes Estándar de 8,2 Ton.Mínimos 0,5 millonesMáximos 40millones<

- - -No considera factores climáticos No considera factores climáticos Considera el drenaje del pavimento

20 20 20Infinitas Infinitas Infinitas

1950? :CA:TSD:

? :Vigencia**: no se conoce con exactitud la fecha en que las metodologías se dejan de utilizar

Para la carpeta de rodadura permite el uso de CA y de TSD. Para las bases permite el uso de CA o bases estabilizadas con emulsiones

asfálticas.

Para la carpeta de rodadura permite el uso de CA y de TSD. Para las bases permite el uso de CA, bases estabilizadas con

emulsiones asfálticas o bases granulares.

no se conoce la fecha exacta hasta la cual el método fue vigente

la caracterización se realiza por medio de los módulos de elasticidad de cada material. La calidad de la base

debe ser superior a la de la subbase y puede ser granular o estabilizada, la carpeta es una mezcla de

agregados y asfalto.

Considera un factor de ajuste para el cambio de tráfico. Utiliza el concepto de espesor

equivalente para variar el espesor de la capa en CA hasta ciertos mínimos establecidos según el tipo de tráfico de la vía. El diseño depende de los materiales seleccionados

El diseño depende de los materiales seleccionados para base y carpeta de rodadura. Por esto es de vital importancia el criterio y la experiencia del diseñador. El diseño se equipara no a una

ciencia sino a un arte.

Considera el desempeño del pavimento, la confiabilidad, los costos del ciclo de vida del pavimento, además de permitir al diseñador adaptar la experiencia

local a las especificaciones de la guía. Introduce el número estructural del pavimento y el coeficiente de

capa.

concreto asfálticoTratamiento Superficial Doble

Es importante el número y peso de las cargas por eje. Considera el número de carriles para establecer el porcentaje de camiones en el carril de diseño.Considera el incremento

anual del tránsito.

Es importante el número y peso de las cargas por eje. Considera el número de carriles para establecer el porcentaje de camiones en el carril de diseño. Tiene en cuenta el factor camión y el daño que ejercen los diferentes tipos tráfico a la

vía.Considera el incremento anual del tránsito.

Considera el peso y el volumen del tráfico. Considera el crecimiento anual del tránsito. Considera la desviación

estándar normal, el error estándar combinado en la predicción del tráfico y el desempeño de la predicción y

el cambio en el nivel de servicio de la vía.

correlaciones con el CBR y ensayos de laboratoriocorrelaciones con el CBR y ensayos de laboratoriocorrelaciones con el CBR y ensayos de laboratorio


5 millones< 5 millones<

no se conoce con precisión la fecha en que la metodología llegó al país pero se sabe que fue alrededor de 1950Convenciones

MATERIALES


CantidadValores de

Tráfico

Consideraciones

AMBIENTE Factores Consideraciones

METODOLOGÍA

CONTINUACIÓN DE LA Tabla No. 11 METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES UTILIZADAS EN COLOMBIA (1950 - 2002)

VIGENCIA**TIPO DE METODOLOGÍA


MATERIALES

Cantidad

Método

TRAFICO

1925 1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005

AÑOS

CBR

Triaxial de Kansas

Cono de Dakota del Norte

Grupo Índice (GI)

Michigan

California

Navy

Triaxial de Texas

Shell

AASHTO (Anterior AASHO)

Instituto del Asfalto (IA)

MET

OD

OLO

GÍA

S

GRÁFICA No. 1 METODOLOGÍAS DE DISEÑO UTILIZADAS EN ESTADOS UNIDOS DE 1930-2002

Métodos Racionales

Métodos Empíricos y Semiempíricos

º

1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005

AÑOS

Grupo Índice (GI)

Método Wyoming

Método CBR

Método Mississippi

Método Hveem

MOPT - 75

MOPT Abreviado

Instituto del Asfalto (IA)

Nuevo Método del Instituto del Asfalto (IA)

Shell (oficial hasta principios de los 90)

AASHTO

Método Manual 1997

Método Manual 2000

MET

OD

OLO

GÍA

S

GRÁFICA No. 2 METODOLOGÍAS DE DISEÑO UTILIZADAS EN COLOMBIA DE 1950-2002

Métodos Racionales

Métodos Empíricos y Semiempíricos

1895 1905 1915 1925 1935 1945 1955 1965 1975 1985

AÑO

EUROPA

ESTADOS UNIDOS

CANADA

COLOMBIA

PAÍS

GRÁFICA No. 3 METODOLOGÍAS DE DISEÑO EMPÍRICAS Y SEMIEMPÍRICAS

1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005

AÑO

EUROPA

ESTADOS UNIDOS

CANADA

COLOMBIA

PAÍS

GRÁFICO No. 4 METODOLOGÍAS DE DISEÑO RACIONAL

COMPARACIÓN ENTRE LAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE …

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