El desafío de la capacidad de soporte de espesores de un pavimento
Los pavimentos de mezclas asfálticas son estructuras dinámicas que envejecen y se ven sometidas a cargas de tráfico crecientes, por lo que los espesores de un pavimento son una opción sustentable. Cuando una vía cambia su clasificación funcional debido al aumento de la demanda de tráfico, surge la imperante necesidad de evaluar si su composición estructural actual puede soportar las nuevas cargas. En regiones en desarrollo, esta evaluación se complica por la limitada disponibilidad de equipos avanzados como los deflectómetros de impacto, que son esenciales para determinar la capacidad actual y la vida residual de la vía. Ante esta limitación tecnológica y financiera, se requiere una metodología práctica y accesible para el análisis y proyección de reforzamientos en la carpeta asfáltica.
Este estudio propone una aproximación al reforzamiento de pavimentos utilizando mecanismos destructivos, como la extracción de núcleos y calicatas, para verificar los espesores existentes. Se asignan módulos y capacidades de soporte basándose en el empirismo y la práctica regional, y estas características se trazan en los nomogramas de la AASHTO-93 para obtener los coeficientes estructurales y determinar la capacidad actual o el número estructural de la vía. Finalmente, se define el requerimiento de mejoramiento en función del tráfico futuro al que estará expuesto el pavimento.
Objetivos clave de la investigación
El objetivo general de este estudio fue:
- Realizar el análisis empírico para el mejoramiento de espesores de un pavimento asfáltico.
Para alcanzar este propósito, se establecieron los siguientes objetivos específicos:
- Definir las características del tráfico y el subsuelo donde se asienta el firme, identificando la capacidad requerida por la demanda de tráfico.
- Determinar las características del pavimento actual, incluyendo su composición de capas y espesores.
- Detallar las alternativas empíricas para aproximarse al valor de soporte actual del firme y definir el nuevo espesor incrementado según la demanda.
Alcances y limitaciones del trabajo
El alcance principal de este trabajo es ofrecer una estimación práctica y sencilla del mejoramiento del espesor de un pavimento de mezcla asfáltica. Esto se logra sin recurrir a análisis profundos ni a equipos que puedan estar fuera del alcance presupuestario de empresas privadas o entidades que necesiten proyectar un anteproyecto, basándose únicamente en auscultaciones in-situ y datos previos de la vía a mejorar, asumiendo que el tramo se encuentra en excelentes condiciones iniciales. Los contenidos abordados incluyen referencias sobre dimensionamiento de firmes flexibles y normativas internacionales, así como extractos de diseños de rehabilitación de pavimentos flexibles comunes en Centroamérica.
Sin embargo, el estudio posee limitaciones inherentes a su enfoque. La metodología propuesta se basa en el empirismo y la práctica regional. Esto implica que, aunque es accesible y práctico en contextos con recursos limitados, puede carecer de la precisión que ofrecen los métodos que utilizan equipos de deflectometría de impacto. La principal limitación es la ausencia de estos deflectómetros, lo que obliga a depender de métodos destructivos (núcleos y calicatas) y correlaciones empíricas para estimar las propiedades del pavimento. Este enfoque es válido para un acercamiento o anteproyecto, pero podría requerir validaciones más rigurosas para proyectos definitivos.
Resultados obtenidos: Validación empírica y casos de estudio
La investigación aborda el procedimiento de cálculo para el diseño de espesores de pavimento flexible mediante el método AASHTO 93. Este método considera el análisis del tráfico de diseño en cargas equivalentes a eje sencillo de 18,000 lbs (80 kN). Así como la capacidad del pavimento para resistir estas cargas durante su vida útil. Se detalla la conversión de tráfico mixto a ejes equivalentes utilizando el Factor Equivalente de Carga (LEF), que depende del espesor del pavimento. Así como, la carga y el tipo de eje, y la serviciabilidad final.
Para determinar el estado actual del pavimento y el mejoramiento necesario, se exploran diversos mecanismos:
- Inspección Visual: Una herramienta esencial en la rehabilitación y mejora de pavimentos, realizada en dos etapas: una inspección general para delimitar segmentos homogéneos y una inspección a detalle para documentar tipos de fallas, severidad y localización.
- Deflectometría: Aunque limitada en su disponibilidad en la región, se mencionan equipos como la Viga Benkelman y deflectómetros de impacto (Lacroix, Dynaflect, Road Rater, Dynatest – Jils, Kuab) para obtener deflexiones y módulos de las capas.
- Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP): Un instrumento manual para evaluar la capacidad estructural de suelos y materiales granulares in-situ, permitiendo correlaciones entre el Índice de Penetración (DN) y el CBR (California Bearing Ratio).
- Auscultaciones: Entendidas como técnicas para explorar y determinar las características y el estado funcional y estructural de las carreteras.
La investigación presenta casos prácticos en Nicaragua (tramo Juigalpa – Lovago) y Honduras (tramo La Barca – Santa Rita). En estos casos, se realiza la proyección del tráfico , la determinación del CBR de la subrasante y el cálculo del número estructural requerido (SN) para las capas existentes. Se ejemplifica la obtención de los coeficientes estructurales (aᵢ) a partir de nomogramas AASHTO y valores de CBR, como a₁=0.42 para la mezcla asfáltica, a₃=0.13 para base granular con 70% CBR y a₃=0.11 para sub-base con 30% CBR. Finalmente, se propone el mejoramiento de los espesores de la estructura del pavimento.
Conclusión: El valor de la aproximación empírica en ingeniería vial
Este estudio subraya la importancia de contar con metodologías accesibles para la evaluación y el mejoramiento de pavimentos flexibles, especialmente en contextos poco tecnológicos. Al ofrecer un enfoque práctico basado en auscultaciones in-situ y nomogramas AASHTO-93 , la investigación proporciona una herramienta valiosa para proyectar reforzamientos asfálticos. Asegurando la capacidad de soporte de las vías ante el incremento del tráfico.
El valor de esta investigación radica en su aplicabilidad directa para ingenieros y técnicos en regiones con recursos limitados, permitiéndoles tomar decisiones informadas. Especialmente sobre la rehabilitación y el mejoramiento de su red vial. Aunque no sustituye la precisión de los deflectómetros de impacto, este método empírico constituye un primer paso fundamental para la planificación y el diseño de anteproyectos, facilitando la gestión proactiva de la infraestructura existente y el ajuste a las nuevas demandas de carga. Las futuras líneas de investigación podrían incluir la validación de estas aproximaciones con datos de campo más detallados y la integración de tecnologías emergentes que sean más accesibles para países en desarrollo.
Referencias
- American Association of State Highway and Transportation Officials [AASHTO]. (1993). Guide for Design of Pavement Structures.
- ASTM International. (1994). ASTM D6951: Standard Test Method for Use of the Dynamic Cone Penetrometer in Shallow Pavement Applications.
- Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación [ICONTEC]. (2015). NTC 6271: Levantamientos topográficos para proyectos viales.
- Instituto Nacional de Vías [INVÍAS]. (2024). Caracterización de la Situación Actual de las Vías Pavimentadas en Colombia – Primer Semestre de 2024.
- SIECA. (2002). Manual Centroamericano para Diseño de Pavimentos.
Autores: Josué Miguel Ramos Castellanos, Marcos Aarón Reyes Zelaya, Marco Antonio Pérez Lara. Máster en Diseño, Construcción y Mantenimiento de Carreteras
