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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y
PATOLOGÍAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE.
MONOGRAFÍA PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERA CIVIL
ANGIE TATIANA CAMARGO ZANGUÑA
DIRIGIDO POR:
MSc. Ing. WILSON ENRIQUE AMAYA TEQUIA
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS DE AQUINO
DIVISIÓN DE ARQUITECTURA E INGENIERÍAS
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
2020
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DEDICATORIA
A Dios por guiarme en el buen camino, permitiendo llegar hasta este punto sin dejar
de desfallezca en cada uno de mis objetivos.
A mi familia quienes son mi apoyo incondicional, por brindarme sus consejos,
compresión, por ayudarme y guiarme en cada paso que doy, con fortaleza y perseverancia
así cumplir mis metas.
A Natalia, Nayibe, Andrea, Tatiana, Javier y Daniel por ese aprecio, que son parte de
mi vida y que han influido en mi desarrollo profesional.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 3
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por darme salud, fortalezas en cada situación que eh pasado.
A mis padres por todo lo que han hecho por mí, su incondional apoyo a través del tiempo.
A la UNIVERSIDAD SANTO TOMAS, a nuestros docentes por brindarnos
conocimientos, asesorías que empleare en mi vida profesional y cotidiana.
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Nota de Aceptación
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Firma del jurado
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Firma del jurado
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Tabla de contenido
1. Resumen ............................................................................................................9
2. Abstract ........................................................................................................... 10
3. Introducción .................................................................................................... 11
4. Objetivos ......................................................................................................... 13
4.1. Objetivo General .......................................................................................... 13
4.2. Objetivos Específicos ................................................................................... 13
5. Descripción del Tema ...................................................................................... 14
5.1. Pavimentos Flexibles ................................................................................... 14
6. Métodos de Diseño .......................................................................................... 19
6.1. Método AASHTO ........................................................................................ 19
6.1.1. Variables de Diseño .............................................................................. 22
6.1.2. Software (AASHTO93) ........................................................................ 29
6.2. Método Racional .......................................................................................... 31
6.2.1. Variables de diseño ............................................................................... 32
6.2.2. Software (DEPAV) ............................................................................... 37
7. Comparación Entre los Métodos de la AASHTO -93 y Racional...................... 38
8. Patologías del Pavimento ................................................................................. 40
8.1. Fallas más Comunes..................................................................................... 42
8.1.1. Fisuras Longitudinales y Transversales ................................................ 42
8.1.2. Fisuras en Bloque ................................................................................. 45
8.1.3. Piel de Cocodrilo .................................................................................. 46
8.1.4. Hundimiento ......................................................................................... 48
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8.1.5. Descascaramiento ................................................................................. 49
8.1.6. Baches .................................................................................................. 50
8.1.7. Parches ................................................................................................. 52
8.1.8. Exudación ............................................................................................. 53
8.1.9. Afloramiento de Agua ........................................................................... 54
9. Conclusiones y Recomendaciones ................................................................... 56
10. Glosario ........................................................................................................... 57
11. Referencias ...................................................................................................... 61
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Lista de Tablas
Tabla 1 Capacidad de drenaje. .................................................................................. 24
Tabla 2 Coeficiente de drenaje (recomendados). ....................................................... 24
Tabla 3 Niveles de confiabilidad sugeridos. .............................................................. 26
Tabla 4 Índice de serviciabilidad. .............................................................................. 26
Tabla 5 Abscisa correspondiente a un área a la confiabilidad R en la curva de
distribución normalizada. .............................................................................................. 27
Tabla 6 Coeficiente de poisson para diferentes materiales ........................................ 34
Tabla 7 Comparación de los métodos de diseño ........................................................ 38
Tabla 8 Tipos de daños en pavimentos flexibles (INVIAS).......................................... 41
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 8
Lista de Figuras
Figura 1 Diagrama de distribución de los esfuerzos con la profundidad. ................... 15
Figura 2 Pavimento flexible vía Barquereña ............................................................. 15
Figura 3 Estructura de pavimento flexible convencional. ........................................... 17
Figura 4 Método de diseño AASHTO-93 .................................................................... 22
Figura 5 Software ecuación AASHTO 93 ................................................................... 31
Figura 6 Método de diseño racional .......................................................................... 32
Figura 7 Fisura longitudinal (FL).............................................................................. 43
Figura 8 Fisura transversal (FT). .............................................................................. 44
Figura 9 Fisura en bloque. ........................................................................................ 46
Figura 10 Piel de cocodrilo. ...................................................................................... 48
Figura 11 Hundimiento y piel de cocodrilo. ............................................................... 49
Figura 12 Descascaramiento. .................................................................................... 50
Figura 13 Baches (BCH) ........................................................................................... 51
Figura 14 Parches (PCH) .......................................................................................... 52
Figura 15 Exudación (EX) ......................................................................................... 53
Figura 16 Afloramiento de agua ................................................................................ 55
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1. Resumen
Los pavimentos flexibles son estructuras sobre capas superpuestas dependiendo de las
cargas que transitan en cada capa, son utilizadas en zonas de abundante tráfico. En este
documento, se presenta una investigación en el diseño del pavimento flexible, realizando
una descripción de las capas de la estructura del pavimento y el desarrollo o evolución de
los métodos de diseño; se eligió dos métodos (ASSHTO y racional) dando a conocer cada
una de las variables que son utilizadas, con la recolección de información se hace una
comparación entre estos métodos. Así mismo se da a conocer los tipos de patologías que
se presentan desde sencillas condiciones hasta tener una falla en toda la estructura del
pavimento flexible; con el fin de mostrar las patologías más comunes exponiendo sus
causas y efectos que se pueden generar. Siendo aspectos de gran importancia para la
formación de los ingenieros.
Palabras clave: Estructura, método, pavimento flexible, patologías, variables.
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2. Abstract
Flexible pavements are structures on superimposed layers depending on the loads that
transit in each layer, they are used in areas of abundant traffic. In this document, an
investigation on the design of flexible pavement is presented, making a description of the
layers of the pavement structure and the development or evolution of the design methods;
two methods were chosen (ASSHTO and rational) giving to know each one of the variables
that are used, with the collection of information a comparison between these methods is
made. Likewise, the types of pathologies that are presented from simple conditions to
having a failure in all the structure of the flexible pavement are made known; with the
purpose of showing the most common pathologies exposing their causes and effects that
can be generated. Being aspects of great importance for the formation of engineers.
KEYWORDS: Structure, method, flexible pavement, pathologies, variables.
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3. Introducción
Desde el principio de los tiempos, la existencia del ser humano; se ha observado su
necesidad por comunicarse, por el cual fue desarrollado diversos métodos para la
construcción de caminos, desde los caminos a base de piedra y aglomerante hasta nuestra
época con métodos perfeccionados basándose en la experiencia que conducen a grandes
autopistas de pavimento flexible o rígido (Sayago, 2014). En el mundo se ha establecido
medios de trasporte que son fundamentales en cada sector ya sea económico, social y
político. Con el tiempo se han dado conocer varios métodos de diseño generados con los
conocimientos empleados en la antigüedad con el fin de prolongar la vida útil de las vías.
Grandes tramos de las carreteras de Colombia se trazaron siguiendo los caminos reales
coloniales, de igual manera que esto mejora las condiciones de trochas y caminos
indígenas. Buena parte de esta superposición de rutas obedece a las características de
nuestra topografía, donde se alternan valles, cordilleras y ríos que obligan a buscar los
puntos más accesibles para salvar las alturas y los puntos de mayor estrechez en el cauce
de los ríos, para vadearlos o construir los puentes. (Baquero, 2014)
Las metodologías de diseño tienen como fin simular analíticamente el comportamiento
de una estructura de pavimento, ante diferentes esfuerzos y condiciones a las cuales va ser
sometida, con el fin de determinar el periodo de vida útil. Para esto se establecen
metodologías de diseño, que tienen en cuenta diferentes variables o parámetros con ello se
diferencia una metodología con otra, los cuales están definidos en el desarrollo del
documento; está basado en dos metodologías de diseño que tienen como finalidad una
comparación entre sí.
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Considerando que en todas las metodologías de diseño para estructuras de pavimento
flexible cumplen con criterios de dimensionamiento, con el tiempo se va generando un
desgaste en la carpeta de rodadura causando deformaciones y deflexiones en la subrasante,
representándose en ahuellamiento, fisuras o deformaciones longitudinales (Rodriguez,
Gutiérrez, & Anguas, 1998).
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4. Objetivos
4.1. Objetivo General
➢ Analizar los métodos de diseño (AASHTO, RACIONAL) en fase de investigación,
identificación de patologías en pavimento flexible causas y efectos.
4.2. Objetivos Específicos
➢ Definir las variables de entrada en los diseños de pavimento flexible.
➢ Realizar una recopilación de información así construir una comparación entre estos
métodos de diseño.
➢ Identificación de patologías más comunes que se presenta en el pavimento flexible,
causas y efectos.
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5. Descripción del Tema
Un pavimento está constituido por un conjunto de capas, relativamente horizontales,
que se diseñan y se construyen técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente
compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una vía
obtenida por el movimiento de tierras en el proceso de exploración y que ha de resistir
adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del tránsito le trasmiten durante el
periodo, para el cual fue diseñada la estructura del pavimento. (Fonseca, 2002)
Características de los Pavimentos
➢ Ser resistentes a la acción de las cargas impuestas por el tránsito.
➢ Ser resistentes ante los agentes climáticos.
➢ Tener textura adecuada para el rodamiento con una fricción apropiada para evitar el
deslizamiento y además resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de
las llantas.
➢ Ser durable.
➢ Tener condiciones adecuadas respecto al drenaje.
➢ Ser económico.
➢ Debe ser el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramiento y ofrecer una
adecuada seguridad de tránsito.
5.1. Pavimentos Flexibles
Se denominan pavimentos flexibles todos aquellos que están formados por una capa
bituminosa apoyada sobre una o varias capas de gran flexibilidad (base y subbase) que
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trasmiten los esfuerzos al terreno de soporte o fundación mediante un mecanismo de
disipación de tensiones, las cuales van disminuyendo con la profundidad (Sandoval, 2011).
Figura 1
Diagrama de distribución de los esfuerzos con la profundidad.
Nota Fuente: Adaptado de Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de
pavimentos para carreteras (p.282), por C.H. Higuera,2011, Imprenta y publicaciones
universidad pedagógica y tecnológicas de Colombia.
Figura 2
Pavimento flexible vía Barquereña
Nota Fuente: Adaptado de pavimento flexible vía Barquereña [Fotografía], por Z.R
ingeniería s.a., (http://www.zringenieriasa.com/img/obras/via-barquerena.jpg).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 16
Las capas que forman un pavimento flexible son:
➢ Carpeta asfáltica: Es la capa superior del pavimento flexible y es colocado sobre
la base granular con la finalidad de sostener directamente el tránsito. Asimismo, es
la capa de mejor calidad debido a que debe ofrecer características como fricción,
suavidad, control de ruido y drenaje (Soto & Choque, 2015).
➢ Base: Es la capa que recibe parte de los esfuerzos producidos por los vehículos. La
carpeta es colocada sobre ella, porque la capacidad de carga del material friccionante
es baja en la superficie por falta de confinamiento. Regularmente esta capa además
de la compactación necesita otro tipo de mejoramiento (estabilización) para poder
resistir las cargas del tránsito sin deformarse y además de transmitirlas en forma
adecuada a las capas inferiores. El valor cementante en una base es indispensable
para proporcionar una sustentación adecuada a las carpetas asfálticas delgadas. En
caso contrario, cuando las bases se construyen con materiales inertes y se comienza
a transitar por la carretera, los vehículos provocan deformaciones transversales
(Ingenieria civil (apuntes), 2009)
➢ Subbase: Es la capa de material especificado y con un espesor de diseño, el cual
soporta a la base y la carpeta asfáltica. Además, se utiliza como capa de drenaje y
controlador de la capilaridad del agua. Dependiendo del tipo, diseño y
dimensionamiento del pavimento (Soto & Choque, 2015).
Es una capa compactada por materiales naturales u obtenidos mediante trituración,
a través de un proceso de producción controlado para obtener un material con
características estructurales adecuadas a un costo razonables. Se diferencia de la
capa de base por poseer especificaciones menos restrictivas en cuanto a su
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plasticidad, graduación y capacidad soporte. Su principal función es proporcionar
aporte estructural al pavimento, pero también reduce la migración de finos de las
capas inferiores hacia la capa de base (Cardenas, Arévalo, & Poveda, 2009)
➢ Subrasante: Es la parte de una carretera que sirve para el soporte de las capas de
pavimento, por tanto, debe cumplir características estructurales para que, los
materiales seleccionados que se colocan sobre ella se acomoden en espesores
uniformes y su resistencia debe ser homogénea en toda la superficie para evitar fallas
en los pavimentos., en algunos casos, esta capa está formada solo por la superficie
del terreno. En otros casos, cuando en estado natural el material de corte del lugar
es de muy baja calidad, se tendrá que hacer un proceso de mejoramiento,
estabilización y luego darle el grado de compactación necesario para obtener la
subrasante adecuada (Solano, 2014)
Figura 3
Estructura de pavimento flexible convencional.
Nota Fuente: Adaptado de Análisis cualitativo del flujo de agua de infiltración para el
control del drenaje de una estructura de pavimento flexible en la ciudad de Bogotá D.C.,
por F.L. Castaño, J.M Herrera, J.N. Gómez, F. Reyes, 2009 y autor.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 18
El desarrollo de los métodos de diseño de pavimento puede conceptualizare a lo largo
del tiempo. Antes de la segunda guerra mundial, los métodos de diseño se fundamentan en
las características de los suelos de fundación y en la comparación de pavimentos similares
que habían tenido buena duración. Se conoce que el tráfico tiene efecto sobre el diseño,
pero su única medición se base en el conteo de vehículos, su clasificación en cuanto a
intensidad-pesado, medio o ligero y la carga máxima por eje. Se dispone más de 18
métodos de diseño (Corredor, 2010).
Después de la ejecución de la segunda guerra mundial hasta 1988, según Gustavo
Corredor, 2010 Se estudian los efectos de la acción de las cargas en la actuación de los
pavimentos, se cuantifican los diversos factores que participan en el diseño y su influencia
en el comportamiento de la estructura; se considera, en especial, el efecto de las cargas y
su número de aplicaciones sobre el pavimento, y la cuantificación del “grado de falla” de
la estructura. Se analizan teóricamente los factores de diseño y se corrigen, o ajustan, estas
bases en función del comportamiento real ante el tráfico. En esta etapa han tenido gran
influencia los “Ensayos de Carreteras”, modelos a escala natural que han sido el
fundamento de los métodos actuales.
Entre los más conocidos están:
➢ Carretera Experimental de Maryland (USA)
➢ Carretera Experimental WASHO (USA)
➢ Carretera Experimental LARR (Alemania)
➢ Experimento Vial de la AASHO (USA)
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Los métodos de diseño de pavimento son guías desarrolladas por diferentes entidades
gubernamentales, con el fin de proveer las herramientas necesarias para el diseño de
estructuras de pavimento (Corredor, 2010).
6. Métodos de Diseño
6.1. Método AASHTO
El método AASHTO 93, es de carácter empírico, lo que hace que sea difícil establecer
las relaciones propuestas para condiciones diferentes a las que ya existentes, situación que
representa dificultades al momento de aplicarlo a condiciones locales de un proyecto, lo
que hace necesario la combinación de conocimientos empíricos con conceptos
mecanicistas (Vargas, Romero, & Soriano, 2014).
Evolución del método AASHTO
➢ Entre los años 1958 a 1960 se realizaron los experimentos viales de las AASHTO.
➢ En 1961 fue creada la primera Guía de diseño AASHTO.
➢ Entre 1961 y 1962 se realiza la Guía provisional de AASHTO.
➢ En 1972 se revisó la Guía provisional de AASHTO.
➢ En 1986 apareció la Guía de diseño de estructuras de pavimento AASHTO.
➢ En el año 1993 surgió la guía de diseño de estructuras de pavimentos AASHTO con
el concepto del proceso de diseño de sobre capas.
➢ En el año 1998 se presenta el suplemento para la Guía presentada en el 1993 que
estaba enfocada en el diseño de pavimentos rígidos. En esta etapa de la Guía de
diseño AASHTO se comenzó con los principios mecanicista.
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➢ En el año 2002 se publica la guía de diseño mecanicista empírica, mejor conocida
como mechanistic- empirical pavement design guide (MEPDG). Guía mecanicista-
empírica para diseño de pavimentos
El dimensionamiento de la estructura de un pavimento flexible es un tema que ha
ocupado a los ingenieros de carreteras desde comienzo del siglo pasado; durante mucho
tiempo, se han utilizado métodos que tienen gran correlación experimental y considerables
tiempos de uso para su verificación (Vargas, Romero, & Soriano, 2014).
Siendo el método AASHTO el primer en manejar carga equivalente por eje en el mundo
en 1962. Este tipo de cantidad manejada para medir el tráfico se popularizó con el pase del
tiempo y actualmente es la forma más utilizada de medir el tráfico el tráfico en países como
Inglaterra, Canadá Estados Unidos y Colombia. Los métodos de diseño aplicados en
Colombia, son aplicados en el país algunos años después de haber sido implementados en
sus países de origen (Tarazona, 2002).
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 tiempo, la metodología
Shell fue reemplazada por la también racional metodología AASHTO, entre 1988 y 1993
(Tarazona, 2002).
El método de la AASHTO – 1993 (Guide for the design of pavement structures) es una
versión revisada que ofrece cambios en el diseño de pavimentos flexibles. En esta
modificación aparece el número estructural (SN) deja de ser adimensional para convertirse
en un parámetro de longitud, representando un factor ficticio de pavimento.
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En consecuencia, existirían muchas posibles combinaciones de espesores que satisfagan
un determinado valor del número estructural, sin embargo, se recomiendan ciertas
condiciones que limitan estas posibles soluciones y evitan el evento de presentar diseños
poco prácticos y construibles, como son los análisis multicapa con verificación por capas
y de estabilidad y posibilidad de construcción (espesores mínimos) (Rincon & Higuera,
2017).
Ecuación 1: Formula de diseño e indicando el significado de cada variable
logW18
= ZRSO+9.36log(SN+1)-0.20+
log(∆PSI)4.2-1.5
0.40+1094
(SN+1)5.19
+2.32logMR-8.07 (1)
Donde:
SN: Número estructural (pulg)
W18: Numero de cargas de 81 Kips (80kn o 8.2 Toneladas) previstas
ZR: Abscisa correspondiente a un área a la confiabilidad R en la curva de distribución
normalizada. (Desviación estándar normal)
S0: Desvió estándar de todas las variables
ΔPSI: Perdida de serviacibilidad
MR: Modulo resiliente de la subrasante (psi)
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 22
6.1.1. Variables de Diseño
Figura 4
Método de diseño AASHTO-93
Nota Fuente: Adaptado de Diseño de la estructura de pavimento flexible por medio de los
métodos INVIAS, AASHTO 93 e Instituto del asfalto para la vía la YE – Santa lucia
barranca Lebrija entre las abscisas K19-250 a K25-750 única en el departamento de cesar,
por M.A Salamanca, S.A Zuluaga,2014 y Autor.
Número estructural (SN). Capacidad del sistema para soportar las solicitaciones del
tráfico, el número estructural es una función el espesor de las capas y coeficiente de drenaje,
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 23
es un valor que expresa la resistencia que requiere un pavimento. Cuenta con un software
(AASHTO93) para hallar esta variable.
Ecuación 2 Valor de SN
SN=a1D1+a2D2m2+a3D3m3 (2)
Donde:
a1: Coeficiente de capa asfáltica
d1: Espesores de la capa de mezcla asfáltica (pulg)
a2: Coeficiente capa base granular
d2: Espesores de la capa de base granular (pulg)
m2: Coeficiente de drenaje base granular
a3: Coeficiente capa subbase granular
d2: Espesores de la capa de mezcla asfáltica (pulg)
m2: Coeficiente de drenaje subbase granular
Drenaje. El valor del coeficiente depende de la capacidad del drenaje, que se determina
de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada y el porcentaje de tiempo está
expuesto a niveles de humedad en el trascurso del año.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 24
Tabla 1
Capacidad de drenaje.
Calidad del drenaje Tiempo que tarde el agua
en ser evacuada
Excelente 2 horas
Bueno 1 día
Regular 1 semana
Malo 1 mes
Muy malo Agua no drena
Nota. Fuente. American Association of State Highway and Transportation officials -
AASHTO-1993.guide for desing if pavement structures. Washington, D.C y Autor.
Tabla 2
Coeficiente de drenaje (recomendados).
Calidad del
drenaje
Porcentaje de tiempo en que la nueva estructura de
pavimentos está expuesta a niveles de humedad cercanos
a la saturación
menos de 1% 1 - 5% 5 - 25% más del
25%
Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.2
Buena 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.0
Regular 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.8
Pobre 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.6
Deficiente 1.05-0.95 0.80-0.75 0.75.0.40 0.4
Nota. Fuente. American Association of State Highway and Transportation officials -
AASHTO-1993.guide for desing if pavement structures. Washington, D.C y Autor.
Tránsito (W18). Flujo de vehículos que lleven personas o bienes (o ambas cosas) que
circulan en un determinado tramo de carretera, en una vía, en un camino. Los componentes
del tránsito, también para los efectos pertinentes del estudio estarán referidos a: los
vehículos, la carretera, personas, bienes. También recordemos que la ingeniería de transito
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 25
tiene que ver además de la carretera, la red, terminales, tierras adyacentes y otros modos
de transporte (Corea y Asociados S.A., 2008).
Tipos de transito
➢ Transito actual (Ta): Es la composición de una cantidad de vehículos que durante
una unidad de tiempo viajan en ambas direcciones, en una determinada carretera o
entre un origen y un destino (Corea y Asociados S.A., 2008).
Si se trata de un proyecto para construir una nueva vía, el tráfico actual se obtiene
de la suma del tránsito existente y el transito desviado.
➢ Transito existente (TE): Es el número de vehículos que utiliza la carretera y se
determina mediante un conteo.
➢ Transito desviado o atraído (TAt): Es el resultante del crecimiento esperado del
tránsito, desvió de otras carreteras u otros medios de transporte (tránsito atraído), a
la carretera proyectada (nueva o mejorada) en virtud de un menor costo de
transporte (Corea y Asociados S.A., 2008).
➢ Transito futuro (Tf): Se compone del valor proyectado del tránsito a partir del año
en que espera sea concluida la ejecución del proyecto (Corea y Asociados S.A.,
2008).
➢ Transito normal (Tn): Es el resultante del crecimiento esperado del tránsito en las
vías existentes, aunque no se lleve a cabo un proyecto. Es calculado aplicándose las
tasas de crecimiento, obtenidas a través del análisis por métodos estadísticos del
tránsito pasado (Corea y Asociados S.A., 2008).
Confiabilidad (R). El valor que toma este parámetro en función de la importancia de la
vía, de acuerdo a los parámetros establecidos por las AASHTO.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 26
Tabla 3
Niveles de confiabilidad sugeridos.
Tipo de camino Confiabilidad recomendada
Zona urbana Zona Rural
Rutas interestatales y autopistas 85-99.9 85-99.9
Arterias principales 80-99 75-99
Colectores 80-95 75-95
Locales 50-80 50-80
Nota. Fuente. American Association of State Highway and Transportation officials -
AASHTO-1993.guide for desing if pavement structures. Washington, D.C y Autor.
Serviciabilidad (ΔPSI). Capacidad de servir al tipo de tránsito para el cual ha sido
diseñado, así se tiene un índice de serviciabilidad. En el diseño del pavimento se debe elegir
serviciabilidad inicial y final.
Tabla 4
Índice de serviciabilidad.
Índice de serviciabilidad (p) Calificación
0 - 1. Muy mala
1 - 2. Mala
2 - 3. Regular
3 - 4. Buena
4 - 5. Muy buena
Nota. Fuente. American Association of State Highway and Transportation officials -
AASHTO-1993.guide for desing if pavement structures. Washington, D.C y Autor.
P=PO-Pt (3)
➢ Serviciabilidad inicial
PO=4,2 Para pavimento flexible
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 27
➢ Serviciabilidad final
Pt=2.5 o más para caminos muy importante
Pt=2.0 para caminos de menor transito
Desviación estándar (ZR). Permite incluir un grado de seguridad en el proceso de
diseño para que las alternativas de estructuras propuestas se comporten satisfactoriamente
bajo las condiciones de tránsito y ambientales que se generen en el periodo de diseño (Niño
& Bautista, 2014) .
Tabla 5
Abscisa correspondiente a un área a la confiabilidad R en la curva de distribución
normalizada.
Confiabilidad (R) Valor de ZR
50 -0,000
60 -0,253
70 -0,524
75 -0,674
80 -0,841
85 -1,037
90 -1,282
91 -1,340
92 -1,405
93 -1,476
94 -1,555
95 -1,645
96 -1,751
97 -1,881
98 -2,054
99 -2,327
99.9 -3,090
99.99 -3,750
Nota. Fuente. American Association of State Highway and Transportation officials -
AASHTO-1993. (guide for desing if pavement structures). Washington, D.C y Autor.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 28
Desvió estándar de todas las variables (SO). Este parámetro tiene en cuenta el error
o desviación del diseño, la variación de la predicción del tráfico y el comportamiento
estructural, la AASHTO remienda un So entre 0.40 y 5.0.
Módulo resiliente de la subrasante (MR). Para hallar el valor modulo resiliente se
puede lograr por algunos procedimientos.
➢ Efectuando ensayos de módulo resiliente en laboratorio (Método AASHTO T-274)
sobre muestras representativas, bajo condiciones de esfuerzo y humedad similares
aquellas de las épocas predominantes en el año, es decir las estaciones
climatológicas durante las cuales se obtendrán valores significativamente diferentes.
Estos resultados permitirán establecer relaciones entre diferentes módulos
resilientes y contenidos de humedad, que puedan ser utilizadas conjuntamente con
estimaciones de "humedades en sitio" bajo el pavimento, para establecer valores de
módulo resiliente para las diversas estaciones climatológicas. El "Módulo Resiliente
(MR)", es el resultado de un ensayo dinámico, y se define como la relación entre el
esfuerzo repetido masivo (Ø) y la deformación axial recuperable (∑a) (Corredor,
2010).
MR=∅d
∑a (4)
➢ Estimando los valores "normales" de módulo resiliente de los materiales, a partir de
propiedades conocidas, tales como CBR, plasticidad, contenido de arcilla, etc.
Luego, mediante la aplicación de relaciones empíricas se estima el módulo resiliente
para diferentes épocas del año.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 29
• CBR: (California Bearing Ratio) El ensayo CBR se emplea para evaluar la
capacidad portante de terrenos compactados como terraplenes, capas de firme,
explanada, así como en la clasificación de terrenos (Geotecnia facil, 2020).
En este ensayo se compara la presión o esfuerzo necesario para introducir 1/2”
(12.7mm) de un pistón con características estandarizadas en el área del suelo,
con la presión requerida para penetrar el mismo pistón en un material estándar
de California. El resultado se expresa como un porcentaje y permite evaluar la
calidad relativa de los suelos usados en subrasantes y capas de subbases y bases
(INVIAS, 2007)
• Plasticidad: El índice de plasticidad de un suelo es el tamaño del intervalo de
contenido de aguas, expresado como un porcentaje de la masa seca de suelo,
dentro del cual el material está en un estado plástico. Este índice corresponde a
la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico del suelo
(INVIAS, 2007)
6.1.2. Software (AASHTO93)
Hace poco más de 15 años, la realización de aplicaciones para el entorno de Windows
era bastante complicada antes de la introducción de visual Basic 1.0 en su primera versión
1961. Se anuncia en marzo de 1997 y en junio de 1998 las versiones de Visual Basic 5.0 y
6.0, respectivamente. Representaron un paso importante hacia posibilitar a los
desarrolladores en Visual Basic, programar en los nuevos niveles del funcionamiento, en
el ambiente libre que representa internet. Las características tales como el compilador del
código nativo, introdujeron aumentos hasta del 2.000 por ciento (Carlos M & Bucarelly,
2008).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 30
Visual Basic es un lenguaje de programación orientado a objetos creado por la
Microsoft. Este lenguaje incorpora todas las herramientas necesarias para la creación de
cualquier aplicación para Windows. La programación en Visual Basic se basa en un
ambiente de desarrollo totalmente gráfico, que facilita la creación de interfaces gráficas, y
en cierta medida, también la programación misma (Carlos M & Bucarelly, 2008).
Eqaashto93 es un programa desarrollado en visual Basic 6.0 para Windows. Su objetivo
primordial es resolver las ecuaciones de la guía AASHTO de diseño de pavimentos de 1993
para el dimensionamiento de pavimentos flexibles y rígidos (Valera L. R., 2004).
Según (Valera L. R., 2004) se desarrolló este programa con el fin de resolver las
ecuaciones de los nomogramas del diseño de pavimentos del método AASHTO de 1993
para calcular:
➢ El número estructural (SN) para pavimentos flexibles.
➢ El espesor de la losa de concreto hidráulico para pavimentos rígidos
➢ El número de ejes equivalente (w18) que puede soportar una configuración
particular de cualquiera del pavimento (flexible o rígido).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 31
Figura 5
Software ecuación AASHTO 93
Nota Fuente: Adaptado de ecuación AASHTO93, por dos programas para ingeniería
(2011),(http://retx988.blogspot.com/2011/12/dos-programas-para-ingenieria-
ecuacion.html).
6.2. Método Racional
En Colombia los métodos utilizados hasta finales de los años 70 fueron
fundamentalmente empíricos y solo con la introducción del método del instituto del asfalto,
las metodologías empezaron a buscar mayor soporte en la teoría y se volcán hacia la
propuesta racional y el estudio de las deformaciones y los esfuerzos al interior del
pavimento (Tarazona, 2002).
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 ese factor para las metodologías racionales estadounidense aplicadas
en Colombia es la misma manejada en su país de origen, no considerándose con esto el
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 32
cambio real del tráfico en nuestro país, al encontrarse en vía de desarrollo y contar con una
tasa de crecimiento variables y en aumento (Tarazona, 2002).
Este método se basa en un modelo multicapa linealmente elástico en donde los
materiales se consideran homogéneos e isotrópicos, donde se supone una extensión
infinita en el sentido horizontal, los materiales se encuentras caracterizados por su
módulo de elasticidad de Young y la relación de poisson (Chaparro, 2015) .
6.2.1. Variables de diseño
Figura 6
Método de diseño racional
Nota Fuente: Adaptado de análisis comparativo entre diferentes metodologías de diseño
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 33
para estructuras de pavimento implementando los parámetros de diseños requeridos para
el corredor mulaló - loboguerrero por H.S Chaparro (2015) y autor.
Tránsito. La variable de tránsito se cuantifica con fines de diseño expresándola en ejes
equivalente de una carga de referencia, normalmente 8.2 toneladas, para la determinación
y el estudio de la variable se debe tener en cuenta en el Instituto nacional de vías de
Colombia (INVIAS).
Características de los materiales. Su objetivo es la obtención de modulo resiliente
de los suelos y materiales granulares no tratados, se puede estimar:
➢ Ensayos triaxiales dinámicos
➢ Determinación insitu
➢ Relación empírica de uso general
Modulo Resiliente. Al no ser determinado en el laboratorio. estos módulos se pueden
hallar por medio de correlaciones por medio de metodologías como la Shell, Barker.
Capas asfálticas. Se debe determinar el módulo dinámico de la mezcla asfáltica, este
módulo establece una relación funcional que vincula los esfuerzos aplicados y las
deformaciones resultantes para cada condición particular de temperatura y tiempo o
frecuencia de aplicación de la carga (Vargas W. n., 2012).
Los parámetros para el módulo de rigidez son los siguientes
➢ Temperatura
➢ Características y concentración volumétrica
➢ Grado de densificación
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 34
➢ Acción de las cargas y del tránsito (intensidad, frecuencia y velocidad media de
circulación)
Relación de Poisson
La relación de poisson se pueden asumir de la siguiente manera.
Tabla 6
Coeficiente de poisson para diferentes materiales
Material Rango Valor típico
Concreto asfáltico 0.35 - 0.40 0.35
Base granular o subbase 0.30 - 0.40 0.40
Material granular tratado con cemento 0.10 - 0.20 0.15
Suelos finos con granulares 0.30 - 0.50 0.40
Arcilla normal 0.42 0.42
Material estabilizado con cal 0.10 - 0.25 0.20
Hormigón, cemento portland 0.12 - 0.20 0.15
Nota. Fuente. Bastidas; C. B & Barreto, E. C. (1993). Caracterización dinámica de
materiales viales y su aplicación al diseño racional de pavimentos flexibles. (P.12).
Publicado por la Universidad del cauca.
Modelos de Fallas de los Materiales. En el comportamiento de pavimento flexibles es
importante controlar los deterioros por medio de la limitación de los valores de
deformaciones, deflexión de acuerdo a la intensidad del tránsito revisto en el periodo de
diseño.
➢ Fatiga de la capa asfáltica: Agrietamiento piel de cocodrilo o capas asfálticas
nueva se analizan a partir de la deformación unitaria horizontal por tensión de la
base de carpeta asfáltica (Garzon, 2017).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 35
εt=(0.856*Vb+1.08)*Smix-0.36
*Nlab-0.20 (8)
Donde
𝜀𝑡: Deformación horizontal unitaria o específicos por tensión, en la base de la capa
asfáltica (cara inferior).
Vb: Contenido en volumen de asfalto en la mezcla (%)
Smix: Módulo dinámico del concreto asfaltico (N/m2)
Nlab: Número de repeticiones de 𝜀𝑡 para la fatiga, del concreto asfáltico en el pavimento
real
Ndis=Nlab*(Fdis*Frec)=10* Nlab (9)
Donde:
Ndis: Número de repeticiones de t para la falla (fatiga), del concreto asfáltico en el
pavimento
real (valor de diseño).
Fdis: Factor de calibración por dispersión de las cargas en el pavimento real (2 típico,
según SHELL).
Frec: Factor de calibración por recuperación (5 típico, según SHELL).
➢ Fatiga de la subrasante: se analiza a partir de la deformación unitaria vertical por
compresión en la parte superior de la subrasante.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 36
εv=2.8E-02*N-0.25(50% de confiabilidad) (10)
εv=2.1E-02*N-0.25(85% de confiabilidad) (11)
εv=1.8E-02*N-0.25(95% de confiabilidad) (12)
Donde:
𝜀𝑣: Deformación vertical unitaria o específica por compresión, en la parte superior de la
subrasante.
N: Número de repeticiones de ejes de fatiga de la subrasante
Cálculos de Esfuerzos y Deformaciones. Estos cálculos se pueden utilizar programas,
en Colombia se utiliza DEPAV basado en el ALIZE III, que permiten calcular los esfuerzos
y deformaciones de la estructura de pavimentos relacionados con el dimensionamiento y
comportamiento.
Esfuerzos Admisibles. Se hace una comparación de estos valores con los limites
admisibles establecidos por las leyes de fatiga de los materiales.
➢ Deformación específica por tracción:
Etadm=0.00389*Ne-0.1626 (13)
➢ Esfuerzo de compresión:
σzadm=0.07*Esr
1+0.7logNe (14)
➢ Deformación específica por compresión:
Ezadm=2.8x10-2
*Ne-0.25 (15)
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 37
6.2.2. Software (DEPAV)
Este programa fue desarrollado por la universidad del Cauca por los ingenieros Carlos
Alberto Benavides, Alfonso Murgueitio Valencia y Efraín de Jesús Solano Fajardo, dentro
de la investigación Nacional de pavimento (INPACO) de 1993 (ingepav, 2019), como una
adaptación del programa francés ALIZE III del laboratoire central de pontos et chausspées.
El programa DEPAV calcula los esfuerzos y las deformaciones máximas producidas en las
interfaces de un sistema elástico multicapa por una rueda doble colocada en la superficie.
El sistema elástico multicapa puede estar constituido entre dos a seis capas caracterizadas
por el espesor, el módulo de elasticidad y la relación de Poisson (Carlos Alberto Benavides,
1994) .
El programa DEPAV incluye opciones sistematizadas para la selección de los diferentes
parámetros de diseño. Contiene un formulario para el cálculo del módulo resiliente de la
subrasante en condiciones monomodal y estacionales, así como un formulario para
determinar el tránsito de diseño en condiciones simplificadas (Rincon & Higuera, 2017).
WinDEPAV 2.6 es la más reciente entrega del software de apoyo para el análisis y
diseño de pavimentos basados en el programa DEPAV (ingepav, 2019).
El funcionamiento del programa DEPAV, es una interfase con el usuario, la cual realiza
el pre procedimiento (captura de datos) y post procedimiento (presentación de resultados)
de la información (Valera L. R., 2007).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 38
7. Comparación Entre los Métodos de la AASHTO -93 y Racional
Tabla 7
Comparación de los métodos de diseño
AASHTO 1993 RACIONAL
Comparativo tránsito
Ambos diseños requieren el estudio de suelos y de tránsito, para dar comienzo con el
diseño de cada método.
Comparativo Software
Estos métodos de diseño se apoyan de modelos computacionales, donde el programa
ecuación AASHTO93 solo puede ser utilizado en el método AASHTO 1993, en cambio
DEPAV nos permite el uso para ambos métodos.
Ecuación AASHTO93 se obtiene el
número estructural, que representa el
espesor total del pavimento, siendo
transformado al espesor efectivo de cada
una de las capas que lo constituirán.
DEPAV se reduce el tiempo para encontrar
alternativas estructurales satisfactorias, con
miras a direccionar al diseñador hacia el
análisis y la interpretación de los resultados
(Rincon & Higuera, 2017)
Comparativo espesores
AASHTO93 nos arroja los resultados del
número estructural, para iniciar con los
Las deformaciones calculadas en este
método, deben ser mayores a las
deformaciones obtenidas por el programa
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 39
AASHTO 1993 RACIONAL
cálculos correspondientes para los
espesores de cada capa.
DEPAV. Garantizando los espesores y
deformaciones en las capas.
Comparativo materiales.
Es difícil establecer algún tipo de
relación que sea propuesta en diferentes
condiciones, lo que provoca que sea
difícil aplicarlo a condiciones locales de
un proyecto, de esta manera se deben
combinar conceptos mucho más
mecánicos con conocimientos empíricos.
Se trabaja con los esfuerzos admisibles, ya
que este método se basa en un modelo
multicapa linealmente elástico en donde los
materiales se consideran homogéneos e
isotrópicos, se supone una extensión infinita
en el sentido horizontal, los materiales se
encuentran caracterizados por su módulo de
elasticidad de Young y la relación de poisson
En este método para obtener la
caracterización de los materiales se
utiliza el módulo resiliente (MR), CBR,
drenaje, desviación estándar y
confiabilidad;
Para la caracterización de materiales solo se
tiene en cuenta módulo resiliente (MR), CBR
y el coeficiente de poisson.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 40
8. Patologías del Pavimento
La tecnología que se ha desarrollado para pavimentos, tiene como meta evitar deterioros
y fallas, se han logrado establecer relaciones de causa efecto, para desarrollar normas de
criterio de proyecto y conservación (Rodriguez & Castillo, 1984).
En los pavimentos flexibles, dado que permiten altas deformaciones comparados con
otros tipos de pavimentos y el uso de las vías para cargas muy pesadas, se pueden presentar
daños que van desde sencillas condiciones de desgaste de la rodadura, hasta fallas
considerables en la totalidad de la estructura; se pueden realizar diferentes clasificaciones
respecto a los daños según el parámetro u objetivo teniendo en cuenta (Sarmiento, 2017):
➢ Según las características en funcionales o estructurales.
➢ Según el origen, cusa inicial y principal, se tiene los generadores por repetición de
las cargas vehiculares (transito) y otros producidos por factores ambientales, diseño,
construcción o materiales.
➢ Según la forma o geometría del área deteriorada se pueden clasificar en fisuras o
grietas (aisladas o interconectadas) y en deformaciones (transversales o
longitudinales).
➢ Según la capa en la cual se localizan o se inician los daños se presentan daños
superficiales, de interfase capa granular – capa cementada, capa granular o
subrasante.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 41
Tabla 8
Tipos de daños en pavimentos flexibles (INVIAS).
TIPOS DE PATOLOGIAS
FISURAS
Fisuras longitudinales y transversales
Fisuras en juntas de construcción
Fisuras por deflexión de juntas o grietas en
placas de concreto
Fisuras en borde
Fisuras en bloque
Piel de cocodrilo
Fisuración por insipiente
Fisuración por deslizamiento de capas
Fisuras en media luna
DEFORMACIONES
Ondulaciones
Abultamiento
Hundimiento
Ahuellamiento
PERDIDAS DE LAS CAPAS DE LA
ESTRUCTURA
Descascaramiento
Baches
Parches
DAÑOS SUPERFICIALES
Desgaste superficial
Perdida de agregado
Pulimiento del agregado
Cabezas duras
Exudación
Surcos
OTROS DAÑOS
Corrimiento vertical de la berma
Separación de la berma
Aforamiento de finos
Afloramiento de agua
Nota. Adaptado de estudio de investigación del estado actual de las obras de la red nacional
de carreteras, por manual ara la inspección visual de pavimentos flexibles, convenio
(2003).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 42
8.1. Fallas más Comunes
8.1.1. Fisuras Longitudinales y Transversales
Son discontinuidades en la carpeta asfáltica en dirección al tránsito o perpendicular al
mismo, son de indicio de las existencias de esfuerzos de tensión en alguna de las capas de
la estructura los cuales han superado la resistencia del material afectado.
➢ Longitudinales: fracturamiento que se extiende a través de la superficie del
pavimento paralelamente al eje de la calzada, Pueden localizarse en las huellas de
canalización de tránsito, próximos a los bordes en el eje o en correspondencia con
los anchos de distribución de las mezclas asfálticas; con frecuencia su ubicación es
indicativa de la causa o mecanismo más probable que la original, y por ende debe
ser tenida en cuenta durante la evolución. En sus instancias iniciales suele
presentarse como una fisura simple, pero a medida que avanza el deterioro del
pavimento, desarrolla ramificaciones laterales y fisuras paralelas, aspecto al que
suele referirse como “multiplicidad” (Departamento de admisiones y evaluación de
pavimentos, 2016)
Incremento en la longitud de las fisuras, debe decímetros a varios metros; ramificaciones
y multiplicación (fisuras múltiples) hasta dar lugar a agrietamiento tipo piel de cocodrilo.
La evolución es más rápida en las medidas que se posibilite el ingreso de agua a las capas
inferiores (climas lluviosos, bases susceptibles a las pérdidas de capacidad soporte por
efecto de agua) (Departamento de admisiones y evaluación de pavimentos, 2016).
Causas:
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 43
❖ Fatiga de la mezcla asfáltica sometida a repeticiones de carga que provocan
deflexiones
❖ Envejecimiento del asfalto.
❖ Espesor del pavimento inadecuado.
❖ Reflexión de fisura localizadas en una capa subyacente (delgados sobre
pavimentos antiguos muy agrietados, eventualmente grietas por retracción de
bases estabilizadas) o de juntas originadas en la construcción de ensanches
(particularmente cuando es diferente la rigidez entre materiales del antiguo y
nuevo pavimento) (Departamento de admisiones y evaluación de pavimentos,
2016).
❖ Baja capacidad de soporte de la subrasante.
Figura 7
Fisura longitudinal (FL)
Nota Fuente: Adaptado de fisuras longitudinales, Manual para la inspección visual de
pavimentos flexibles por Universidad nacional de Colombia e Instituto nacional de vías,
(2006).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 44
➢ Transversales: fractura miento rectilíneo que se extiende a través de las superficies
del pavimento perpendicularmente al eje de la calzada. Puede afectar todo el carril
o ancho de la calzada como limitarse a los 6 m próximos al borde. A veces las fisuras
transversales se distribuyen a intervalos más o menos regulares, con espaciamientos
variables entre 5 a 20 m. al igual que las fisuras longitudinales pueden desarrollar
ramificaciones y fisuras paralelas” multiplicidad”
Causas
❖ Insuficiente espesor del pavimento frente a las cargas del tránsito.
❖ Falta de sobreancho y/o contaminación de las capas inferiores en la proximidad
de los bordes del pavimiento
❖ Retracción de mezcla asfáltica por perdida de flexibilidad debido a un exceso.
❖ Envejecimiento del asfalto.
Figura 8
Fisura transversal (FT).
Nota Fuente: Adaptado de fisuras transversal, Manual para la inspección visual de
pavimentos flexibles por Universidad nacional de Colombia e Instituto nacional de vías,
(2006).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 45
8.1.2. Fisuras en Bloque
Cuando se presenta este tipo de daño la superficie del asfalto es dividida en bloques de
forma aproximadamente rectangular. Los bloques tienen lado promedio mayor que 0.30m
(Grupo Tecnico - Convenio 587 de 2003, 2006).
Fisuras y grietas interconectadas que dividen la superficie del pavimento en polígonos
aproximadamente rectangulares. El tamaño de los bloques varia en un rango de alrededor
de 0.9 m2 hasta un máximo de 9 m2. Cuando los bloques resultan de mayor tamaño son
identificados generalmente como fisuras longitudinales o transversales (Departamento de
admisiones y evaluación de pavimentos, 2016).
Las fisuras en bloques se diferencian de las fisuras tipo piel de cocodrilo en cuanto a
que en estas los polígonos son más pequeños, irregulares y de ángulo agudo.
Degradación de los borde y ángulos que forman los paños o bloques (desportillamiento
/ descascaramiento). Aumento de número de grietas transversales con el tiempo
(Departamento de admisiones y evaluación de pavimentos, 2016).
Causas
❖ Contracción del asfalto por su variación en la temperatura, generando ciclos de
esfuerzo - deformación.
❖ Envejecimiento prematuro del asfalto.
❖ Reflejo de grietas de contracción provenientes de materiales utilizados como
base.
❖ Mezcla asfáltica muy rígida como consecuencia de un exceso.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 46
❖ Excesivo endurecimiento del bitumen por deficiencia durante el manipuleo y
elaboración de la mezcla asfáltica.
Figura 9
Fisura en bloque.
a) b)
Nota Fuente: Fisuras en bloque ubicado en el centro en la carrera 21 [Fotografía A Y B]
paipa-Boyacá, por Autor.
8.1.3. Piel de Cocodrilo
La piel de cocodrilo es un conjunto de fisuras interconectada que forman polígonos
irregulares, de hasta 0.5m de longitud en el lado más largo. El patrón es parecido a la piel
de un cocodrilo de ahí su nombre de esta falla. El agrietamiento se origina en el fondo del
paquete asfaltico, en la base, donde los esfuerzos y deformaciones unitarias de tensión son
elevados. De ahí, las grietas se propagan hacia la superficie como una serie de fisuras
longitudinales paralelas, que luego se conectan formando varias piezas (Velásquez, 2009).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 47
Fenómeno asociado a las repeticiones de carga (fatiga), estas fisuras ocurren solo en
áreas expuestos a las solicitaciones del tránsito (principalmente huellas de canalización);
por ende, raramente cubren toda el área del pavimento (Departamento de admisiones y
evaluación de pavimentos, 2016)|.
Extensión progresiva del fenómeno en la superficie del pavimento. En su evolución
suele ir acompañados de ahuellamientos y/o hundimientos; progresan más o menos
rápidamente según las condiciones de tráfico, precipitación y drenaje, a las que están
expuestas, hasta originar baches.
Causas:
❖ Subrasante deformada.
❖ Reducción de la resistencia a fatiga de las mezclas asfálticas como consecuencia
de deficiente calidad de los materiales.
❖ Mezcla asfáltica rígida por el envejeciente u oxidación del asfalto.
❖ Obras de drenaje deficientes afectando las bases granulares.
❖ Obras de construcción, mantenimiento y reparaciones mal ejecutadas.
❖ Deficiencia en el diseño y elaboración de la mezcla asfáltica.
❖ Perdida de la capacidad estructural, disminuyendo la capacidad de resistencia.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 48
Figura 10
Piel de cocodrilo.
Nota Fuente: piel de cocodrilo ubicado en el barrio la estación carrera 17D [Fotografía]
paipa-Boyacá, por Autor.
8.1.4. Hundimiento
Corresponden a depresiones localizadas en el pavimento a nivel de la rasante. Este tipo
de daño puede generar problemas de seguridad a los vehículos, especialmente cuando
contienen aguas pues puede producir hidro-planeo. los hundimientos pueden estar
orientados de forma longitudinales transversal con respecto al eje de la vía (Jaime, 2016).
La evaluación depende sustancialmente de las causas. Defectos constructivos
pueden pertenecer estables mucho tiempo. Cuando son atribuidos a la debilidad de la base
progresen rápidamente en severidad y extensión, dando lugar a baches (Departamento de
admisiones y evaluación de pavimentos, 2016).
Causas:
❖ Asentamiento de la subrasante o consolidación de estratos.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 49
❖ Deficiencia en el drenaje que afectan a los materiales granulares.
❖ Diferencia de rigidez de los materiales (corte y terraplén)
❖ Inestabilidad de la banca
❖ Circulación de transito muy pesada.
Figura 11
Hundimiento y piel de cocodrilo.
Nota Fuente: Parche con hundimiento y piel de cocodrilo del pavimento flexible
ubicado en la carrera 17D [Fotografía] Paipa-Boyacá, por Autor.
8.1.5. Descascaramiento
Desprendimiento de la capa asfáltica superior, si afectar las capas asfálticas subyacentes.
Causas:
❖ Limpieza insuficiente previa a tratamientos superficiales
❖ Espesor insuficiente de la capa de rodadura asfáltica
❖ Mezcla asfáltica muy permeable.
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 50
Figura 12
Descascaramiento.
Nota Fuente: Adaptado de fisuras transversal, Manual para la inspección visual de
pavimentos flexibles por Universidad nacional de Colombia e Instituto nacional de
vías, (2006).
8.1.6. Baches
Desintegración total de la capa asfáltica que deja expuesto los materiales granulares lo
cual lleva el aumento del área afectada y al aumento de la profundidad debido a la acción
de tránsito. Dentro este tipo de deterioro se encuentras ojos de pescado que corresponde a
baches de forma redondeada y profundidad variable, con bordes bien definidos de una
deficiencia localizada en las capas estructurales (Grupo Tecnico - Convenio 587 de 2003,
2006).
Constituyen la manifestación ultima a la que se llega por evolución de otros daños como
consecuencia de la falta de mantenimiento oportuno. A media que progrese el deterioro del
pavimento, los baches aumentan la profundidad, número y extensión; este proceso se
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 51
acelera debido a la retención de aguas en las actividades abiertas y su infiltración a las
capas inferiores (Departamento de admisiones y evaluación de pavimentos, 2016).
Causas:
❖ Retención de aguas en zonas fisuradas.
❖ Falta de mantenimiento.
❖ Evolución de otros daños (agrietamientos, piel de cocodrilo, hundimientos)
❖ Retención e infiltración de aguas deprimidas.
❖ Deficiencia de espesores de capas estructurales.
❖ Zonas del pavimento o subrasantes es muy débil.
Figura 13
Baches (BCH)
Nota Fuente: Adaptado de fisuras transversal, Manual para la inspección visual de
pavimentos flexibles por Universidad nacional de Colombia e Instituto nacional de vías,
(2006).
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 52
8.1.7. Parches
Los parches corresponden a áreas donde el pavimento original fue removido y
reemplazado por un material similar o diferentes, ya sea para reparar la estructura (a nivel
de concreto asfaltico o hasta los granulares) o permitir la instalación o reparación de alguna
red de servicio (Grupo Tecnico - Convenio 587 de 2003, 2006).
Área donde el pavimento original ha sido removido y reemplazado parcial o totalmente
con materiales similares a los originales o eventualmente diferente, con el propósito de
reparar el pavimento existente. Se trata de trabajo de mantenimiento que implica
necesariamente una alteración en la continuidad de la superficie y/o estructura del
pavimento (Departamento de admisiones y evaluación de pavimentos, 2016).
Causas:
❖ Procesos constructivos deficientes
❖ Solución a un daño inicial que alcanza niveles de severidad.
❖ Corrección de reparación defectuosa.
Figura 14
Parches (PCH)
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MONOGRAFÍA COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DISEÑO Y PATOLOGIAS EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE. 53
Nota Fuente: Adaptado de fisuras transversal, Manual para la inspección visual de
pavimentos flexibles por Universidad nacional de Colombia e Instituto nacional de
vías, (2006).
8.1.8. Exudación
La exudación es una película de material bituminoso que se extiende sobre una
determinada área del pavimento, creando una superficie brillante, resbaladiza y reflectante
que generalmente llega a ser pegajosa (durante tiempo cálido). Debido a que el proceso de
exudación no es reversible durante el tiempo frío, el asfalto se acumulara en la superficie
(Pichilingue, 2012).
En algunos casos puede manifestarse acompañado de ahuellamientos.
Causas:
❖ Cantidades excesivas de asfalto.
❖ Asfaltos muy blandos.
❖ Excesiva dotación de asfalto en el riego de la liga.
❖ Sobre compactación de la mezcla o tratamiento asfalticos o dosificación para
condiciones de transito menores que las reales.
Figura 15
Exudación (EX)
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Nota Fuente: Adaptado de fisuras transversal, Manual para la inspección visual de
pavimentos flexibles por Universidad nacional de Colombia e Instituto nacional de
vías, (2006).
8.1.9. Afloramiento de Agua
Ascenso de agua capilar a la superficie del pavimento a través de los puntos más débiles
y fisuras de rodamiento. Se presenta una forma de mancha de agua alrededor de tales
puntos, por lo general después de una lluvia intensa con frecuencia suele ir acompañada de
otras manifestaciones. el agua forzada a través de grietas y poros por la presión que ejercen
las cargas dinámicas del tránsito, suele arrastrar material fino en suspensión que se deposita
en la superficie; pueden ocurrir también leves depresiones, o por el contrario levantamiento
en áreas circulares de aproximadamente 25 cm de diámetro (Departamento de admisiones
y evaluación de pavimentos, 2016).
Presencia de líquido en la superficie del pavimento en instantes en los cuales no está
lloviendo.
Destrucción progresiva del pavimento bajo la acción del agua. Desprendimiento de
agregados del revestimiento asfaltico y formación de baches (Departamento de admisiones
y evaluación de pavimentos, 2016).
Causas:
❖ Filtración de agua.
❖ Ausencia o inadecuado sistema de subdrenaje.
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❖ Agua atrapada en una capa relativamente porosa entre dos capas
impermeables.
❖ Desplazamiento del agua reposada en interior del pavimento.
❖ Desplazamiento del agua a través de áreas débil de capacidad.
Figura 16
Afloramiento de agua
a) b)
Nota Fuente: Afloramiento de agua, inspección visual Togüi - Moniquirá [Fotografía A y
B], por Wilson Enrique Amaya Tequia, (2017).
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9. Conclusiones y Recomendaciones
➢ Los métodos de diseño, cuentan con diferentes variables o parámetros que pueden
generar alguna variación en el dimensionamiento, que se necesitan para el diseño de
una estructura de pavimento flexible.
➢ El método de la AASHTO considera parámetros más rigurosos relacionando las
variables de serviacibilidad, confiabilidad, desviación estándar, drenaje, tránsito y
el método racional combina conceptos como la resistencia a la fatiga, relación de
poisson que se relaciona con el método de la SHELL.
➢ Las patologías más comunes que se pueden hallar en el pavimento flexible son
fisuras, hundimientos, ahuellamientos, baches, exudación, piel de cocodrilo,
parches.
➢ En el pavimento flexible se presentan fallas o patologías, de estas mismas se van
generando progresos del daño a corto o largo plazo, creando así una nueva patología.
➢ Se debe buscar el método de diseño que se amolde a la calidad de la información
que se tiene, con una buena caracterización de la subrasante, estimación tránsito,
correcta elección material y caracterización; para el éxito de una estructura de
pavimiento.
➢ El mantenimiento y estabilización de una vía, minimiza los deterioros generados por
el transito previniendo daños y costos de gran elevación al ser reparados; con el fin
de tener una mayor seguridad en los usuarios.
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10. Glosario
➢ AASHTO: Acrónimo de American Association of state highways and transit
officials (asociación americana de oficiales de carreteras estatales y trasportes)
(AASTHO-1993.).
➢ Asfalto: Originalmente fue conocido como bitumen. Es líquido, viscoso, color negro
o gris oscuro. Los compuestos básicos son los hidrocarburos y derivados. Además,
es un material super impermeable, adherente e ideal para construir pavimento
(Rocas y minerales, 2016).
➢ Base: Capa que se encuentra bajo la capa de rodadura de un pavimento asfaltico.
Debe poseer alta resistencia la deformación, para soportar las altas presiones que
recibe (INVIAS, 2007).
➢ Berma: Fajas comprendidas entre los bordes de la calzada y las cuentas. Sirven de
confinamiento lateral de la superficie de rodadura, controlan la humedad y las
posibles erosiones de la calzada (INVIAS, 2007).
➢ Bituminoso: componente orgánico llamado betún, cuta característica es la
impermeabilidad.
➢ Carga: Peso que lleva algo o alguien, o que es capaz de llevar. (Básico escolar, 2015)
➢ Carretera: Camino pavimentado para el tránsito de vehículos.
➢ CBR: Ensayo de relación de soporte de california; mide la resistencia al esfuerzo
cortante de un suelo para poder evaluar la calidad del terreno para subrasante y base
de pavimentos (Construmatica, s.f.).
➢ Concreto asfáltico: Es un material compuesto por agregados embebidos en una
matriz de cemento asfaltico que llena el espacio dejado por estos los une. El cemento
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asfaltico se mantiene flexible y provee integridad estructural cubriendo los
agregados y dándole a la mezcla propiedades cohesivas (Hugo, 2012).
➢ Deformación: Cambio que sufre un cuerpo o cosa tras haberle aplicado una serie de
fuerzas externas, como tensión o compresión, que producen la variación de su
tamaño o forma natural (Significados, 2019)
➢ Desplazamiento: Se entiende como el movimiento realizado por un cuerpo que se
desplaza, que se traslada, de un lugar a otro. (Raffino, 2020)
➢ Diseño: El momento del diseño implica una representación mental y posterior
plasmación de dicha idea en algún formato gráfico (visual) para exhibir cómo será
la obra que se planea realizar. (Copyright, 2008)
➢ Esfuerzo: La fuerza que se aplica contra algún impulso o resistencia (Significados ,
2018).
➢ Ejecución: Realización o la elaboración de algo, al desempeño de una acción o tarea,
o la puesta en funcionamiento de una cosa (Significados, 2019).
➢ Espesor: Se denomina espesor al grosor de un elemento: es decir, a qué tan grueso,
abultado o ancho. La idea de espesor también puede vincularse a la condensación o
la densidad de una sustancia. (Porto & Gardey, definicion.de, 2017)
➢ Estructura: Elementos que cumplen la función de resistir las cargas. Pera ello la
condición de estabilidad y equilibrio.
➢ Fatiga: Progresivo cambio estructural o rotura en un área localizada de un material
que está sometido a la acción de fuerza cíclicas repetidas por debajo de su resistencia
a la tracción.
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➢ Fenómeno: cosa extraordinaria y sorprendente. (Básico escolar, 2015)
➢ Infiltración: el termino infiltración se refiere a la acción de introducir o infiltrar una
sustancia líquida en el suelo. (Significados, 2018)
➢ IN-SITU: Ensayos geotécnicos, constituyen una serie de técnicas variadas e
independientes con un objeto común; caracterización física y mecánica de las capas
que componen el suelo a través de parámetros medidos en el propio medio natural.
➢ Material: relativo a los aspectos físicos o corporales. cualquiera de los componentes
necesarios para hacer o construir algo. (Básico escolar, 2015)
➢ Método: Es un modo, manera o forma de realizar de forma sistemática, organizada
y/o estructurada. Hace referencia a una técnica o conjunto de tareas para desarrollar
una tarea. (Significados, 2018)
➢ Obra: la palabra provine del latín “opera” que quiere decir trabajo; cosa hecha o
producida por un individuo o varios. Este término se le atribuye a la estructura de
una edificación o construcción que está en proceso de ajuste o arreglo.
(conceptodefinicion.de, 2015)
➢ Patología: Comportamiento del suelo debido a los esfuerzos no controlados puede
generar lesiones (Construmatica, s.f.).
➢ Pavimento flexible: Tipo de pavimento constituido por una capa de rodadura
bituminosa apoyada generalmente sobre capas de material no ligado (INVIAS,
2007).
➢ Procedimiento: Consiste en seguir ciertos pasos predefinidos para el desarrollar una
labor de manera eficaz (Porto & Gardey, Definiciones, 2008).
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➢ Variables: Representa a aquello que varía o que está sujeto a algún tipo de cambio
(Porto & Gardey, Definiciones, 2008).
➢ Subbase: Se encuentra entre la base y la subrasante en un pavimento asfaltico.
Debido a que está sometido a menores esfuerzos que la base.
➢ Subrasante: Superficie especialmente acondicionada sobre la cual se apoya la
estructura del pavimento (INVIAS, 2007).
➢ Superficie: contorno o límite de los cuerpos que limita el espacio que ocupan y los
separa del espacio circundante. Extensión de tierra. Aspecto exterior de algo.
(Básico escolar, 2015)
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