Una superficie de carretera ( inglés británico ) o pavimento ( inglés norteamericano ) es el material de superficie duradero que se coloca sobre un área destinada a soportar el tráfico vehicular o peatonal , como una carretera o una pasarela . En el pasado, se utilizaban ampliamente superficies de grava , macadán , hoggin , adoquines y adoquines de granito , pero estos han sido reemplazados principalmente por asfalto u hormigón colocado sobre una capa de base compactada . Las mezclas de asfalto se han utilizado en la construcción de pavimentos desde principios del siglo XX y son de dos tipos: carreteras asfaltadas (de superficie dura) y no asfaltadas. Las carreteras asfaltadas están hechas para soportar la carga de los vehículos y, por lo tanto, generalmente se hacen en carreteras de uso frecuente. Las carreteras no asfaltadas, también conocidas como caminos de grava o caminos de tierra, son rugosas y pueden soportar menos peso. Las superficies de las carreteras se marcan con frecuencia para guiar el tráfico .
En la actualidad, se están empezando a utilizar métodos de pavimentación permeable para carreteras y aceras de bajo impacto para evitar inundaciones. Los pavimentos son cruciales para países como Estados Unidos y Canadá , que dependen en gran medida del transporte por carretera. Por ello, se han puesto en marcha proyectos de investigación como el de Rendimiento de Pavimentos a Largo Plazo para optimizar el ciclo de vida de diferentes superficies de carreteras. [1] [2] [3] [4]
El pavimento , en la construcción, es un suelo exterior o una superficie que cubre. Los materiales de pavimentación incluyen asfalto , hormigón , piedras como losas , adoquines y adoquines , piedra artificial , ladrillos , baldosas y, a veces, madera. En la arquitectura paisajística , los pavimentos forman parte del paisaje duro y se utilizan en aceras , superficies de carreteras, patios , etc.
El término pavimento proviene del latín pavimentum , que significa un piso golpeado o apisonado, a través del antiguo francés pavimento . [5] El significado de un piso golpeado estaba obsoleto antes de que la palabra entrara al inglés. [6]
El pavimento, en forma de grava apisonada , data de antes de la aparición de los humanos anatómicamente modernos . Los romanos usaban comúnmente pavimentos colocados en patrones como mosaicos . [7]
La capacidad de carga y la vida útil de un pavimento se pueden aumentar drásticamente al disponer un buen drenaje mediante una zanja abierta o desagües cubiertos para reducir el contenido de humedad en la subbase y el subsuelo del pavimento .
El transporte sobre ruedas creó la necesidad de mejores carreteras. Por lo general, los materiales naturales no pueden ser lo suficientemente blandos para formar superficies bien niveladas y lo suficientemente fuertes para soportar vehículos con ruedas, especialmente cuando están mojados, y permanecer intactos. En las áreas urbanas comenzó a merecer la pena construir calles pavimentadas con piedra y, de hecho, las primeras calles pavimentadas parecen haber sido construidas en Ur en el 4000 a. C. Las carreteras de pana se construyeron en Glastonbury , Inglaterra, en el 3300 a. C., [8] y las carreteras pavimentadas con ladrillos se construyeron en la Civilización del Valle del Indo en el subcontinente indio aproximadamente en la misma época. Las mejoras en la metalurgia hicieron que en el 2000 a. C. las herramientas para cortar piedra estuvieran generalmente disponibles en Oriente Medio y Grecia, lo que permitió pavimentar las calles locales. [9] Cabe destacar que, alrededor del año 2000 a. C., los minoicos construyeron una carretera pavimentada de 50 km desde Cnosos , en el norte de Creta, a través de las montañas hasta Gortina y Lebena , un puerto en la costa sur de la isla, que tenía desagües laterales, un pavimento de 200 mm de espesor de bloques de arenisca unidos con mortero de arcilla y yeso , cubierto por una capa de losas basálticas y tenía arcenes separados . Esta carretera podría considerarse superior a cualquier calzada romana . [10] Las calzadas romanas variaban desde simples caminos de pana hasta caminos pavimentados que utilizaban lechos profundos de escombros apisonados como capa subyacente para garantizar que se mantuvieran secos, ya que el agua fluiría de entre las piedras y los fragmentos de escombros, en lugar de convertirse en barro en suelos arcillosos.
Aunque hubo intentos de redescubrir los métodos romanos, hubo pocas innovaciones útiles en la construcción de carreteras antes del siglo XVIII. El primer constructor de carreteras profesional que surgió durante la Revolución Industrial fue John Metcalf , quien construyó alrededor de 290 kilómetros (180 millas) de carreteras de peaje , principalmente en el norte de Inglaterra, a partir de 1765, cuando el Parlamento aprobó una ley que autorizaba la creación de fideicomisos de peaje para construir carreteras financiadas con peaje en el área de Knaresborough .
A Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet se le atribuye el establecimiento del primer método científico para la construcción de carreteras en Francia, al mismo tiempo que Metcalf. En 1775, escribió un memorando sobre su método, que se convirtió en una práctica general en Francia. Se trataba de una capa de rocas grandes, cubierta por una capa de grava más pequeña.
A finales del siglo XVIII y principios del XIX, dos ingenieros británicos, Thomas Telford y John Loudon McAdam , habían sido pioneros en la construcción de nuevas carreteras . El método de Telford para construir carreteras implicaba la excavación de una gran zanja en la que se colocaba una base de roca pesada. Diseñó sus carreteras de forma que tuvieran una pendiente descendente desde el centro, lo que permitía el drenaje, una mejora importante con respecto al trabajo de Trésaguet. La superficie de sus carreteras consistía en piedra rota. McAdam desarrolló un material de pavimentación económico de tierra y agregado de piedra (conocido como macadán ). Su método de construcción de carreteras era más simple que el de Telford, pero más eficaz para proteger las carreteras: descubrió que las bases masivas de roca sobre roca eran innecesarias y afirmó que el suelo nativo por sí solo soportaría la carretera y el tráfico sobre ella, siempre que estuviera cubierto por una costra de carretera que protegería el suelo debajo del agua y el desgaste. [11] El tamaño de las piedras era fundamental para la teoría de construcción de carreteras de McAdam. El espesor inferior de la carretera, de 200 milímetros (7,9 pulgadas), estaba restringido a piedras de no más de 75 milímetros (3,0 pulgadas).
El asfalto moderno fue patentado por el ingeniero civil británico Edgar Purnell Hooley , quien notó que el alquitrán derramado en la calzada mantenía el polvo bajo control y creaba una superficie lisa. [12] En 1901, obtuvo una patente para el asfalto. [13] La patente de Hooley de 1901 para el asfalto implicaba mezclar mecánicamente el alquitrán y el agregado antes de colocarlo y luego compactar la mezcla con una apisonadora . El alquitrán se modificaba agregando pequeñas cantidades de cemento Portland , resina y brea . [14]
El asfalto (específicamente, el hormigón asfáltico ), a veces llamado pavimento flexible ya que su viscosidad causa deformaciones minúsculas a medida que distribuye las cargas, ha sido ampliamente utilizado desde la década de 1920. La naturaleza viscosa del aglutinante de betún permite que el hormigón asfáltico sufra una deformación plástica significativa , aunque la fatiga por cargas repetidas a lo largo del tiempo es el mecanismo de falla más común. La mayoría de las superficies de asfalto se colocan sobre una base de grava, que generalmente es al menos tan gruesa como la capa de asfalto, aunque algunas superficies de asfalto de "profundidad completa" se colocan directamente sobre la subrasante nativa . En áreas con subrasantes muy blandas o expansivas como arcilla o turba , pueden requerirse bases de grava gruesas o estabilización de la subrasante con cemento Portland o cal . Los geosintéticos de polipropileno y poliéster también se utilizan para este propósito, [15] y en algunos países del norte se utiliza una capa de placas de poliestireno para retrasar y minimizar la penetración de las heladas en la subrasante. [16]
Dependiendo de la temperatura a la que se aplica, el asfalto se clasifica como mezcla caliente, mezcla tibia, mezcla semitibia o mezcla fría. El asfalto de mezcla caliente se aplica a temperaturas superiores a 150 °C (300 °F) con una regla flotante libre . El asfalto de mezcla tibia se aplica a temperaturas de 95-120 °C (200-250 °F), lo que resulta en un menor consumo de energía y emisiones de compuestos orgánicos volátiles . [17] El asfalto de mezcla fría se usa a menudo en caminos rurales de menor volumen, donde el asfalto de mezcla caliente se enfriaría demasiado en el largo viaje desde la planta de asfalto hasta el sitio de construcción. [18]
Una superficie de hormigón asfáltico se construirá generalmente para carreteras principales de alto volumen que tengan una carga de tráfico diaria anual promedio mayor a 1200 vehículos por día. [19] Las ventajas de las carreteras de asfalto incluyen un ruido relativamente bajo, un costo relativamente bajo en comparación con otros métodos de pavimentación y una facilidad percibida de reparación. Las desventajas incluyen una menor durabilidad que otros métodos de pavimentación, menor resistencia a la tracción que el hormigón, la tendencia a volverse resbaladiza y blanda en climas cálidos y una cierta cantidad de contaminación por hidrocarburos en el suelo y las aguas subterráneas o las vías fluviales .
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A mediados de los años 1960, se utilizó por primera vez asfalto engomado , mezclando caucho molido de neumáticos usados con asfalto. [20] Si bien es un uso potencial para neumáticos que de otro modo llenarían vertederos y presentarían un peligro de incendio, el asfalto engomado ha mostrado una mayor incidencia de desgaste en ciclos de congelación-descongelación en zonas templadas debido a la expansión y contracción no homogéneas con componentes que no son de caucho. La aplicación de asfalto engomado es más sensible a la temperatura y en muchos lugares solo se puede aplicar en ciertas épocas del año. [21] Los resultados del estudio de los beneficios acústicos a largo plazo del asfalto engomado no son concluyentes. La aplicación inicial de asfalto engomado puede proporcionar una reducción de 3 a 5 decibeles (dB) en las emisiones de ruido de origen de neumáticos-pavimento; sin embargo, esto se traduce en solo 1 a 3 dB en la reducción total del ruido del tráfico cuando se combina con los otros componentes del ruido del tráfico. En comparación con las medidas de atenuación pasiva tradicionales (por ejemplo, muros antirruido y bermas de tierra), el asfalto recubierto de caucho proporciona beneficios acústicos menores y de menor duración, a un costo generalmente mucho mayor. [ cita requerida ]
Las superficies de hormigón (en concreto, el hormigón de cemento Portland ) se crean utilizando una mezcla de hormigón de cemento Portland, áridos gruesos , arena y agua. En prácticamente todas las mezclas modernas también se añadirán diversos aditivos para aumentar la trabajabilidad, reducir la cantidad necesaria de agua, mitigar las reacciones químicas nocivas y para otros fines beneficiosos. En muchos casos, también se añadirán sustitutos del cemento Portland, como cenizas volantes . Esto puede reducir el coste del hormigón y mejorar sus propiedades físicas. El material se aplica en una lechada recién mezclada y se trabaja mecánicamente para compactar el interior y forzar parte de la lechada de cemento a la superficie para producir una superficie más lisa y densa libre de panalizaciones. El agua permite que la mezcla se combine molecularmente en una reacción química llamada hidratación .
Las superficies de hormigón se han clasificado en tres tipos comunes: hormigón simple con juntas (JPCP), hormigón reforzado con juntas (JRCP) y hormigón reforzado de forma continua (CRCP). El elemento que distingue a cada tipo es el sistema de juntas utilizado para controlar el desarrollo de grietas.
Una de las principales ventajas de los pavimentos de hormigón es que suelen ser más resistentes y duraderos que las carreteras de asfalto. La superficie puede ranurarse para proporcionar una superficie duradera y antideslizante. Las carreteras de hormigón son más económicas de conducir en términos de consumo de combustible, reflejan mejor la luz y duran significativamente más que otras superficies de pavimentación; pero tienen una participación de mercado mucho menor que otras soluciones de pavimentación. [22] Los métodos de pavimentación modernos y los métodos de diseño han cambiado la economía de la pavimentación de hormigón, de modo que un pavimento de hormigón bien diseñado y colocado será más económico en costo inicial y significativamente más barato a lo largo del ciclo de vida. [23] Otra ventaja importante es que se puede utilizar hormigón impermeable, lo que elimina la necesidad de colocar desagües pluviales junto a la carretera y reduce la necesidad de un camino de acceso ligeramente inclinado para drenar el agua de lluvia. Evitar la descarga de agua de lluvia mediante el uso de la escorrentía también significa que se necesita menos electricidad (de lo contrario, se necesitarían más bombas en el sistema de distribución de agua) y el agua de lluvia no se contamina porque ya no se mezcla con agua contaminada. Más bien, es absorbida inmediatamente por la tierra. [24] Una desventaja anterior era que tenían un costo inicial más alto y podían requerir más tiempo de construcción. Este costo puede compensarse típicamente con el largo ciclo de vida del pavimento y el mayor costo del betún. El pavimento de hormigón puede mantenerse a lo largo del tiempo utilizando una serie de métodos conocidos como restauración de pavimento de hormigón que incluyen pulido con diamante , modernización con barras de pasador , sellado de juntas y grietas, costura cruzada, etc. El pulido con diamante también es útil para reducir el ruido y restaurar la resistencia al deslizamiento en pavimentos de hormigón más antiguos. [25] [26]
La primera calle en los Estados Unidos en ser pavimentada con hormigón fue Court Avenue en Bellefontaine, Ohio en 1893. [27] [28] La primera milla de pavimento de hormigón en los Estados Unidos fue en Woodward Avenue en Detroit, Michigan en 1909. [29] Después de estos usos pioneros, la Lincoln Highway Association , establecida en octubre de 1913 para supervisar la creación de una de las primeras carreteras transcontinentales de este a oeste de los Estados Unidos para el automóvil, comenzó a establecer "millas de plántulas" de plataforma de carretera específicamente pavimentada con hormigón en varios lugares del Medio Oeste estadounidense , comenzando en 1914 al oeste de Malta, Illinois , mientras se usaba hormigón con la "sección ideal" de hormigón especificada para la Lincoln Highway en el condado de Lake, Indiana , durante 1922 y 1923. [30]
Las carreteras de hormigón pueden producir más ruido que el asfalto debido al ruido de los neumáticos al pasar por las grietas y las juntas de dilatación. Un pavimento de hormigón compuesto por varias losas de tamaño uniforme producirá un sonido y una vibración periódicos en cada vehículo a medida que sus neumáticos pasan por cada junta de dilatación. Estos sonidos y vibraciones monótonos y repetidos pueden causar un efecto fatigante o hipnótico en el conductor a lo largo de un largo viaje.
Los pavimentos compuestos combinan una subcapa de hormigón de cemento Portland con una capa de asfalto. Por lo general, se utilizan para rehabilitar carreteras existentes en lugar de en construcciones nuevas. A veces, las capas de asfalto se colocan sobre hormigón deteriorado para restaurar una superficie de desgaste lisa. [31] Una desventaja de este método es que el movimiento en las juntas entre las losas de hormigón subyacentes, ya sea por expansión y contracción térmica o por la deflexión de las losas de hormigón por las cargas de los ejes de los camiones , generalmente causa grietas reflectantes en el asfalto.
Para reducir el agrietamiento por reflexión, el pavimento de hormigón se rompe mediante un proceso de rotura y asiento, agrietamiento y asiento o rublización . Se pueden utilizar geosintéticos para el control del agrietamiento por reflexión. [32] Con los procesos de rotura y asiento y agrietamiento y asiento, se deja caer un peso pesado sobre el hormigón para inducir el agrietamiento, luego se utiliza un rodillo pesado para asentar las piezas resultantes en la subbase. La principal diferencia entre los dos procesos es el equipo utilizado para romper el pavimento de hormigón y el tamaño de las piezas resultantes. La teoría es que las pequeñas grietas frecuentes distribuirán la tensión térmica sobre un área más amplia que las juntas grandes poco frecuentes, lo que reduce la tensión en el pavimento de asfalto suprayacente. La "rubblización" es una fracturación más completa del hormigón viejo y desgastado, convirtiendo efectivamente el pavimento antiguo en una base agregada para una nueva carretera de asfalto. [33]
El proceso de whitetopping utiliza hormigón de cemento Portland para renovar la superficie de una carretera de asfalto en mal estado.
El pavimento deteriorado se puede reutilizar al rehabilitar una carretera. El pavimento existente se rompe y se puede moler en el lugar mediante un proceso llamado fresado . Este pavimento se conoce comúnmente como pavimento asfáltico recuperado (RAP). El RAP se puede transportar a una planta de asfalto, donde se almacenará para su uso en nuevas mezclas de pavimento, [34] o se puede reciclar en el lugar utilizando las técnicas que se describen a continuación.
El tratamiento superficial bituminoso (BST) o chipseal se utiliza principalmente en carreteras de poco tráfico, pero también como capa de sellado para rejuvenecer un pavimento de hormigón asfáltico. Generalmente consiste en agregados esparcidos sobre una emulsión asfáltica rociada o cemento asfáltico diluido. Luego, el agregado se incrusta en el asfalto rodándolo, generalmente con un rodillo con neumáticos de goma . Este tipo de superficie se describe con una amplia variedad de términos regionales, incluidos "sellado de chip", "alquitrán y chip", "aceite y piedra", "capa de sellado", "sellado rociado", [38] "revestimiento de superficie", [39] "micropavimento", [40] "sellado", [41] o simplemente como "betún".
La BST se utiliza en cientos de kilómetros de la autopista de Alaska y otras carreteras similares en Alaska , el territorio del Yukón y el norte de la Columbia Británica . La facilidad de aplicación de la BST es una de las razones de su popularidad, pero otra es su flexibilidad, que es importante cuando las carreteras se construyen sobre terreno inestable que se descongela y se ablanda en primavera.
Otros tipos de BST incluyen el micropavimento, los sellos de lechada y Novachip. Estos se colocan utilizando equipos especializados y patentados. Se utilizan con mayor frecuencia en áreas urbanas donde la rugosidad y la piedra suelta asociadas con los sellos de lechada se consideran indeseables.
Una superficie de membrana delgada (TMS) es un agregado tratado con aceite que se coloca sobre una base de grava , produciendo una carretera libre de polvo. [42] Una carretera TMS reduce los problemas de barro y proporciona carreteras sin piedras para los residentes locales donde el tráfico de camiones cargados es insignificante. La capa de TMS no agrega resistencia estructural significativa, por lo que se utiliza en carreteras secundarias con bajo volumen de tráfico y carga de peso mínima. La construcción implica una preparación mínima de la subrasante, seguida de un recubrimiento con un agregado de asfalto mezclado en frío de 50 a 100 milímetros (2 a 4 pulgadas). [19] La División de Operaciones del Ministerio de Carreteras e Infraestructura en Saskatchewan tiene la responsabilidad de mantener 6.102 kilómetros (3.792 millas) de carreteras de superficie de membrana delgada (TMS). [43]
El sello Otta es una superficie de carretera de bajo costo que utiliza un espesor de 16 a 30 milímetros ( 5 ⁄ 8 – 1+1 ⁄ 8 in) mezcla de betún y roca triturada. [44]
Se sabe que los soldados del Imperio Romano utilizaron mucho la grava en la construcción de caminos (ver camino romano ), pero en 1998 se encontró un camino con superficie de piedra caliza, que se cree que data de la Edad del Bronce , en Yarnton en Oxfordshire, Gran Bretaña. [45] La aplicación de grava, o " arena ", ha tenido dos usos distintos en la pavimentación de caminos. El término " arena de caminos " se refiere a la piedra rota o cenizas utilizadas en la construcción o reparación de caminos o ferrocarriles , [46] y se deriva del latín metallum , que significa tanto " mina " como " cantera ". [47] El término originalmente se refería al proceso de creación de un camino de grava. La ruta del camino primero se excavaría varios pies y, dependiendo de las condiciones locales, se podrían haber agregado o no drenajes franceses . Luego, se colocaban y compactaban piedras grandes, seguidas de capas sucesivas de piedras más pequeñas, hasta que la superficie del camino estaba compuesta de piedras pequeñas compactadas en una superficie dura y duradera. El término "metal para carreteras" se convirtió más tarde en el nombre de las gravilla mezcladas con alquitrán para formar el material de revestimiento de las carreteras, el asfalto . Una carretera construida con este tipo de material se denomina " carretera asfaltada " en Gran Bretaña, " carretera pavimentada " en Canadá y los EE. UU., o " carretera sellada " en algunas partes de Canadá, Australia y Nueva Zelanda. [48]
Se puede utilizar una superficie granular con un volumen de tráfico donde el tráfico diario promedio anual es de 1200 vehículos por día o menos. [ cita requerida ] Hay cierta resistencia estructural si la superficie de la carretera combina una subbase y una base y se cubre con un agregado de sellado de doble granulación con emulsión. [19] [49] Además de los 4929 kilómetros (3063 millas) de pavimentos granulares mantenidos en Saskatchewan, alrededor del 40% de las carreteras de Nueva Zelanda son estructuras de pavimento granular no ligado. [43] [50]
La decisión de pavimentar o no una carretera de grava depende a menudo del volumen de tráfico. Se ha comprobado que los costes de mantenimiento de las carreteras de grava suelen superar los costes de mantenimiento de las carreteras pavimentadas o con la superficie tratada cuando el volumen de tráfico supera los 200 vehículos al día. [51]
Algunas comunidades están descubriendo que tiene sentido convertir sus caminos pavimentados de bajo volumen en superficies de agregado. [52]
Los adoquines , generalmente en forma de bloques de hormigón prefabricados, se utilizan a menudo con fines estéticos o, a veces, en instalaciones portuarias que soportan cargas de pavimento de larga duración. Los adoquines rara vez se utilizan en áreas con tráfico de vehículos a alta velocidad.
Los pavimentos de ladrillo , adoquín , adoquín , tablones de madera y bloques de madera, como el pavimento Nicolson , alguna vez fueron comunes en las áreas urbanas de todo el mundo, pero pasaron de moda en la mayoría de los países debido al alto costo de la mano de obra requerida para colocarlos y mantenerlos, y generalmente solo se mantienen por razones históricas o estéticas. [ cita requerida ] En algunos países, sin embargo, todavía son comunes en las calles locales. En los Países Bajos , el pavimento de ladrillo ha regresado desde la adopción de un importante programa de seguridad vial a nivel nacional en 1997. Desde 1998 hasta 2007, más de 41.000 km de calles de la ciudad se convirtieron en carreteras de acceso local con un límite de velocidad de 30 km/h, con el propósito de calmar el tráfico . [ 53 ] Una medida popular es utilizar pavimento de ladrillo: el ruido y la vibración ralentizan a los automovilistas. Al mismo tiempo, no es raro que los carriles bici a lo largo de una carretera tengan una superficie más lisa que la propia carretera. [54] [55]
Aunque hoy en día rara vez se construyen, a veces se encuentran pavimentos de macadán y asfalto de estilo antiguo debajo de pavimentos modernos de hormigón asfáltico o de cemento Portland, porque el costo de su eliminación en el momento de la renovación no beneficiaría significativamente la durabilidad y longevidad de la superficie más nueva.
Existen formas de crear la apariencia de un pavimento de ladrillos sin el gasto de ladrillos reales. El primer método para crear una textura de ladrillo es calentar un pavimento de asfalto y usar alambres de metal para imprimir un patrón de ladrillos usando un compactador para crear asfalto estampado . Un método similar es usar herramientas de impresión de caucho para presionar sobre una capa fina de cemento para crear hormigón decorativo . Otro método es usar una plantilla de patrón de ladrillos y aplicar un material de revestimiento sobre la plantilla. Los materiales que se pueden aplicar para dar el color del ladrillo y la resistencia al deslizamiento pueden presentarse en muchas formas. Un ejemplo es usar una lechada de hormigón modificado con polímeros de color que se puede aplicar mediante enrasado o pulverización. [56] Otro material es el termoplástico reforzado con agregados que se puede aplicar con calor a la capa superior de la superficie del patrón de ladrillos. [57] Otros materiales de recubrimiento sobre asfalto estampado son pinturas y revestimiento epoxi de dos partes . [58]
Se sabe que las opciones de revestimiento de las carreteras afectan la intensidad y el espectro del sonido que emana de la interacción entre los neumáticos y la superficie. [59] Las primeras aplicaciones de los estudios de ruido se produjeron a principios de la década de 1970. Los fenómenos de ruido están muy influenciados por la velocidad del vehículo.
Los tipos de superficies de las carreteras contribuyen a efectos de ruido diferenciales de hasta 4 dB , siendo las carreteras con sello de gravilla y ranuradas las más ruidosas, y las superficies de hormigón sin espaciadores las más silenciosas. Las superficies asfálticas tienen un rendimiento intermedio en relación con el hormigón y el sello de gravilla . Se ha demostrado que el asfalto recubierto de caucho produce una reducción de 3 a 5 dB en las emisiones de ruido de los neumáticos y el pavimento, y una reducción marginalmente perceptible de 1 a 3 dB en las emisiones totales de ruido de la carretera en comparación con las aplicaciones de asfalto convencionales.
Como los sistemas de pavimento fallan principalmente debido a la fatiga (de manera similar a los metales ), el daño causado al pavimento aumenta con la cuarta potencia de la carga por eje de los vehículos que circulan sobre él. Según la prueba de carretera de AASHO , los camiones muy cargados pueden hacer más de 10.000 veces el daño causado por un automóvil de pasajeros normal. Las tasas de impuestos para los camiones son más altas que las de los automóviles en la mayoría de los países por esta razón, aunque no se recaudan en proporción al daño causado. [60] Se considera que los automóviles de pasajeros tienen poco efecto práctico en la vida útil de un pavimento, desde una perspectiva de fatiga de materiales.
Otros modos de falla incluyen el envejecimiento y la abrasión de la superficie. A medida que pasan los años, el ligante en una capa de rodadura bituminosa se vuelve más rígido y menos flexible. Cuando se vuelve lo suficientemente "viejo", la superficie comenzará a perder agregados y la profundidad de la macrotextura aumentará drásticamente. Si no se realiza ninguna acción de mantenimiento rápidamente en la capa de rodadura, se formarán baches . El ciclo de congelación y descongelación en climas fríos acelerará drásticamente el deterioro del pavimento, una vez que el agua pueda penetrar la superficie. Las nanopartículas de arcilla y sílice pirogénica podrían usarse potencialmente como recubrimientos antienvejecimiento UV eficientes en pavimentos de asfalto.
Si la carretera todavía está estructuralmente en buenas condiciones, un tratamiento de superficie bituminoso, como un sellador de virutas o un revestimiento de superficie, puede prolongar la vida útil de la carretera a bajo costo. En áreas con clima frío, se pueden permitir neumáticos con clavos en los automóviles de pasajeros. En Suecia y Finlandia, los neumáticos con clavos de los automóviles de pasajeros son responsables de una gran proporción de la formación de surcos en el pavimento . [61]
Las propiedades físicas de un tramo de pavimento se pueden comprobar utilizando un deflectómetro de peso descendente .
Se han desarrollado varios métodos de diseño para determinar el espesor y la composición de las superficies de las carreteras necesarias para soportar las cargas de tráfico previstas durante un período de tiempo determinado. Los métodos de diseño de pavimentos están en constante evolución. Entre ellos se encuentran el método de diseño de pavimentos en capas y la "Guía para el diseño de estructuras de pavimentos" de la Asociación Estadounidense de Funcionarios de Carreteras y Transporte Estatales (AASHTO) de 1993/98. Se desarrolló una guía de diseño mecanicista-empírica mediante el proceso NCHRP, que dio lugar a la Guía de diseño mecanicista-empírica de pavimentos (MEPDG), que fue adoptada por la AASHTO en 2008, aunque la aplicación de la MEPDG por parte de los departamentos de transporte estatales ha sido lenta. [62]
Investigaciones posteriores realizadas por el University College de Londres sobre pavimentos han dado lugar al desarrollo de un pavimento artificial de interior de 80 metros cuadrados en un centro de investigación denominado Laboratorio de Accesibilidad y Entorno de Movimiento de Peatones (PAMELA). Se utiliza para simular situaciones cotidianas, desde diferentes usuarios del pavimento hasta distintas condiciones del mismo. [63] También existe una instalación de investigación cerca de la Universidad de Auburn , la NCAT Pavement Test Track , que se utiliza para probar la durabilidad de los pavimentos asfálticos experimentales.
Además de los costos de reparación, el estado de la superficie de la carretera tiene efectos económicos para los usuarios de la vía. La resistencia a la rodadura aumenta en pavimentos irregulares, al igual que el desgaste de los componentes del vehículo. Se ha estimado que las superficies de carretera en mal estado cuestan al conductor estadounidense promedio 324 dólares por año en reparaciones de vehículos, o un total de 67 mil millones de dólares. Además, se ha estimado que pequeñas mejoras en las condiciones de la superficie de la carretera pueden reducir el consumo de combustible entre un 1,8 y un 4,7 %. [64]
Las marcas viales se utilizan en las carreteras pavimentadas para orientar e informar a los conductores y peatones. Pueden adoptar la forma de marcadores mecánicos, como ojos de gato , puntos de Bott y bandas sonoras , o marcadores no mecánicos, como pinturas, termoplásticos , plásticos y epoxi .
La LHA también patrocinó caminos de hormigón de ejemplo cortos "Seedling Mile" en muchos lugares (el primero, construido en el otoño de 1914, estaba justo al oeste de Malta, Illinois). Las "Seedling Miles", según la guía de 1924 de la LHA, tenían como objetivo "demostrar la conveniencia de este tipo permanente de construcción de carreteras" y "cristalizar el sentimiento público" a favor de "construcciones futuras del mismo carácter". En general, la LHA trabajó con la Portland Cement Association para organizar donaciones de cemento para el kilometraje de siembra... El "semillero" más famoso y una de las partes de la Lincoln Highway de las que más se habló fue la "sección ideal" de 1,3 millas entre Dyer y Schererville en el condado de Lake, Indiana. En 1920, la LHA decidió desarrollar una sección modelo de carretera que fuera adecuada no solo para el tráfico actual, sino también para el transporte por carretera durante las siguientes dos décadas. La LHA reunió a 17 de los principales expertos en carreteras del país en reuniones en diciembre de 1920 y febrero de 1921 para decidir los detalles de diseño de la Sección Ideal. Acordaron características como: un derecho de paso de 110 pies; un pavimento de hormigón de 40 pies de ancho y 10 pulgadas de espesor (las cargas máximas de 8000 libras por rueda fueron la base para el diseño del pavimento); un radio mínimo para las curvas de 1000 pies, con barandilla en todos los terraplenes; curvas peraltadas (es decir, peraltadas) para una velocidad de 35 millas por hora; sin pasos a nivel ni señales publicitarias; y un sendero para peatones.
... la ciclovía es de asfalto (...) y el carril para automóviles es de ladrillo...
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