La tozudez del empleo de la guía de diseño de pavimentos AASHTO 93

Uno de los temas en que más resistencia al cambio he encontrado por parte de muchos ingenieros viales, es el uso de la guía de diseño de pavimentos AASHTO 93. Personalmente, encuentro una gran contradicción entre la formación fundamental de un ingeniero, basada de los principios de la mecánica con gran fundamento en la matemática y en la física, para que al llegar al ejercicio profesional, se prefieran seguir métodos empíricos, basados en nomogramas que resultan poco (o nada!) precisos para realizar el diseño de un pavimento.

Tanto los famosos nomogramas como la ecuación que les da origen corresponden básicamente a una regresión lineal múltiple, calibrada con base en los resultados de la pista a escala real acelerada de las AASHO de 1958. Es por esto, que la guía es empírica, puesto que el diseñador no realiza en su análisis ninguna consideración fundamental que determine las respuestas del pavimento (esfuerzos, deformaciones y deflexiones), simplemente se introducen algunas características y por el otro lado, sale el número estructural - que no indica nada tampoco!- y luego, se despejan los espesores de una ecuación que incluye los coeficientes estructurales y drenaje. Así las cosas, el diseñador no empleó ningún conocimiento de la mecánica y probablemente, usó valores de propiedades de capas tomados de bibliografía y no medidos en laboratorio o en campo. Esto, se contrapone a la idea actual de diseño de pavimentos que consiste en predecir el desempeño del pavimento y no simplemente a determinar los espesores de sus capas componentes. Este es el principal cambio de paradigma del diseño moderno de pavimentos respecto de la guía AASHTO 93, que busca, predecir la vida útil del pavimento respecto de parámetros como fatiga, deformación permanente de cada capa, regularidad superficial, descalce de losas, eficiencia de transferencia de carga, entre otros.

Aquí también, como hemos mencionado en decenas de conferencias, estriba la principal limitación de la guía, cuya calibración corresponde a las propiedades de los materiales de los pavimentos de la pista, al tránsito usado en ese experimento, al clima de Ottawa en Illinois y a las condiciones de dos tipos de sub-rasante. El diseñador de pavimentos debe tener información clara de su proyecto, en cuanto al tipo de carga, suelo de subrasante, propiedades de los materiales medidas por equipos de carga dinámica y con clara estimación de sus propiedades resilientes,  visco-elástica o no lineales. Igualmente, hay que hacer un análisis detallado del clima de la zona del proyecto y dejar de lado aquella gruesa aproximación, de diseñar asumiendo una temperatura de 21 C y no las temperaturas típicas, analizadas de una manera estadísticamente representativa. Pareciera que la guía se quiso hacer tan práctica, que impidió que generaciones de ingenieros viales valoraran la importancia de la mecánica fundamental, la evaluación de materiales mediante ensayos dinámicos, y la calbración del método de diseño a las condiciones locales.

El tipo de análisis que se propone hoy día, es el mecanístico- empírico (ME), que incluye un serio análsis desde el punto de vista de la mecánica de ingeniería, y una calibración de los modelos de deterioro (fatiga, deformación permanente, IRI, etc) mediante funciones de transferencia. Una función de transferencia es una ecuación que convierte las respuestas del pavimento en un deterioro. Ejemplos de guías de este tipo hay muchos, y con gran éxito, tales como la guía sudraficana, el AASHTO-MEPDG o AASHTO WARE,  o la de California, el CAL-ME. En Costa Rica, ya existe una guía de diseño empírico-mecanicista, con software, y calibrada incialmente a través de las pistas de ensayo a escala natural del LanammeUCR.

El diseño ME, insito, busca predecir el desempeño del pavimento de la forma mas precisa, con una baja incertidumbre y alta confiabilidad estadística.

La guía de AASHTO 93, al no incluir ningún criterio de verificación por desempeño, deja a la libre la estimación de la vida útil del pavimento, y no afina el cálculo de la estructura. Muchas veces he estado en reuniones en donde un diseñador repite de memoria los módulos de rigidez, por ejemplo, de una mezcla asfáltica, sin haber hecho nunca un ensayo de módulo dinámico, para saber con exactitud con qué propiedad diseñar. Esto eso, que no puede hacer una diferenciación efectiva entre distintos tipos de mezcla asfáltica, sean mas finas o gruesas o incluyan algún agente modificador como un polímero, cal y otros.

Igualmente, a la guía AASHTO 93 se le dificulta, sino es que es imposible, la inclusión de efectos climáticos sobre las propiedades de la sub-rasante y los materiales granulares. Tampoco incluye ningún concepto de daño incremental ni de daño incremental-recursivo, necesarios para entender como el pavimento va perdiendo sus propiedades con el tiempo. La siguiente figura ilustra el algoritmo inicial de la guía ME de Costa Rica.

Finalmente, como ingeniero vial, estimo que no hay motivo por el cual seguirse aferrando a una tecnología anticuada, que no dice nada del desempeño futuro de un pavimento y en donde no están claros los principios de la mecánica de materiales.