Las calzadas romanas se deterioraron en la Europa medieval debido a la falta de recursos y conocimientos para mantenerlas, pero muchas continuaron utilizándose. Las alineaciones aún se utilizan parcialmente en la actualidad, como por ejemplo, en partes de la Ruta A1 de Inglaterra. Antes del siglo , no existían redes organizadas de calles dentro de las ciudades, y solo senderos de paso. Con la invención del arnés "Arnés (guarnición)") y de los carros con ejes delanteros pivotantes, que permitían realizar curvas cerradas, se fueron fijando las redes de calles en las ciudades.[15]​.

En el islam medieval se construyeron numerosas carreteras en el Imperio árabe. Las más sofisticadas fueron las de Bagdad, en Irak, pavimentadas con brea en el siglo . El alquitrán se obtenía del petróleo procedente de las surgencias existentes en la región, mediante su destilación.[16]​.

A medida que los estados de Europa se desarrollaban y enriquecían, especialmente durante el Renacimiento, comenzaron a construirse nuevas carreteras y puentes, a menudo basados en los diseños romanos. Aunque se produjeron intentos de redescubrir los métodos romanos, hubo poca innovación útil en la construcción de carreteras antes del siglo .

En el siglo , el transporte por carretera en el Imperio asante (en el África Occidental) se mantenía a través de una red de caminos bien mantenida que conectaba la capital del imperio con los territorios bajo su jurisdicción e influencia.[17]​[18]​ Tras la importante construcción de carreteras realizada en el Reino de Dahomey, se estableció un sistema de peaje, con la función de recaudar impuestos anuales basados en las mercancías transportadas por el Camino Real,[19]​ que fue construido a finales del siglo por el rey Kpengla, extendiéndose desde Abomey hasta Ouidah pasando por Cana.[20]​.

Entre 1725 y 1737, el general George Wade construyó una carretera de 250 millas (402,3 km) que contaba con 40 puentes, para mejorar el control de Gran Bretaña sobre las Tierras Altas de Escocia, utilizando diseños de calzadas romanas con grandes piedras en la base y grava en la parte superior, con una profundidad total de dos metros. La calzada estaba tan mal alineada y era tan empinada, según Thomas Telford, «que era inadecuada para la vida civil», además de ser irregular y con mal drenaje.[21]​.

Caminos de peaje

En Inglaterra, La responsabilidad del estado de las carreteras recaía en cada parroquia local desde la época Tudor. En 1656, la parroquia de Radwell (Hertfordshire) solicitó ayuda al Parlamento para el mantenimiento de su tramo del Gran Camino del Norte.[22]​ El Parlamento aprobó una ley que otorgaba a los jueces locales la facultad de erigir peajes en un tramo de la Gran Carretera del Norte, entre Wadesmill (Hertfordshire); Caxton (Cambridgeshire) "Caxton (Cambridgeshire)"); y Stilton "Stilton (Cambridgeshire)") (Huntingdonshire), por un período de once años. Los ingresos así recaudados se destinarían al mantenimiento de la Gran Carretera del Norte en sus jurisdicciones.[22]​[23]​ El peaje erigido en Wadesmill se convirtió en el primer peaje efectivo de Inglaterra.

El primer sistema con fideicomisarios que no eran jueces se estableció mediante una ley de peajes en 1707, para un tramo de la carretera Londres-Chester entre Fornhill y Stony Stratford. El principio básico era que los fideicomisarios gestionarían los recursos de las diversas parroquias por las que pasaba la carretera, los complementarían con los peajes de los usuarios de fuera de las parroquias y destinarían la totalidad al mantenimiento de la carretera principal. Esto se convirtió en el modelo para la construcción de peajes en un número creciente de carreteras, solicitado por quienes deseaban mejorar el flujo comercial a través de su parte del condado.[22]​.

A principios del siglo , tramos de las principales carreteras radiales que conducían a Londres se pusieron bajo el control de fideicomisos de carreteras de peaje individuales. El ritmo de creación de nuevos tramos de peaje se aceleró en la década de 1750, con la creación de fideicomisos para mantener las rutas transversales entre las Grandes Carreteras que irradiaban desde Londres. Las carreteras que conducían a algunas ciudades de provincia, especialmente en el oeste de Inglaterra, se pusieron bajo fideicomisos individuales, y las carreteras clave en Gales se convirtieron en vías de peaje. En Gales del Sur, las carreteras de condados enteros se pusieron bajo fideicomisos individuales en la década de 1760. Un nuevo auge en la formación de fideicomisos tuvo lugar en la década de 1770, con la implantación de peajes para las carreteras de conexión subsidiarias, rutas sobre nuevos puentes, nuevas rutas en las zonas industriales en crecimiento y carreteras en Escocia. Para 1750 se habían establecido unos 150 fideicomisos; para 1772, se habían establecido otros 400, y en 1800, ya había más de 700.[24]​ En 1825, unas 1000 organizaciones controlaban 18 000 millas (28 968,1 km) de carreteras en Inglaterra y Gales.[25]​.

Las leyes de estos nuevos fideicomisos y las leyes de renovación de los anteriores incorporaron una lista creciente de poderes y responsabilidades. A partir de la década de 1750, las leyes exigieron a los fideicomisos la construcción de los hitos que indicaban el recorrido y la distancia en millas entre las principales poblaciones en la carretera. Los usuarios estaban obligados a seguir las normas de circulación, como circular por la izquierda, y a no dañar la superficie de la carretera. Los fideicomisos podían cobrar peajes adicionales durante el verano para pagar el riego de la carretera necesario para reducir el polvo levantado por los vehículos. El Parlamento también aprobó algunas leyes generales sobre carreteras de peaje que abordaban la administración de los fideicomisos y las restricciones sobre el ancho de las ruedas, ya que las ruedas estrechas causaban daños considerables a la carretera.

La calidad de las primeras carreteras de peaje variaba.[26]​ Si bien su construcción supuso una cierta mejora en cada carretera, las tecnologías utilizadas para abordar las características geológicas, el drenaje y los efectos del clima estaban en sus primeras etapas. La construcción de carreteras mejoró lentamente, inicialmente gracias a los esfuerzos individuales de algunos ingenieros como John Metcalf&action=edit&redlink=1 "John Metcalf (ingeniero) (aún no redactado)") en Yorkshire en la década de 1760. Los constructores de carreteras de peaje británicas[27]​ comenzaron a comprender la importancia de seleccionar piedras limpias para la pavimentación y excluir el material vegetal y la arcilla para lograr carreteras más duraderas.[21]​[28]​.

Las carreteras construidas en Estados Unidos solían ser realizadas por empresas privadas bajo una franquicia gubernamental. Solían ser paralelas o reemplazaban a rutas existentes con cierto volumen de comercio, con la esperanza de que la carretera mejorada desviara suficiente tráfico para que la inversión realizada fuera rentable. Los caminos pavimentados con tablones eran particularmente atractivps, ya que reducían considerablemente la resistencia a la rodadura y mitigaban el problema del encharcamiento. Una mejor nivelación para suavizar la pendiente de los tramos más difíciles permitía que los animales de tiro transportaran cargas más pesadas.

Metcalf

El primer constructor profesional de carreteras que surgió durante la Revolución Industrial fue John Metcalf&action=edit&redlink=1 "John Metcalf (ingeniero) (aún no redactado)"), quien construyó aproximadamente 180 millas (289,7 km) 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 la zona de Knaresborough. Metcalf obtuvo un contrato para construir un tramo de carretera de tres millas (5 km) entre Minskip y Ferrensby, como parte de una nueva carretera que conectaría Harrogate y Boroughbridge. Exploró solo la zona rural y calculó la ruta más práctica.

Creía que una buena carretera debía tener buenos cimientos, buen drenaje y una superficie lisa convexa para permitir que el agua de lluvia se escurriera rápidamente hacia las zanjas laterales. Comprendió la importancia de un buen drenaje, sabiendo que las precipitaciones eran la causa de la mayoría de los problemas en las carreteras. Encontró la manera de construir una carretera a través de una ciénaga utilizando fajinas, haces atados de ramas de calluna (un tipo de brezo) y de tojo como cimientos. Esto consolidó su reputación como constructor de carreteras, ya que otros ingenieros creían que era imposible. Dominó su oficio con su propio método de cálculo de costos y materiales, que otros ingenieros no comprendían.

Trésaguet

Se atribuye ampliamente a Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet") el establecimiento del primer método científico para la construcción de carreteras en Francia. En 1775, redactó un memorando sobre su método, que se convirtió en práctica general en su país. Consistía en una capa de rocas grandes cubierta por una capa de grava más pequeña. La capa inferior mejoraba la práctica romana, ya que se basaba en la idea de que el propósito de esta capa (la subbase) es transferir el peso de la carretera y del tráfico al suelo, a la vez que lo protege de la deformación distribuyendo el peso uniformemente. Por lo tanto, la subbase no tenía por qué ser una estructura autoportante. La superficie de rodadura superior proporcionaba una superficie lisa para los vehículos, a la vez que protegía las grandes piedras de la subbase.

Trésaguet comprendía la importancia del drenaje mediante la construcción de cunetas laterales profundas, pero también insistió en que sus carreteras fuesen accesibles desde los laterales, lo que impedía disponer las mencionadas cunetas. Las superficies y los desagües bien mantenidos protegen la integridad de la subbase, y Trésaguet introdujo un sistema de mantenimiento continuo, mediante el cual se asignaba a cada peón caminero un tramo de carretera para que lo mantuviera en óptimas condiciones.[29]​.

Telford

El topógrafo e ingeniero Thomas Telford realizó avances sustanciales en la ingeniería de nuevas carreteras y la construcción de puentes. Su método de construcción consistía en excavar una gran zanja, sobre la que se asentaba una cimentación de roca maciza. Diseñó sus carreteras con una pendiente descendente desde el centro (pendiente de corona o abombamiento), lo que permitía el drenaje de las capas del firme, una mejora importante con respecto al trabajo de Trésaguet. La superficie consistía en piedra machacada. Mejoró los métodos de construcción de carreteras al optimizar la selección de la piedra según su grosor, teniendo en cuenta el tráfico, la alineación y las pendientes. Durante sus últimos años, Telford fue responsable de la reconstrucción de tramos de la carretera de Londres a Holyhead, tarea que completó su asistente durante diez años, John MacNeill").

Su trabajo de ingeniería en la década de 1820 en la carretera de Holyhead (precedente de la autopista A5), redujo el tiempo de viaje de las diligencias "Diligencia (carruaje)") de 45 horas a solo 27 horas, y las mejores velocidades de los carros del correo aumentaron de 5-6 mph (8-10 km/h) a 9-10 mph (14-16 km/h). Entre Londres y Shrewsbury, la mayor parte de su trabajo en la carretera consistió en mejoras. Más allá de Shrewsbury, y especialmente después de Llangollen, el trabajo a menudo implicó construir una carretera de peaje desde cero. Las características notables de esta sección de la ruta incluyen el puente de Waterloo a través del río Conwy en Betws-y-Coed, el ascenso desde allí a Capel Curig, y luego el descenso desde el Nant Ffrancon Pass hacia Bangor "Bangor (Gales)"). Entre Capel Curig y Bethesda "Bethesda (Gwynedd)"), en Ogwen Valley, Telford se desvió de la calzada original, construida por los romanos durante su ocupación de esta zona.[30]​.

McAdam

Sería otro ingeniero escocés, John Loudon McAdam, quien diseñó las primeras carreteras modernas. Desarrolló un material de pavimentación económico a base de un agregado de piedra machacada y de tierra (conocido como macadán). Su método de construcción de carreteras era más sencillo que el de Telford, y también más eficaz para proteger las vías: descubrió que las cimentaciones masivas de capas de roca sucesivas eran innecesarias, y afirmó que el suelo natural por sí solo soportaría la carretera y el tráfico, siempre que estuviera cubierto por una costra que protegiera el suelo subyacente del agua y del desgaste.[31]​.

A diferencia de Telford y de otros constructores de carreteras, McAdam trazó sus carreteras lo más niveladas que pudo. Su carretera 30 pies (9,1 m) de ancho solo requería una elevación de 3 pulgadas (7,6 cm) desde los bordes hasta el centro. El peralte y la elevación de la carretera por encima del nivel freático permitían que el agua de lluvia escurriera hacia las cunetas situadas a ambos lados.[33]​.

El tamaño de las piedras fue fundamental en la teoría de construcción de carreteras de McAdam. En el espesor inferior de la carretera de 200 milímetros (7,9 plg), se limitaba el tamaño de las piedras a menos de 75 milímetros (3 plg). La capa superior de piedras de 50 milímetros (2 plg) de espesor se limitaba a un tamaño de 20 milímetros (0,8 plg), y las piedras eran revisadas por supervisores con básculas. Un trabajador podía comprobar de forma expedita el tamaño mínimo admisible de la piedra por sí mismo, viendo si le cabía en la boca. La importancia del tamaño de 20 mm de la capa de rodadura residía en que estas piedras debían ser mucho más pequeñas que los 100 mm de ancho de las ruedas de hierro de los carruajes que circulaban por la carretera.

McAdam creía que el "método adecuado" para romper piedras, para mayor utilidad y rapidez, consistía en que las personas se sentaran y usaran pequeños martillos, rompiendo las piedras de modo que ninguna pesara más de seis onzas. Escribió que la calidad del camino dependería del cuidado con el que se extendieran las piedras sobre la superficie en un espacio considerable, palada a palada.[34]​.

También indicó que no se debía incorporar ninguna sustancia que absorbiera agua, ya que podría afectar al camino en caso de helada, ni se debía colocar nada sobre la piedra limpia para consolidarla. La acción del tráfico vial hacía que la piedra rota se combinara con sus propios ángulos, formando una superficie nivelada y sólida que resistiría el clima y el tráfico.[35]​ Gracias a su experiencia en la construcción de carreteras, McAdam había aprendido que una capa de piedras angulares rotas actuaría como una masa sólida y no requeriría la gran capa de piedra que se usaba anteriormente para construir carreteras. Al mantener en la superficie piedras más pequeñas que el ancho de la rueda, se podía crear una buena superficie de rodadura para el tráfico. Las pequeñas piedras superficiales también proporcionaban poca tensión a la carretera, siempre que se mantuvieran razonablemente secas.[36]​ En la práctica, sus carreteras resultaron ser el doble de resistentes que las de Telford.[37]​.

El Good Roads Movement fue un movimiento que se desarrolló en los Estados Unidos entre finales de la década de 1870 y la de 1920. Los defensores de la mejora de las carreteras, liderados por los ciclistas asociados a la Liga Americana, transformaron la agitación local en un movimiento político nacional. Fuera de las ciudades, las carreteras eran de tierra o de grava, con barro en invierno y polvo en verano. Los primeros organizadores tomaron como ejemplo el caso de Europa, donde la construcción y el mantenimiento de carreteras contaban con el apoyo de numerosos gobiernos nacionales y locales. En sus inicios, el objetivo principal del movimiento era promover la construcción de carreteras en las zonas agrícolas situadas entre las ciudades, y ayudar a las poblaciones rurales a obtener los beneficios sociales y económicos que se disfrutaban en las ciudades, donde los residentes se beneficiaban de ferrocarriles, tranvías y calles pavimentadas. Incluso más que los vehículos tradicionales, las bicicletas, recién inventadas, podían beneficiarse de las buenas carreteras rurales.

Más adelante, se vio que las carreteras de macadán no resistían el paso de vehículos cada vez más rápidos y pesados. Los métodos para estabilizar carreteras con brea se remontan al menos a 1834, cuando John Henry Cassell, al frente de la compañía "Cassell's Patent Lava Stone Works" del barrio londinenese de Millwall, patentó el "Pitch Macadam".[39]​ Este método consistía en extender alquitrán sobre una subbase granular, colocar encima una capa típica de macadán y, finalmente, sellarlo con una mezcla de alquitrán y arena. El macadán con lechada de alquitrán se utilizaba mucho antes de 1900 e implicaba escarificar la superficie de un pavimento de macadán existente, extender el alquitrán y volver a compactarlo. Aunque el uso del alquitrán en la construcción de carreteras ya se conocía en el siglo , se utilizaba poco y no se introdujo a gran escala hasta la llegada del automóvil a principios del siglo .

El tarmacadam o macadán asfáltico moderno fue patentado por el ingeniero civil británico Edgar Purnell Hooley"), quien observó que el alquitrán vertido sobre una calzada de macadán retenía el polvo y creaba una superficie lisa.[40]​ En 1901, obtuvo una patente para el procedimiento de asfaltado.[41]​ La patente de Hooley de 1901 implicaba la mezcla mecánica de alquitrán y áridos antes de su colocación y la posterior compactación de la mezcla con una apisonadora de vapor. El alquitrán se modificaba añadiendo pequeñas cantidades de cemento Portland, resina y/o brea.[42]​.

Autopistas de acceso controlado

La primera versión de las autopista modernas se desarrolló durante la primera mitad del siglo . La Long Island Motor Parkway en Long Island, Nueva York "Nueva York (estado)"), inaugurada en 1908 como una iniciativa privada, fue la primera carretera de acceso limitado del mundo. Incluía numerosas características modernas, como curvas peraltadas, barreras de seguridad y firme de hormigón asfáltico.[45]​ El tráfico podía girar a la izquierda entre la calzada principal y los ramales de salida, cruzando el tráfico que circulaba en sentido contrario, por lo que no era una autopista de acceso controlado (o una "autopista" propiamente dicha, como la definió posteriormente el "Manual sobre Dispositivos Uniformes de Control de Tráfico" del gobierno federal de los Estados Unidos).

Las autopistas modernas de acceso controlado surgieron a principios de la década de 1920 como respuesta al rápido aumento del uso de los automóviles, la creciente demanda de un transporte más rápido entre ciudades y las mejoras en los procesos, técnicas y materiales de pavimentación. Estas carreteras originales de alta velocidad, conocidas como autovías, se han modernizado y siguen en uso.

Italia fue el primer país del mundo en construir autovías de acceso controlado reservadas para el tráfico rápido, y solo para vehículos motorizados.[43]​[44]​ La Autostrada A8 ("Autostrada de los Lagos"), la primera autovía construida en el mundo, conectaba Milán con el lago de Como y el lago Mayor, y posteriormente quedó integrada en las autopistas A8 y A9. Fue ideada por Piero Puricelli y se inauguró en 1924.[44]​ Esta carretera, denominada originalmente autostrada"), contenía solo un carril en cada sentido y carecía de enlaces. La Bronx River Parkway fue la primera carretera en América del Norte en utilizar una franja en la mediana para separar los carriles opuestos. Se construyó a través de un parque, y las calles que la cruzaban lo hacían mediante puentes.[46]​[47]​ La Southern State Parkway se inauguró en 1927, mientras que la Long Island Motor Parkway se cerró en 1937 y fue reemplazada por la Northern State Parkway (inaugurada en 1931) y por la Grand Central Parkway contigua (inaugurada en 1936). En Alemania, la construcción de la Bonn-Cologne Autobahn comenzó en 1929 y fue inaugurada en 1932 por Konrad Adenauer, entonces alcalde de Colonia "Colonia (Alemania)").[48]​.

En Canadá, la primera autopista precursora con acceso semicontrolado fue The Middle Road entre Hamilton "Hamilton (Ontario)") y Toronto, que contaba con una mediana divisoria entre los flujos de tráfico opuestos, así como con el primer enlace con forma de trébol del país. Esta autopista se convirtió en la Queen Elizabeth Way, que contaba con un enlace en forma de trébol y otro en forma de trompeta cuando se inauguró en 1937 y, hasta la Segunda Guerra Mundial, disponía del tramo de carretera iluminado más largo construido hasta entonces.[49]​ Una década después, se inauguró el primer tramo de la Highway 401 de Ontario, basada en diseños anteriores. Desde entonces, se ha convertido en la autopista más transitada de Norteamérica.

El término autopista ("freeway" en inglés) fue utilizado por primera vez en febrero de 1930 por Edward M. Bassett"),[50]​[51]​[52]​ quien argumentó que las carreteras deberían clasificarse en tres tipos básicos: autopistas, avenidas y carreteras.[52]​ En el sistema de Bassett, basado en la zonificación y en el derecho de propiedad, los dueños de las propiedades colindantes tenían el derecho a seguir recibiendo la luz del sol, al dominio sobre el vuelo vertical de sus parcelas y al acceso a la carretera; pero no así desde las avenidas ni desde las autopistas. Estas dos últimas tipologías se distinguían en que el propósito principal de una avenida es el traslado de personas, mientras que el propósito principal de una autopista es el transporte de mercancías.[52]​ Por lo tanto, tal como se concibió originalmente, una autopista es una franja de terreno público destinada al transporte, sobre la que los propietarios colindantes no tienen derechos de luz, ni de vuelo vertical ni de acceso.[52]​.

Las calzadas romanas se deterioraron en la Europa medieval debido a la falta de recursos y conocimientos para mantenerlas, pero muchas continuaron utilizándose. Las alineaciones aún se utilizan parcialmente en la actualidad, como por ejemplo, en partes de la Ruta A1 de Inglaterra. Antes del siglo , no existían redes organizadas de calles dentro de las ciudades, y solo senderos de paso. Con la invención del arnés "Arnés (guarnición)") y de los carros con ejes delanteros pivotantes, que permitían realizar curvas cerradas, se fueron fijando las redes de calles en las ciudades.[15]​.

En el islam medieval se construyeron numerosas carreteras en el Imperio árabe. Las más sofisticadas fueron las de Bagdad, en Irak, pavimentadas con brea en el siglo . El alquitrán se obtenía del petróleo procedente de las surgencias existentes en la región, mediante su destilación.[16]​.

A medida que los estados de Europa se desarrollaban y enriquecían, especialmente durante el Renacimiento, comenzaron a construirse nuevas carreteras y puentes, a menudo basados en los diseños romanos. Aunque se produjeron intentos de redescubrir los métodos romanos, hubo poca innovación útil en la construcción de carreteras antes del siglo .

En el siglo , el transporte por carretera en el Imperio asante (en el África Occidental) se mantenía a través de una red de caminos bien mantenida que conectaba la capital del imperio con los territorios bajo su jurisdicción e influencia.[17]​[18]​ Tras la importante construcción de carreteras realizada en el Reino de Dahomey, se estableció un sistema de peaje, con la función de recaudar impuestos anuales basados en las mercancías transportadas por el Camino Real,[19]​ que fue construido a finales del siglo por el rey Kpengla, extendiéndose desde Abomey hasta Ouidah pasando por Cana.[20]​.

Entre 1725 y 1737, el general George Wade construyó una carretera de 250 millas (402,3 km) que contaba con 40 puentes, para mejorar el control de Gran Bretaña sobre las Tierras Altas de Escocia, utilizando diseños de calzadas romanas con grandes piedras en la base y grava en la parte superior, con una profundidad total de dos metros. La calzada estaba tan mal alineada y era tan empinada, según Thomas Telford, «que era inadecuada para la vida civil», además de ser irregular y con mal drenaje.[21]​.

Caminos de peaje

En Inglaterra, La responsabilidad del estado de las carreteras recaía en cada parroquia local desde la época Tudor. En 1656, la parroquia de Radwell (Hertfordshire) solicitó ayuda al Parlamento para el mantenimiento de su tramo del Gran Camino del Norte.[22]​ El Parlamento aprobó una ley que otorgaba a los jueces locales la facultad de erigir peajes en un tramo de la Gran Carretera del Norte, entre Wadesmill (Hertfordshire); Caxton (Cambridgeshire) "Caxton (Cambridgeshire)"); y Stilton "Stilton (Cambridgeshire)") (Huntingdonshire), por un período de once años. Los ingresos así recaudados se destinarían al mantenimiento de la Gran Carretera del Norte en sus jurisdicciones.[22]​[23]​ El peaje erigido en Wadesmill se convirtió en el primer peaje efectivo de Inglaterra.

El primer sistema con fideicomisarios que no eran jueces se estableció mediante una ley de peajes en 1707, para un tramo de la carretera Londres-Chester entre Fornhill y Stony Stratford. El principio básico era que los fideicomisarios gestionarían los recursos de las diversas parroquias por las que pasaba la carretera, los complementarían con los peajes de los usuarios de fuera de las parroquias y destinarían la totalidad al mantenimiento de la carretera principal. Esto se convirtió en el modelo para la construcción de peajes en un número creciente de carreteras, solicitado por quienes deseaban mejorar el flujo comercial a través de su parte del condado.[22]​.

A principios del siglo , tramos de las principales carreteras radiales que conducían a Londres se pusieron bajo el control de fideicomisos de carreteras de peaje individuales. El ritmo de creación de nuevos tramos de peaje se aceleró en la década de 1750, con la creación de fideicomisos para mantener las rutas transversales entre las Grandes Carreteras que irradiaban desde Londres. Las carreteras que conducían a algunas ciudades de provincia, especialmente en el oeste de Inglaterra, se pusieron bajo fideicomisos individuales, y las carreteras clave en Gales se convirtieron en vías de peaje. En Gales del Sur, las carreteras de condados enteros se pusieron bajo fideicomisos individuales en la década de 1760. Un nuevo auge en la formación de fideicomisos tuvo lugar en la década de 1770, con la implantación de peajes para las carreteras de conexión subsidiarias, rutas sobre nuevos puentes, nuevas rutas en las zonas industriales en crecimiento y carreteras en Escocia. Para 1750 se habían establecido unos 150 fideicomisos; para 1772, se habían establecido otros 400, y en 1800, ya había más de 700.[24]​ En 1825, unas 1000 organizaciones controlaban 18 000 millas (28 968,1 km) de carreteras en Inglaterra y Gales.[25]​.

Las leyes de estos nuevos fideicomisos y las leyes de renovación de los anteriores incorporaron una lista creciente de poderes y responsabilidades. A partir de la década de 1750, las leyes exigieron a los fideicomisos la construcción de los hitos que indicaban el recorrido y la distancia en millas entre las principales poblaciones en la carretera. Los usuarios estaban obligados a seguir las normas de circulación, como circular por la izquierda, y a no dañar la superficie de la carretera. Los fideicomisos podían cobrar peajes adicionales durante el verano para pagar el riego de la carretera necesario para reducir el polvo levantado por los vehículos. El Parlamento también aprobó algunas leyes generales sobre carreteras de peaje que abordaban la administración de los fideicomisos y las restricciones sobre el ancho de las ruedas, ya que las ruedas estrechas causaban daños considerables a la carretera.

La calidad de las primeras carreteras de peaje variaba.[26]​ Si bien su construcción supuso una cierta mejora en cada carretera, las tecnologías utilizadas para abordar las características geológicas, el drenaje y los efectos del clima estaban en sus primeras etapas. La construcción de carreteras mejoró lentamente, inicialmente gracias a los esfuerzos individuales de algunos ingenieros como John Metcalf&action=edit&redlink=1 "John Metcalf (ingeniero) (aún no redactado)") en Yorkshire en la década de 1760. Los constructores de carreteras de peaje británicas[27]​ comenzaron a comprender la importancia de seleccionar piedras limpias para la pavimentación y excluir el material vegetal y la arcilla para lograr carreteras más duraderas.[21]​[28]​.

Las carreteras construidas en Estados Unidos solían ser realizadas por empresas privadas bajo una franquicia gubernamental. Solían ser paralelas o reemplazaban a rutas existentes con cierto volumen de comercio, con la esperanza de que la carretera mejorada desviara suficiente tráfico para que la inversión realizada fuera rentable. Los caminos pavimentados con tablones eran particularmente atractivps, ya que reducían considerablemente la resistencia a la rodadura y mitigaban el problema del encharcamiento. Una mejor nivelación para suavizar la pendiente de los tramos más difíciles permitía que los animales de tiro transportaran cargas más pesadas.

Metcalf

El primer constructor profesional de carreteras que surgió durante la Revolución Industrial fue John Metcalf&action=edit&redlink=1 "John Metcalf (ingeniero) (aún no redactado)"), quien construyó aproximadamente 180 millas (289,7 km) 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 la zona de Knaresborough. Metcalf obtuvo un contrato para construir un tramo de carretera de tres millas (5 km) entre Minskip y Ferrensby, como parte de una nueva carretera que conectaría Harrogate y Boroughbridge. Exploró solo la zona rural y calculó la ruta más práctica.

Creía que una buena carretera debía tener buenos cimientos, buen drenaje y una superficie lisa convexa para permitir que el agua de lluvia se escurriera rápidamente hacia las zanjas laterales. Comprendió la importancia de un buen drenaje, sabiendo que las precipitaciones eran la causa de la mayoría de los problemas en las carreteras. Encontró la manera de construir una carretera a través de una ciénaga utilizando fajinas, haces atados de ramas de calluna (un tipo de brezo) y de tojo como cimientos. Esto consolidó su reputación como constructor de carreteras, ya que otros ingenieros creían que era imposible. Dominó su oficio con su propio método de cálculo de costos y materiales, que otros ingenieros no comprendían.

Trésaguet

Se atribuye ampliamente a Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet") el establecimiento del primer método científico para la construcción de carreteras en Francia. En 1775, redactó un memorando sobre su método, que se convirtió en práctica general en su país. Consistía en una capa de rocas grandes cubierta por una capa de grava más pequeña. La capa inferior mejoraba la práctica romana, ya que se basaba en la idea de que el propósito de esta capa (la subbase) es transferir el peso de la carretera y del tráfico al suelo, a la vez que lo protege de la deformación distribuyendo el peso uniformemente. Por lo tanto, la subbase no tenía por qué ser una estructura autoportante. La superficie de rodadura superior proporcionaba una superficie lisa para los vehículos, a la vez que protegía las grandes piedras de la subbase.

Trésaguet comprendía la importancia del drenaje mediante la construcción de cunetas laterales profundas, pero también insistió en que sus carreteras fuesen accesibles desde los laterales, lo que impedía disponer las mencionadas cunetas. Las superficies y los desagües bien mantenidos protegen la integridad de la subbase, y Trésaguet introdujo un sistema de mantenimiento continuo, mediante el cual se asignaba a cada peón caminero un tramo de carretera para que lo mantuviera en óptimas condiciones.[29]​.

Telford

El topógrafo e ingeniero Thomas Telford realizó avances sustanciales en la ingeniería de nuevas carreteras y la construcción de puentes. Su método de construcción consistía en excavar una gran zanja, sobre la que se asentaba una cimentación de roca maciza. Diseñó sus carreteras con una pendiente descendente desde el centro (pendiente de corona o abombamiento), lo que permitía el drenaje de las capas del firme, una mejora importante con respecto al trabajo de Trésaguet. La superficie consistía en piedra machacada. Mejoró los métodos de construcción de carreteras al optimizar la selección de la piedra según su grosor, teniendo en cuenta el tráfico, la alineación y las pendientes. Durante sus últimos años, Telford fue responsable de la reconstrucción de tramos de la carretera de Londres a Holyhead, tarea que completó su asistente durante diez años, John MacNeill").

Su trabajo de ingeniería en la década de 1820 en la carretera de Holyhead (precedente de la autopista A5), redujo el tiempo de viaje de las diligencias "Diligencia (carruaje)") de 45 horas a solo 27 horas, y las mejores velocidades de los carros del correo aumentaron de 5-6 mph (8-10 km/h) a 9-10 mph (14-16 km/h). Entre Londres y Shrewsbury, la mayor parte de su trabajo en la carretera consistió en mejoras. Más allá de Shrewsbury, y especialmente después de Llangollen, el trabajo a menudo implicó construir una carretera de peaje desde cero. Las características notables de esta sección de la ruta incluyen el puente de Waterloo a través del río Conwy en Betws-y-Coed, el ascenso desde allí a Capel Curig, y luego el descenso desde el Nant Ffrancon Pass hacia Bangor "Bangor (Gales)"). Entre Capel Curig y Bethesda "Bethesda (Gwynedd)"), en Ogwen Valley, Telford se desvió de la calzada original, construida por los romanos durante su ocupación de esta zona.[30]​.

McAdam

Sería otro ingeniero escocés, John Loudon McAdam, quien diseñó las primeras carreteras modernas. Desarrolló un material de pavimentación económico a base de un agregado de piedra machacada y de tierra (conocido como macadán). Su método de construcción de carreteras era más sencillo que el de Telford, y también más eficaz para proteger las vías: descubrió que las cimentaciones masivas de capas de roca sucesivas eran innecesarias, y afirmó que el suelo natural por sí solo soportaría la carretera y el tráfico, siempre que estuviera cubierto por una costra que protegiera el suelo subyacente del agua y del desgaste.[31]​.

A diferencia de Telford y de otros constructores de carreteras, McAdam trazó sus carreteras lo más niveladas que pudo. Su carretera 30 pies (9,1 m) de ancho solo requería una elevación de 3 pulgadas (7,6 cm) desde los bordes hasta el centro. El peralte y la elevación de la carretera por encima del nivel freático permitían que el agua de lluvia escurriera hacia las cunetas situadas a ambos lados.[33]​.

El tamaño de las piedras fue fundamental en la teoría de construcción de carreteras de McAdam. En el espesor inferior de la carretera de 200 milímetros (7,9 plg), se limitaba el tamaño de las piedras a menos de 75 milímetros (3 plg). La capa superior de piedras de 50 milímetros (2 plg) de espesor se limitaba a un tamaño de 20 milímetros (0,8 plg), y las piedras eran revisadas por supervisores con básculas. Un trabajador podía comprobar de forma expedita el tamaño mínimo admisible de la piedra por sí mismo, viendo si le cabía en la boca. La importancia del tamaño de 20 mm de la capa de rodadura residía en que estas piedras debían ser mucho más pequeñas que los 100 mm de ancho de las ruedas de hierro de los carruajes que circulaban por la carretera.

McAdam creía que el "método adecuado" para romper piedras, para mayor utilidad y rapidez, consistía en que las personas se sentaran y usaran pequeños martillos, rompiendo las piedras de modo que ninguna pesara más de seis onzas. Escribió que la calidad del camino dependería del cuidado con el que se extendieran las piedras sobre la superficie en un espacio considerable, palada a palada.[34]​.

También indicó que no se debía incorporar ninguna sustancia que absorbiera agua, ya que podría afectar al camino en caso de helada, ni se debía colocar nada sobre la piedra limpia para consolidarla. La acción del tráfico vial hacía que la piedra rota se combinara con sus propios ángulos, formando una superficie nivelada y sólida que resistiría el clima y el tráfico.[35]​ Gracias a su experiencia en la construcción de carreteras, McAdam había aprendido que una capa de piedras angulares rotas actuaría como una masa sólida y no requeriría la gran capa de piedra que se usaba anteriormente para construir carreteras. Al mantener en la superficie piedras más pequeñas que el ancho de la rueda, se podía crear una buena superficie de rodadura para el tráfico. Las pequeñas piedras superficiales también proporcionaban poca tensión a la carretera, siempre que se mantuvieran razonablemente secas.[36]​ En la práctica, sus carreteras resultaron ser el doble de resistentes que las de Telford.[37]​.

El Good Roads Movement fue un movimiento que se desarrolló en los Estados Unidos entre finales de la década de 1870 y la de 1920. Los defensores de la mejora de las carreteras, liderados por los ciclistas asociados a la Liga Americana, transformaron la agitación local en un movimiento político nacional. Fuera de las ciudades, las carreteras eran de tierra o de grava, con barro en invierno y polvo en verano. Los primeros organizadores tomaron como ejemplo el caso de Europa, donde la construcción y el mantenimiento de carreteras contaban con el apoyo de numerosos gobiernos nacionales y locales. En sus inicios, el objetivo principal del movimiento era promover la construcción de carreteras en las zonas agrícolas situadas entre las ciudades, y ayudar a las poblaciones rurales a obtener los beneficios sociales y económicos que se disfrutaban en las ciudades, donde los residentes se beneficiaban de ferrocarriles, tranvías y calles pavimentadas. Incluso más que los vehículos tradicionales, las bicicletas, recién inventadas, podían beneficiarse de las buenas carreteras rurales.

Más adelante, se vio que las carreteras de macadán no resistían el paso de vehículos cada vez más rápidos y pesados. Los métodos para estabilizar carreteras con brea se remontan al menos a 1834, cuando John Henry Cassell, al frente de la compañía "Cassell's Patent Lava Stone Works" del barrio londinenese de Millwall, patentó el "Pitch Macadam".[39]​ Este método consistía en extender alquitrán sobre una subbase granular, colocar encima una capa típica de macadán y, finalmente, sellarlo con una mezcla de alquitrán y arena. El macadán con lechada de alquitrán se utilizaba mucho antes de 1900 e implicaba escarificar la superficie de un pavimento de macadán existente, extender el alquitrán y volver a compactarlo. Aunque el uso del alquitrán en la construcción de carreteras ya se conocía en el siglo , se utilizaba poco y no se introdujo a gran escala hasta la llegada del automóvil a principios del siglo .

El tarmacadam o macadán asfáltico moderno fue patentado por el ingeniero civil británico Edgar Purnell Hooley"), quien observó que el alquitrán vertido sobre una calzada de macadán retenía el polvo y creaba una superficie lisa.[40]​ En 1901, obtuvo una patente para el procedimiento de asfaltado.[41]​ La patente de Hooley de 1901 implicaba la mezcla mecánica de alquitrán y áridos antes de su colocación y la posterior compactación de la mezcla con una apisonadora de vapor. El alquitrán se modificaba añadiendo pequeñas cantidades de cemento Portland, resina y/o brea.[42]​.

Autopistas de acceso controlado

La primera versión de las autopista modernas se desarrolló durante la primera mitad del siglo . La Long Island Motor Parkway en Long Island, Nueva York "Nueva York (estado)"), inaugurada en 1908 como una iniciativa privada, fue la primera carretera de acceso limitado del mundo. Incluía numerosas características modernas, como curvas peraltadas, barreras de seguridad y firme de hormigón asfáltico.[45]​ El tráfico podía girar a la izquierda entre la calzada principal y los ramales de salida, cruzando el tráfico que circulaba en sentido contrario, por lo que no era una autopista de acceso controlado (o una "autopista" propiamente dicha, como la definió posteriormente el "Manual sobre Dispositivos Uniformes de Control de Tráfico" del gobierno federal de los Estados Unidos).

Las autopistas modernas de acceso controlado surgieron a principios de la década de 1920 como respuesta al rápido aumento del uso de los automóviles, la creciente demanda de un transporte más rápido entre ciudades y las mejoras en los procesos, técnicas y materiales de pavimentación. Estas carreteras originales de alta velocidad, conocidas como autovías, se han modernizado y siguen en uso.

Italia fue el primer país del mundo en construir autovías de acceso controlado reservadas para el tráfico rápido, y solo para vehículos motorizados.[43]​[44]​ La Autostrada A8 ("Autostrada de los Lagos"), la primera autovía construida en el mundo, conectaba Milán con el lago de Como y el lago Mayor, y posteriormente quedó integrada en las autopistas A8 y A9. Fue ideada por Piero Puricelli y se inauguró en 1924.[44]​ Esta carretera, denominada originalmente autostrada"), contenía solo un carril en cada sentido y carecía de enlaces. La Bronx River Parkway fue la primera carretera en América del Norte en utilizar una franja en la mediana para separar los carriles opuestos. Se construyó a través de un parque, y las calles que la cruzaban lo hacían mediante puentes.[46]​[47]​ La Southern State Parkway se inauguró en 1927, mientras que la Long Island Motor Parkway se cerró en 1937 y fue reemplazada por la Northern State Parkway (inaugurada en 1931) y por la Grand Central Parkway contigua (inaugurada en 1936). En Alemania, la construcción de la Bonn-Cologne Autobahn comenzó en 1929 y fue inaugurada en 1932 por Konrad Adenauer, entonces alcalde de Colonia "Colonia (Alemania)").[48]​.

En Canadá, la primera autopista precursora con acceso semicontrolado fue The Middle Road entre Hamilton "Hamilton (Ontario)") y Toronto, que contaba con una mediana divisoria entre los flujos de tráfico opuestos, así como con el primer enlace con forma de trébol del país. Esta autopista se convirtió en la Queen Elizabeth Way, que contaba con un enlace en forma de trébol y otro en forma de trompeta cuando se inauguró en 1937 y, hasta la Segunda Guerra Mundial, disponía del tramo de carretera iluminado más largo construido hasta entonces.[49]​ Una década después, se inauguró el primer tramo de la Highway 401 de Ontario, basada en diseños anteriores. Desde entonces, se ha convertido en la autopista más transitada de Norteamérica.

El término autopista ("freeway" en inglés) fue utilizado por primera vez en febrero de 1930 por Edward M. Bassett"),[50]​[51]​[52]​ quien argumentó que las carreteras deberían clasificarse en tres tipos básicos: autopistas, avenidas y carreteras.[52]​ En el sistema de Bassett, basado en la zonificación y en el derecho de propiedad, los dueños de las propiedades colindantes tenían el derecho a seguir recibiendo la luz del sol, al dominio sobre el vuelo vertical de sus parcelas y al acceso a la carretera; pero no así desde las avenidas ni desde las autopistas. Estas dos últimas tipologías se distinguían en que el propósito principal de una avenida es el traslado de personas, mientras que el propósito principal de una autopista es el transporte de mercancías.[52]​ Por lo tanto, tal como se concibió originalmente, una autopista es una franja de terreno público destinada al transporte, sobre la que los propietarios colindantes no tienen derechos de luz, ni de vuelo vertical ni de acceso.[52]​.