Diseño de pavimentos flexibles - Unisucre

Variables de diseño Tránsito

Variables a considerar en el diseño de pavimentos

El tránsito como variable de diseño

FERNANDO JOVE WILCHES

Ing. Civil – Esp. Ing. de Vías Terrestres

UNIVERSIDAD DE SUCRE

Msc. Ing. Civil – Énfasis Vías y Transportes


1- INTRODUCCIÓN

Probablemente, la variable

más importante en el diseño

de una vía es el tránsito…,

Solo efecto de buses y

camionesPor otra parte, si las solicitaciones son mayores a las previstas

en el diseño, esto implicará el prematuro deterioro de la

estructura; en tanto que una sobreestimación de las mismas,

implicará sobrecostos innecesarios en la ejecución de las

obras.


Variables a considerar en el diseño de pavimentos

El tránsito como variable de diseño

FERNANDO JOVE WILCHES

Ing. Civil – Esp. Ing. de Vías Terrestres

UNIVERSIDAD DE SUCRE

Msc. Ing. Civil – Énfasis Vías y Transportes


2- DEFINICIONES GENERALES

Eje sencillo: es un eje en cuyos extremos lleva una o dos

ruedas sencillas.

C2g

Una rueda

por extremo

ESRS

Dos ruedas

por extremo

ESRD



Eje sencillo: es un eje en cuyos extremos lleva una o dos

ruedas sencillas.

C2P

Una rueda

por extremo Dos ruedas

por extremo



Eje tandem: es aquel constituido por dos ejes sencillos con

rueda doble en los extremos.

C3

Eje tándem



Eje tridem: es aquel constituido por tres ejes sencillos con

rueda doble en los extremos.

C3-S3

Una rueda

por extremo

Eje tándem

Eje trídem



Remolques: Ej.: Configuración de vehículo C3-S2-R4, eje

delantero sencillo y trasero tandem en el trato-camión, ejes

tandem en el semi-remolque y remolque.



Vehículos livianos: Dentro de esta clasificación entran los

automóviles, camperos, camionetas, microbusetas, y en

general, todos aquellos vehículos que solo poseen dos ejes,

estando el trasero constituido por un eje sencillo con una sola

rueda en sus extremos (eje con llanta sencilla).

Vehículos Comerciales: Son aquellos de más de cinco

toneladas de peso, tales como camiones, remolques, buses,

busetas. Una forma fácil de reconocerlos es que en su

suspensión trasera tienen al menos un eje sencillo con doble

rueda en sus extremos (eje con llanta doble). Estos son los

vehículos que se deben considerar para fines de diseño

estructural.



Volumen de tránsito: Número de vehículos que circulan en

ambas direcciones por una sección de una vía durante un

período específico de tiempo.

TPD: Volumen de tránsito durante un período de tiempo,

dividido por el número de días del período.

Tránsito existente: Aquel que presenta la vía antes de ser

pavimentada.

Tránsito atraído: Volumen de tránsito que sin cambiar, ni su

origen ni su destino, puede ocupar la futura vía pavimentada

como ruta alterna, afluyendo a ella a través de otras vías ya

existentes.

Tránsito generado: Volumen de tránsito que resulta como

consecuencia del desarrollo económico y social de la nueva

zona de influencia.

Tránsito inducido: Suma del tránsito atraído y generado.


3- TIPOS DE VEHÍCULOS

Mezcla del tránsito: Durante la vida de servicio, el pavimento

se ve sometido a una diversidad de cargas, presiones de

inflado y diferente configuración de ejes, que traen como

consecuencia la aplicación de una amplia gama de esfuerzos

y deformaciones dentro de la estructura. Esto plantea un

problema sumamente complejo, que para ser resuelto requiere

de simplificaciones prácticas.

Tránsito equivalente: Debido a lo complejo del problema y

basados en los resultados arrojados en los tramos de prueba

de la AASHTO, se ha considerado conveniente, la escogencia

de una carga patrón de referencia que permita “convertir” las

diferentes cargas de solicitación, a una carga equivalente

llamada “eje equivalente de 8.2 toneladas”.

La configuración de la mencionada carga de referencia, es la

de un eje sencillo con rueda doble en sus extremos que posee

un peso total de 8.2 toneladas.


EJE ESTÁNDAR EQUIVALENTE

Tránsito equivalente

NEje estándar

de 8.2 Ton.

8.2 (80 KN)

Ton.



Presión de contacto: En los métodos de diseño

mecanicistas, es necesario conocer el área de contacto de la

llanta con el pavimento, asumiendo que la carga de contacto

depende de la presión de contacto.



El tamaño del área de contacto depende de la presión de

contacto. Como se puede observar en la figura, la presión de

contacto es más grande que la presión de inflado para

presiones bajas de la llanta, por cuanto la pared de la misma

está en compresión. Para presiones altas sucede lo contrario.



EJEMPLO:

Camion C2:

Carga ESRS = 5.0 TON; ESRD = 11 TON.

Determinar el radio de la huella para el eje direccional, si la

presión de inflado = 6.0 Kg/cm2

q=W/A=2500 kg/(3.1416*a^2)

a= (3000/(3.1416*6.0)^(1/2)=12.61 cm5.0 11

Una rueda

por extremo

ESRS



EJEMPLO:

Camion C2:

Carga ESRS = 5.0 TON; ESRD = 11 TON.

Determinar el radio de la huella para el eje direccional, si la

presión de inflado = 6.0 Kg/cm2

q=W/A=2500 kg/(3.1416*a^2)

a= (2500/(3.1416*6.0)^(1/2)=11.52 cm

Una rueda

por extremo

ESRS

a= (2750/(3.1416*6.0)^(1/2)=12.07 cm


4- DETERMINACIÓN DEL TRÁNSITO

Vías existentes: Cuando la vía existe, se pueden presentar

dos posibilidades:

Al contar con información durante varios años, es posible

determinar curvas de crecimiento haciendo uso de regresión

lineal. Luego, partiendo de las ecuaciones correspondientes a

las curvas generadas, es posible extrapolar el crecimiento

hacia el futuro (modelos lineal y exponencial).

1- Que existan registros históricos: Ejemplo de este caso,

lo constituyen las vías nacionales a cargo del Instituto

Nacional de Vías, en las que anualmente se programan

conteos en ciertas estaciones de aforo estratégicamente

ubicadas, en las cuales se determina el volumen de tránsito

durante un período de siete días consecutivos.



Vías existentes

Una manera de afrontar este problema, es efectuando un

conteo durante determinado período con el fin de obtener un

TPD representativo. Aquí se deben considerar factores

externos que pueden hacer variar los resultados de una época

del año a otra.

2- Que NO existan registros históricos: Ejemplo de este

caso, lo constituyen las vías que aún teniendo muchos años

de servicio, no cuentan con registros históricos suficientes o

estos son nulos, de tal manera que no es posible aplicar los

métodos de regresión lineal.

Luego, con el tránsito existente es posible obtener el tránsito

futuro esperado, haciendo uso de tasas de crecimiento

aplicables a la zona de proyecto sobre modelos de crecimiento

lineal o exponencial (poseen buen ajuste).



Vías nuevas: Cuando la vía es nueva, como es lógico, no se

pueden llevar a cabo los conteos. En estos casos se

presentan varias alternativas para afrontar el problema:

Conociendo el número de viajes es posible hacer la

conversión a una determinada combinación de tránsito:

Automóviles, buses, camiones.

1- Realización de estudios Origen-Destino: Mediante

encuestas O-D realizadas en la zona de proyecto, es posible

determinar patrones de viaje, tanto de carga como de

pasajeros, con el fin de estimar el número de viajes durante

determinado periodo, que haría uso de la vía si esta se llegara

a construir.

Las mencionadas encuestas deberán ser complementadas

con un adecuado estudio socio-económico de la zona de

influencia del proyecto.



Vías nuevas

En cualquier caso, lo importante no solo es determinar el

número y tipo de vehículos que harán uso del corredor

vial, sino que en lo posible, se deberá contar con

información sobre la distribución de carga por eje de los

vehículos pesados. Dicha información se consigue a

través de operativos de pesaje.

2- Aplicación de curvas de crecimiento de otras vías: Esta

forma de afrontar el problema consiste en utilizar la

información de otras vías con características similares, con el

fin de estimar los volúmenes de tránsito de la nueva vía a

construir.



CARRIL DE DISEÑOPara efectos de dimensionamiento del pavimento, interesa

solamente el tránsito que pasa por un carril, al cual se

denomina carril de diseño, que es aquel por el cual se espera

que circulen el mayor volumen de vehículos pesados. Para su

determinación se sugiere utilizar los siguientes valores:


5- CARGAS EQUIVALENTES

Tránsito equivalente Número acumulado de

ejes equivalentes a

8.2 ton. en el carril de

diseño durante el

periodo de diseño.NEje estándar

de 8.2 Ton.

8.2

Ton.



Los resultados obtenidos del AASHTO ROAD TEST, han

permitido determinar que la equivalencia entre cargas

diferentes transmitidas al pavimento, se puede correlacionar

con la carga de referencia para una determinada configuración

de ejes, haciendo uso de la siguiente expresión:4

0

1)(arg..

P

PFECEacEquivF

Donde:

Po = carga de referencia, que toma los siguientes valores:

Eje simple rueda simple (ESRS): Po = 6.6 Ton (64.7 KN)

Eje simple rueda doble (ESRD): Po = 8.2 Ton (80 KN)

Ejes tandem: Po = 15 Ton (147 KN)

Ejes tridem: Po = 23 Ton (225.6 KN)

P1 = carga cuya equivalencia con la estándar se desea hallar

(Ley de la cuarta potencia)


5- CARGAS EQUIVALENTES (EJEMPLOS)

4

0

1)(arg..

P

PFECEacEquivF (Ley de la cuarta potencia)

5.0 10

(5.0/6.6)^4

0.33

(10/8.2)^4

2.21

FACTOR

DAÑO: 2.54


5- CARGAS EQUIVALENTES (EJEMPLOS)

4

0

1)(arg..

P

PFECEacEquivF (Ley de la cuarta potencia)

6.0 20 23

(6.0/6.6)^4

0.683

(20/15)^4

3.160

(23/15)^4

5.530

FACTOR

DAÑO: 9.37


6- FACTOR DAÑO

”FACTOR DAÑO“ (FD): hace referencia al número de ejes

equivalentes (ejes estándar de 8,2 toneladas) al cual

corresponde el paso de un vehículo comercial en particular.

El FACTOR DAÑO se puede cuantificar como la sumatoria de

los Factores de Equivalencia de Carga por Eje (FECE) de

cada uno de los ejes correspondientes al vehículo analizado.

Ejemplos:


6- FACTOR CAMIÓN

Se entiende por factor camión al número de aplicaciones de

ejes sencillos con carga equivalente de 8.2 toneladas,

correspondientes al paso de un vehículo comercial cualquiera

(bus o camión). Se puede entender como un FD promedio

considerando todos los vehículos comerciales.

Para la determinación del factor camión de un tramo de vía se

pueden seguir dos métodos diferentes:

•Método de conteo y pesaje de vehículos comerciales

•Método indirecto a partir de estudios sobre factores daño:

Conteo y pesaje más preciso pero más costoso

MOPT-INGEROUTE, Universidad del Cauca, INVIAS y

otros autores.

Con Factores daño representativos buenos resultados


6- FACTOR CAMIÓN6- FACTOR CAMIÓN

6.1 Métodos MOPT-INGEROUT Y UNICAUCA



6.1 Métodos MOPT-INGEROUT, UNICAUCA, INVIAS 2007



6.1 Métodos INDIRECTOS (Ejemplo)

Determinar el factor camión (método de INVIAS) de un tramo

de carretera cuyo TPDS es de 3250 vehículos distribuidos

así: A = 80%, B = 2%, C = 18%

Los camiones están distribuidos así:C2p = 49%, C2-g=32%, C-3 = 10%, C3-S2 = 6%, C3-S3 = 3%

Primero se determina el FC de

solo camiones:

Entonces, el factor camión de

camiones y buses será:






así: A = 80%, B = 2%, C = 18%



solo camiones:



FCcamiones=(49*1.01+32*2.72+10*3.72+6*4.88+3*5.23)/100

= 2.187






así: A = 80%, B = 2%, C = 18%



solo camiones:



FCcamiones=

(1.01+32*2.72+10*3.72+6*4.88+3*5.23)/100=

2.149

FC= (18*2.187+2*1.00)/20= 2.06


7- DETERMINACIÓN DEL N, N8.2 W8.2

Como ya se ha mencionado, el tránsito esperado durante el

período de diseño del pavimento, se “convierte” a un número

de ejes equivalentes, para lo cual se puede hacer uso de la

expresión:

Donde:

TPDi = Transito promedio diario inicial, considerando los dos sentidos

A = Porcentaje de vehículos comerciales del aforo

B = Porcentaje de vehículos comerciales en carril de diseño

r = Tasa de crecimiento anual del tránsito

F.C. = Factor camión

n = Período de diseño en años



Donde:

TPDi = Transito promedio diario inicial








Donde:







NUMERO TOTAL DE VEHICULOS PESADOS EN EL CARRIL

DE DISEÑO, DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO (n)



TOTAL VEH. PESADOS CARRIL DE DISEÑO=1.380.200







Determinar el Tránsito de diseño de un tramo de carretera

cuyo TPDS es de 3250 vehículos distribuidos así: A = 80%,

B = 2%, C = 18%.La vía está conformada por una calzada

bidireccional de dos carriles y la tasa de crecimiento anual

del tránsito es de 3%.


6- FACTOR CAMIÓN

El método consiste, en pesar durante un período definido,

todos los ejes de los vehículos comerciales que pasan por un

determinado punto de una carretera, agrupándolos luego de

acuerdo con su carga por eje en toneladas.

En la siguiente página, se muestra una tabla que sirve de

ejemplo de la forma como se organizan los resultados de

campo para el cálculo del factor camión.

6- FACTOR CAMIÓN

6.2 Método de conteo y pesaje

Con el fin de evitar molestias a los usuarios de los buses,

normalmente éstos son solo contados, y distribuidos

posteriormente en unos rangos de carga previamente

establecidos en estudios llevados a cabo en el país.

6- FACTOR CAMIÓN (Método de conteo y pesaje)


7- DETERMINACIÓN DEL N8.2




expresión:

Donde:








7- DETERMINACIÓN DEL N8.2




expresión:

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