1.4 Trfico y Carga

El trfico y la carga a considerar incluyen cargas por eje, el nmero de repeticiones de carga,

zonas de neumticos de contacto y la velocidad del vehculo.

1.4.1. Cargas por eje Figura 1.12 muestra el espacio entre ruedas para un semi-remolque tpico

que consiste en un solo eje con neumticos individuales, un solo eje con neumticos

duales, y ejes tndem con neumticos duales. Para camiones de transporte de carga pesada

especiales, ejes tridem que consisten en un conjunto de tres ejes, cada uno espaciados en

el 48 a 54 en. (1 0,22-1 0,37 m) de distancia, tambin existen.

Los espaciamientos de 23 y 13 pies (7 y 4 m) que se muestran en la Figura 1.12 deben tener

ningn efecto el diseo del pavimento porque las ruedas estn tan lejos que su efecto sobre el

estrs y las tensiones debe ser considerado de forma independiente. A menos que un eje simple

equivalente se utiliza la carga, la consideracin de mltiples ejes no es un asunto sencillo. El

diseo puede ser peligroso si los ejes tndem y tridem son tratados como un grupo y considerados

como una repeticin. El diseo es demasiado conservador si cada eje es tratado de forma

independiente y considerada como una repeticin. Un mtodo para el anlisis de las cargas de

mltiples ejes se presenta en la Seccin 1.3.3.

En el diseo de pavimentos flexibles por la teora de capas, slo las ruedas de un lado, decir al

wheelpath exterior, necesita ser considerado; en el diseo de pavimentos rgidos por la teora de

placas, las ruedas de ambos lados, incluso a una distancia de ms de 6 pies (1.8 m) de diferencia,

se consideran por lo general.

Nmero de repeticiones Con el uso de una computadora de alta velocidad, no hay ningn

problema para considerar el nmero de repeticiones de carga para cada carga por eje y evaluar

sus daos. El mtodo de dividir las cargas por eje en un nmero de grupos se ha utilizado con

frecuencia para el diseo de pavimentos rgidos, como se ilustra por el mtodo PCA en la Seccin

12.2. Sin embargo, su aplicacin a los pavimentos flexibles no est muy extendida, debido a la

emprica naturaleza del diseo y de la gran cantidad de tiempo de computacin necesario.

En lugar de analizar las tensiones y deformaciones debidas a cada grupo de ejes con carga, un

procedimiento simplificado y ampliamente aceptado es el desarrollo de factores de equivalencia

y convertir cada grupo de carga en un equivalente de 18 kip (80 kN) carga de un solo eje, como

se ilustra por la

Figura 1.12 Configuraciones de ruedas para la tpica unidades semirremolque (1 pie = 0 0.305 m).

Figura 1.13 Relacin entre la presin de contacto y la presin de los neumticos.

Mtodo del Instituto del asfalto en la Seccin 11.2 y el mtodo AASHTO en las Secciones 11.3

y 12.3. Cabe sealar que la equivalencia entre dos cargas diferentes depende en el criterio de fallo

empleado. Factores equivalentes a base de agrietamiento por fatiga pudo ser diferente de aquellos

basados en la deformacin permanente. Por lo tanto, el uso de un solo factor equivalente para el

anlisis de los diferentes tipos de angustia es emprica y deben considerarse como slo

aproximados.

rea de contacto En el mtodo mecanicista de diseo, es necesario conocer el rea de contacto

entre el neumtico y el pavimento, por lo que la carga del eje se puede suponer para ser distribuido

uniformemente sobre el rea de contacto. El tamao del rea de contacto depende de la presin

de contacto. Como se indica en la figura 1.13, la presin de contacto es mayor que la presin de

los neumticos para neumticos de baja presin, porque la pared de neumticos est en

compresin y la suma de las fuerzas verticales debido a pared y de presin de los neumticos debe

ser igual a la fuerza debido al contacto presin; la presin de contacto es menor que la presin de

los neumticos para neumticos de alta presin, porque la pared de neumticos est en tensin.

Sin embargo, en el diseo del pavimento, la presin de contacto se asume generalmente para ser

igual a la presin de los neumticos. Debido a las cargas por eje ms pesados tienen presin de

los neumticos ms altos y los efectos ms destructivos en los pavimentos, el uso de la presin de

los neumticos como la presin de contacto, por lo tanto est en el lado seguro.

Cargas por eje ms pesados siempre se aplican en los neumticos duales. La figura 1.14a muestra

la forma aproximada de rea de contacto para cada neumtico, que se compone de un rectngulo

y dos semicrculos. Al asumir longitud L y anchura 0.6L, el rea de contacto

= (0.3)2 + (0.4)(0.6) = 0.5227L2 o

=

0.5227

En la que Ac=rea de contacto, que se puede obtener dividiendo la carga sobre cada

neumtico por la presin de los neumticos.

El rea de contacto se muestra en la figura 1.14a fue utilizado anteriormente por PCA

(1966) para el diseo de pavimentos rgidos. El mtodo actual PCA (1984) se basa en el

procedimiento de elementos finitos, y un rea rectangular se asume con 0.8712L y

anchura longitud 0.6L, que tiene la misma rea de 0.5227L2, como se muestra en la Figura

1.14b. Estas reas de contacto no son de simetra axial y no se pueden utilizar con la teora

de capas. Cuando el

Figura 1.14 Dimensin de la superficie de contacto del neumtico.

Teora capas se utiliza para el diseo de pavimento flexible, se supone que cada neumtico tiene

una rea de contacto circular. Esta suposicin no es correcta, pero se cree que el error incurrido a

ser pequea. Para simplificar el anlisis de pavimentos flexibles, un solo crculo con el mismo

rea de contacto como los duales se utiliza con frecuencia para representar un conjunto de

neumticos duales, en lugar de utilizando dos reas circulares. Esta prctica da lugar generalmente

a un diseo ms conservador, pero podra convertirse en poco conservador para la superficie de

asfalto delgada debido a que la traccin horizontal cepa en la parte inferior de la capa de asfalto

bajo el radio de contacto ms grande de una sola rueda es menor que bajo el radio de contacto

ms pequea de ruedas dobles, como se ilustra en la Seccin 3.4.1. Para pavimentos rgidos, es

ms razonable utilizar un rea circular ms grande para representar un conjunto de duales, como

se discuti en la Seccin 4.2.1.

Ejemplo 1.1: Dibuje el rea de contacto ms realista para un 18-kip (80 kN) carga de un solo eje

con una presin de los neumticos de 80 psi (552 kPa). Cules son las otras configuraciones de

rea de contacto que se han utilizado para diseo de pavimentos?

Figura 1.15 Ejemplo 1.1 (1 in. = 25 .4 mm).

Solucin: El 18-kip (80 kN) carga de un solo eje se aplica sobre cuatro neumticos, cada uno con

una carga de 4.500 libras (20 kN). El rea de contacto de cada neumtico es Ac = 4500/80 =

56.25. in2 (3.6 x104 mm2). Desde Eq. 1.1, = 56.25/0.5227 = 10.37 pulg. (263 mm). El

ancho del neumtico es 0.6 = 0,6 10 .37 = 6,22 in. (158 mm). La configuracin de las diversas reas de contacto se muestra en la Figura 1.15.

Figura 1.15a es el rea de contacto ms realista que consiste en un rectngulo y dos semicrculos,

tal como se utiliza anteriormente por PCA (1966). Figura 1.15b es el rea de contacto rectangular

para su uso en el anlisis de elementos finitos de los pavimentos rgidos con longitud 0.8712 o 9.03 pulg. (229 mm), y el ancho 6.22 pulg. (158 mm). Figura 1.15c muestra el rea de contacto

como dos crculos, cada uno que tiene un radio 56.25/, o 4.23 in (107 mm). Esta hiptesis

tambin fue hecha por el Instituto de Asfalto (AI, 1981a), aunque se utiliz una presin de los

neumticos de 70 psi (483 kPa) y un radio de contacto de 4.52 in. (115 mm). Figura 1.15d

considera el rea de contacto como un solo crculo con radio de contacto 2 56.25/ = 5.98

pulg. (152 mm). Esta zona de contacto se utiliz en VESYS (FHWA, 1978).

1.4.2. Medio ambiente Los factores ambientales que influyen en el diseo del pavimento

incluyen la temperatura y la precipitacin, tanto que afecta a los mdulos elsticos de

las diversas capas. En el mecanicista mtodo emprico de diseo, cada ao se puede

dividir en un nmero de perodos, cada uno que tiene un conjunto diferente de

mdulos de capa. Se evala el dao durante cada perodo y resumi todo el ao para

determinar la vida de diseo.

Temperatura El efecto de la temperatura sobre pavimentos de asfalto es diferente

de la en pavimentos de hormign. La temperatura afecta el mdulo resiliente de

capas de asfalto e induce rizado de las losas de concreto. En climas fros, los mdulos

resilientes de no estabilizado materiales tambin varan con los ciclos de

congelacin-descongelacin. La gravedad de clima fro se indica por el ndice de

congelacin, que puede ser correlacionada con la profundidad de penetracin de las

heladas.

Efecto sobre el asfalto de capa Las propiedades elsticas y viscoelsticas de HMA

se ven afectados significativamente por la temperatura del pavimento. Los mtodos

mecanicistas de flexibles diseo del pavimento debe tener en cuenta la temperatura

del pavimento, lo que puede estar relacionado con el aire la temperatura. Durante el

invierno, cuando la temperatura es baja, el HMA se vuelve rgido y reduce las

tensiones en el pavimento. Sin embargo, ms rgido HMA tiene vida menos fatiga,

que puede neutralizar el efecto beneficioso de las cepas ms pequeas. Baja

temperatura puede causar pavimentos de asfalto se agrieten.

Efecto sobre la losa de hormign El gradiente de temperatura en pavimentos de

hormign afecta no slo el estrs de curling, sino tambin el contacto losa-

subrasante. Durante el da, cuando el la temperatura en la parte superior es ms alta

que en la parte inferior, los rizos losa hacia abajo de manera que su interior puede no

estar en contacto con el subsuelo. Por la noche, cuando la temperatura en la parte

superior es ms bajo que en el fondo, los rizos losa hacia arriba de manera que su

borde y esquina puede estar fuera de en contacto con la subrasante. La prdida de

contacto subrasante afectar a las tensiones en el hormign debido a las cargas de

las ruedas. El cambio entre las temperaturas mximas y mnimas tambin determina

las aberturas de las articulaciones y de crack y afecta la eficiencia de la transferencia

de carga.

Escarcha Penetracin Otro efecto de la temperatura sobre el diseo del pavimento

en fro climtico es la penetracin de las heladas, que resulta en una sub-base ms

fuerte en el invierno, pero una mucho ms dbil de la subrasante en la primavera.

Figura 1.16 muestra la profundidad mxima de las heladas penetracin en los

Estados Unidos. Aunque tirn heladas provoca asentamientos diferenciales y la

rugosidad del pavimento, el efecto ms perjudicial de la penetracin de las heladas

se produce durante el perodo ruptura primavera, cuando el hielo se derrite y el

subsuelo se encuentra en una saturada condicin. Es deseable proteger la sub-base

mediante el uso de materiales susceptibles no heladas dentro de la zona de

penetracin de las heladas. Si esto no se puede hacer, el mtodo de diseo debe tener

en cuenta el debilitamiento de la subrasante durante la desintegracin de la

primavera.

Congelacin ndice La gravedad de las heladas en una regin determinada puede

expresarse como un ndice de congelacin en trminos de das-grado. Un da un

grado negativo representa un da con un temperatura del aire significa un grado bajo

cero; un grado un da positivo indica un da con una temperatura media del aire en

un grado por encima de cero. La temperatura media del aire para un da determinado

es el promedio de altas y bajas temperaturas durante ese da. Si el significa la

temperatura del aire es de 25 F en el primer da y 22 F en el segundo y tercero

da, los das totales de grado para el perodo de tres das son (25 32) + 2 (22 32) = 27 grados da. Dado que la temperatura media del aire de cada da, los das-grado para cada mes pueden calcularse de manera similar. Una parcela de

grados das acumulados frente a los resultados de tiempo en una curva, como se

muestra en la Figura 1.17. La diferencia entre el mximo y el mnimo puntos de la

curva en un ao se llama el ndice de congelacin para ese ao. La congelacin ndice

se ha correlacionado con la profundidad de penetracin de las heladas y se puede

utilizar como un factor de diseo de pavimentos y la evaluacin.