AÑO - UGrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/38281/1/BMAT-V099-2018-Ing… · mendoza donoso jacob isaac solorzano sanchez maria gabriela c.i. nº 0925699209 c.i n° 0930560974

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

VÍAS

TEMA:

EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LOS EJES EQUIVALENTES DE

LOS VEHÍCULOS QUE CIRCULAN POR LA VÍA DURÁN-BOLICHE

OBTENIDOS DE LOS REGISTROS DE LA ESTACIÓN DE PEAJE

“BOLICHE” PESADOS MEDIANTE LA METODOLOGÍA MECANICISTA

WIM Y LOS DETERMINADOS POR EL MÉTODO AASHTO-93.

AUTORES:

JACOB ISAAC MENDOZA DONOSO

MARÍA GABRIELA SOLÓRZANO SÁNCHEZ

TUTOR:

ING. CARLOS MORA CABRERA

AÑO

2018

GUAYAQUIL – ECUADOR

ii

Agradecimiento

Agradecido de Dios ante todo por el largo camino que me puso para conocer mis

límites y de todo lo que se puede ser capaz dándome las fuerzas para continuar, a

mi hermana Erikka Velastegui Donoso por su infinito apoyo moral, su amor por no

dejarme caer en los momentos difíciles y ser mi pilar fundamental antes y durante mi

carrera, a Xavier Cisneros (cuñado) por brindarme su apoyo incondicional en todo

este largo camino, a James Mendoza (mi hijo) por ser mi motivación ,mi motorcito

para seguir adelante y no decaer, al Ing. Javier Córdova (padrino) por enseñarme lo

que es la vida y lo que se debe esforzar para llegar al objetivo siempre siendo

humilde, a Ing. Kevin Castro por estar conmigo en los buenos y malos momentos

como el mejor de los mejores amigos que considero y por guiarme en mi carrera

universitaria y enseñarme de los retos que se deben tomar y no podía faltar mi

compañera de tesis, Gabriela Solórzano (novia), gracias por la comprensión,

química, amor y compromiso que pusiste de parte para lograr este proyecto gracias

por ser parte de esta meta que se vamos a cumplir, te amo mucho.

JACOB MENDOZA DONOSO

iii

Dedicatoria

Este trabajo de titulación se lo dedico en especial a Arq. Rocío Donoso

Fernández (madre), Erikka Velastegui Donoso (hermana) y James Mendoza Pila

(hijo), a todos ustedes por ser esa batería inagotable para continuar, por ser esa

inspiración de cada día y esa superación constante para lograr mis metas y seguir

superándome y por ser las personas que quedaran en mi mente y corazón para toda

la vida.

A todos mis profesores y compañeros que durante este tiempo compartimos

momentos buenos y experiencias únicas durante la carrera.

A las futuras generaciones que se nutran de conocimientos y esta información les

sea de total ayuda en lo que más se pueda.

JACOB MENDOZA DONOSO

iv

Agradecimiento

A mi mamá y a mi abuela materna, que me han brindado su apoyo incondicional,

su preocupación y amor; alentándome siempre para ser cada día una mejor persona

en todos los aspectos de mi vida.

Al Ing. Carlos Mora Cabrera por su paciencia y guía al ser mi tutor de tesis. De

igual forma al Ing. Javier Córdova Rizo que estuvo presto a responder cualquier

inquietud o incógnita que como estudiantes solemos tener.

Gabriela Solórzano Sánchez

v

Dedicatoria

Esta tesis la dedico a Dios por bendecirme cada día hasta lograr esta meta. A los

docentes de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de

Guayaquil, Carrera de Ingeniería Civil, quienes han impartido sus valiosos

conocimientos y experiencias durante mi formación académica, y; a mi querida

familia que ha estado pendiente de mis avances estudiantiles.

Gabriela Solórzano Sánchez

vi

Universidad de Guayaquil

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

Escuela de Ingeniería Civil

UNIDAD DE TITULACION Telf: 2283348

Guayaquil, 4 de Septiembre del 2018

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR

Yo, Ing. GINO FLOR CHÁVEZ, MSc., habiendo sido nombrado tutor del trabajo de titulación

“EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LOS EJES EQUIVALENTES DE LOS VEHÍCULOS QUE CIRCULAN POR

LA VÍA DURÁN-BOLICHE OBTENIDOS DE LOS REGISTROS DE LA ESTACIÓN DE PEAJE “BOLICHE”

PESADOS MEDIANTE LA METODOLOGÍA MECANICISTA WIM Y LOS DETERMINADOS POR EL

MÉTODO AASHTO-93.”, certifico que el presente, elaborado por

el Sr. MENDOZA DONOSO JACOB ISAAC, con C. I. N° 092569920-9 y la Srta. SOLÓRZANO SÁNCHEZ

MARÍA GABRIELA con C.I. N° 093056097-4, del núcleo estructurante VÍAS, con mi respectiva

supervisión como requerimiento parcial para la obtención del título de INGENIERO CIVIL, en la

Carrera de Ingeniería Civil, ha sido REVISADO Y APROBADO en todas sus partes, encontrándose apto

para su sustentación.

Atentamente,

_________________________________

Ing. Gino Flor Chávez

DOCENTE TUTOR REVISOR

ANEXO 11

vii


Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

Escuela de Ingeniería Civil

UNIDAD DE TITULACION Telf: 2283348

Guayaquil, 4 de Septiembre del 2018

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

Nosotros, MENDOZA DONOSO JACOB ISAAC con C.I. Nº 0925699209 y SOLORZANO SANCHEZ

MARIA GABRIELA con C.I. Nº 0930560974, certifico que los contenidos desarrollados en este

trabajo de titulación, cuyo título es “EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LOS EJES EQUIVALENTES DE

LOS VEHÍCULOS QUE CIRCULAN POR LA VÍA DURÁN-BOLICHE OBTENIDOS DE LOS REGISTROS DE LA

ESTACIÓN DE PEAJE “BOLICHE” PESADOS MEDIANTE LA METODOLOGÍA MECANICISTA WIM Y LOS

DETERMINADOS POR EL MÉTODO AASHTO-93“son de mi absoluta propiedad y responsabilidad y

según el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,

CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, autorizo el uso de una licencia gratuita intransferible y no exclusiva

para el uso no comercial de la presente obra con fines no académicos, en favor de la Universidad de

Guayaquil, para que haga uso del mismo, como fuera pertinente.

Atentamente,

_____________________________ __________________________________

MENDOZA DONOSO JACOB ISAAC SOLORZANO SANCHEZ MARIA GABRIELA

C.I. Nº 0925699209 C.I N° 0930560974

“CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899-Dic./2016) Artículo 114.- De los titulares de derechos de obras creadas en las instituciones de educación superior y centros educativos.- En el caso de las obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas politécnicas, institutos superiores técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de arte y los conservatorios superiores, e institutos públicos de investigación como resultado de su actividad académica o de investigación tales como trabajos de titulación, proyectos de investigación o innovación, artículos académicos, u otros análogos, sin perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra con fines académicos.

ANEXO 12

viii

DECLARACIÓN EXPRESA

ART.- XI del reglamento interno de graduación de la Facultad de

Ciencias Matemáticas y Física de la Universidad de Guayaquil

La responsabilidad por los hechos, ideas y doctrinas expuestas en este trabajo

de titulación corresponde exclusivamente a los autores, y el patrimonio

intelectual de la Universidad de Guayaquil.

___________________________ ____________________________

MENDOZA DONOSO JACOB ISSAC SOLORZANO SANCHEZ MARIA GABRIELA

C.I N° 0925699209 C.I N° 0930560974

ix

TRIBUNAL DE GRADUACIÓN

________________________________ ________________________________

Ing. Eduardo Santos Baquerizo, MSc. Ing. Carlos Mora Cabrera, MSc. DECANO TUTOR ________________________________ ________________________________

VOCAL VOCAL

x

Resumen

El proyecto a presentarse trata de la evaluación comparativa entre dos métodos

dirigidos al estudio de tránsito, cuyo objetivo es determinar los espectros de cargas

de los vehículos pesados que circulan por la vía Durán-Boliche. Tradicionalmente

para el estudio de tráfico se trabaja con el método AASHTO-93 para fines de diseño,

construcción y rehabilitación de vías, pero con el transcurso de los años se ha

incrementado el tráfico de vehículos pesados y muchas veces estos vehículos

circulan con exceso de carga; por lo que no es recomendable trabajar con este

método debido que genera resultados poco confiables de tal manera provoca que el

tiempo de vida útil del pavimento se acorte. Por tal motivo es importante conocer el

peso real de estos vehículos mediante el uso de un método automatizado, el cual es

un sistema que pesa el vehículo en movimiento; a este método se lo conoce como

WIM por sus siglas en inglés (weight in motion), que en español significa peso en

movimiento, obteniendo así resultados más favorables para lograr que los

pavimentos tengan un buen desempeño y cumplan con las expectativas para las

cuales fueron diseñados.

xi

Abstract

The project to be presented deals with the comparative evaluation between two

methods directed to the study of traffic, whose objective is to determine the

magnitudes of loads of the heavy vehicles that circulate in the Durán-Boliche route.

Traditionally, for the study of traffic, an empirical method is used for the design,

construction and rehabilitation of roads. Over the years, heavy vehicle traffic has

increased and these vehicles often circulate with excess weight; so it is not advisable

to work with this method because it generates inaccurate results and this causes the

useful life of the pavement to be affected. For this reason it is important to know the

real weight of these vehicles through the use of an automated method, which is a

system that weighs the vehicle in motion; this method is known as WIM for its

acronym in English weight in motion, which in Spanish means weight in movement,

thus obtaining reliable results to ensure that the pavements perform well and meet

the expectations for which they were designed.

xii

Índice General

Capítulo I

Generalidades

1.1. Antecedentes……………………………………………………………………...…1

1.2. Ubicación……………………………………………………………………….…....2

1.3. Planteamiento……………………………………………………………….……....3

1.4. Delimitación del tema……………………………………………………….….......3

1.5. Objetivos…………………………………………………………………………......4

1.5.1 General……………………………………………………………………......4

1.5.2 Específicos………………………………………………………….……...…4

1.6. Justificación…………………………………………………………………………….4

1.7. Alcance del proyecto…………………………………………………………….…….5

Capítulo II

Marco Teórico

2.1. Vías………………………………………………………………………………...……6

2.2. Pavimento………………………………………………………………………………6

2.2.1 Pavimento flexible……………………………………………………………8

2.2.1.1. Variables de diseño para pavimentos flexibles……………..…9

2.3. Estudio de Tráfico………………………………………………………………….…12

2.3.1. Tráfico………………………………………………………………………..12

xiii

2.3.2 Conteos de tráfico…………………………………………………………..13

2.3.3. Composición del tráfico……………………………………………………13

2.3.4. Tráfico promedio diario anual……………………………………………..14

2.3.5. Tráfico generado……………………………………………………………14

2.3.6. Tráfico desarrollado……………………………………….………………..14

2.3.7. Tráfico diario anual asignado………………………………………….…..14

2.3.8. Tráfico proyectado o futuro………………………………………………..15

2.4. Caracterización de las cargas del tránsito vehicular……………………..….…...16

2.4.1. Tipos de ejes…………………………………………….…………….…....16

2.4.2. Pesos en ejes………………………………………………………….……16

2.4.2.1. Sistema de pesaje estático………………….…………….…….16

2.4.2.2. Sistema de pesaje dinámico…………………………………....17

2.5. Métodos para caracterizar las cargas del tránsito vehicular………………..…..19

2.5.1. Método empírico AASHTO 93…………………………………………....19

2.5.1.1. Ejes equivalentes de carga………………………………….….20

2.5.1.2. Factor camión………………………………………………….....20

2.5.1.3. Factor de distribución por carril…………………………...........21

2.5.1.4. Factor de distribución direccional…………………………..…..21

2.5.2. Método Mecanicista empírico WIM………………………………..……...22

xiv

2.5.2.1. Espectros de carga………………………………………..……..22

Capítulo III

Marco Metodológico

3.1. Introducción…………………………..…………………………………………...…..25

3.2. Proceso para obtener el estudio del tráfico……………………………..….……...26

3.2.1. Tráfico actual…………………………..…………………………….……...26

3.2.2. Tráfico proyectado……………………...………………………….…..…..26

3.3. Procedimientos para evaluar las características de las

cargas del tránsito vehicular………………….…………………………….………26

3.3.1. Metodología AASHTO 93………………………………………..………...27

3.3.1.1. Condiciones actuales………………………………………….....27

3.3.1.2. Condiciones para la proyección del tráfico…………………….27

3.3.2. Metodología Mecanicista WIM…………………………….………………28

3.3.2.1. Condiciones actuales………………………….…………………28

3.3.2.2. Condiciones para la proyección del tráfico…………………….30

Capítulo IV

Desarrollo

4.1. Características de la vía de estudio………………………………………..…….…31

xv

4.2. Demanda Actual……………………………………..………...……………….....….31

4.2.1. Obtención del tráfico de estudio…………………………...……………...31

4.2.1.2. Cálculo del TPDS………………………………..…………….....33

4.2.1.3. Cálculo de TPDA………………………………………………....34

4.2.1.4. Cálculo del tráfico promedio diario anual asignado……....…..35

4.2.2. Demanda proyectada.……………………………...………………….......35

4.2.2.1. Cálculo del tráfico promedio diario anual asignado….….…....36

4.2.2.2. Cálculo del tráfico proyectado …………………...……………..37

4.2.2.3. Clasificación de la vía……………………..……………………..38

4.2.2.4. Relación entre los volúmenes de tránsito

TPDA y TPDS…………………………………….……………...39

4.3. Caracterización de las cargas del tránsito vehicular……………….………….....42

4.3.1. Método Empírico AASHTO………………………………………………..45

4.3.1.1. Evaluación Actual………………..…………………………........46

4.3.2. Método Mecanicista WIM………………...……………………………......79

4.3.2.1. Evaluación Actual………………………………….….…….…...81

4.3.2.2. Evaluación Proyectada…………………………….…...……….91

xvi

Capítulo V

Conclusiones y Recomendaciones

5.1. Conclusiones……………………………………………………………………….....98

5.2. Recomendaciones………………………….………………………………………...99

Bibliografía

Anexo 1

Anexo 2

Anexos fotográficos

xvii

Índice de Tablas

Tabla 1: Coordenadas (UTM WGS84 17S) de la estación WIM………..……..……....2

Tabla 2: Periodos de diseño………………………...……………………………………10

Tabla 3: Niveles de confiabilidad recomendados………………………………………11

Tabla 4: Tasa de Crecimiento Vehicular Nacional………………………………...…..15

Tabla 5: Factores de distribución por carril……………………………….……….……21

Tabla 6: Volumen de vehículos circulados en la vía de estudio…………………...…32

Tabla 7: Factor de variación mensual……………..…………….………………………34

Tabla 8: Factor de ajuste diario………………….…………….………………………...36

Tabla 9: Tasa de crecimiento vehicular……………….…………………………….….37

Tabla 10: Proyección del tráfico asignado a un periodo de 10 años…………..……38

Tabla 11: Clasificación de carreteras según el MTOP……….…………………….…39

Tabla 12: Pesos máximos establecidos por tipo de eje en vehículos

pesados……………………………………………………………………………...….….46

Tabla 13: Factor de distribución de carril………….……………………….…………..47

Tabla 14: Tasa de Crecimiento………….……………………………………………....48

Tabla 15: Valores de GF……………….…………………………………………………48

Tabla 16: Valores de TKS…………………………………………………………..…….48

Tabla 17: Composición vehicular………………………………………….………..…...49

xviii

Tabla 18: Ley de la cuarta potencia…………………………………….……….………49

Tabla 19: Cálculo del Factor Camión – Ley de la Cuarta Potencia – MTOP..…......50

Tabla 20: Cálculo del Factor Camión – AASHTO 93 – MTOP……………...…..…...51

Tabla 21: Cálculo del factor camión – Instituto del Asfalto – MTOP………...…..….53

Tabla 22: Resumen de los ejes equivalentes por los tres métodos………………....54

Tabla 23: Cálculo del factor camión del 2018 – 2020 ………….................…………55

Tabla 24: Cálculo del factor camión del 2021 – 2024..……………………………….56

Tabla 25: Cálculo del factor camión del 2025 – 2027……………………..……….....57

Tabla 26: Cálculo de los ejes equivalentes 2018 – 2020.……..…………………......58

Tabla 27: Cálculo de los ejes equivalentes 2021 – 2024….………………..………...58

Tabla 28: Cálculo de los ejes equivalentes 2025 – 2027.………………….………....59

Tabla 29: Confiabilidad (R%)………………………………………………….………..60

Tabla 30: Datos de CBR de diseño…………………………………………….………61

Tabla 31: Límites para la selección de resistencia…………………….……..…….…61

Tabla 32: Calidad del Drenaje m…………………………………………………….…75

Tabla 33: Coeficientes para el diseño del pavimento con el TPDA – MTOP….…...75

Tabla 34: Coeficiente para el diseño del pavimento con un

diseño de 10 años MTOP……………………...……………………………..……….....78

xix

Tabla 35: Estadísticas de pesos de vehículos según la

clasificación del MTOP ……………………………....................................................81

Tabla 36: Resultado del número total de ejes por tipología…….....……………..…..82

Tabla 37: Cálculo del espectro de carga para ejes del tipo

eje simple rueda simple…………………....................................................................83

Tabla 38: Cálculo del espectro de carga para ejes del tipo

eje simple rueda doble………….…………………………………………………..........83

Tabla 39: Cálculo del espectro de carga para ejes del tipo eje tándem…………….84

Tabla 40: Cálculo del espectro de carga para ejes del tipo eje trídem..……............84

Tabla 41: Tránsito Promedio Diario proyectado a 10 años…………………...……..92

Tabla 42: Cálculo de los ejes equivalentes de los ejes simple

rueda simple…………………………………………………………………..…………...93

Tabla 43: Cálculo de los ejes equivalentes de los ejes simple

rueda doble……………………………………………………………………….………..93

Tabla 44: Cálculo de los ejes equivalentes de los ejes tándem…………….…........94

Tabla 45: Cálculo de los ejes equivalentes de los ejes trídem…………………........94

Tabla 46: Coeficientes para el diseño del pavimento con el

TPDA proyectado a 10 años – WIM……...................................................................97

xx

Índice de Ilustraciones

Ilustración 1: Ubicación geográfica de la estación automática WIN…………….……2

Ilustración 2: Fisura en bloque en un pavimento flexible……………………………...7

Ilustración 3: Influencia de la transferencia de carga en un

Pavimento Rígido…………………………………………….…………………………..….8

Ilustración 4: Estructura de Pavimento flexible…………………………….…………...8

Ilustración 5: Configuraciones del sistema WIM………………………………….…..17

Ilustración 6: Equipo electrónico para pesaje en movimento………………………..18

Ilustración 7: Esquema de instalación piezo-loop-piezo (cm)………………….……19

Ilustración 8: Ejes equivalentes de referencia…………………………………….…..19

Ilustración 9: Ejemplo del espectro de carga de ejes del tipo

simple sencillo en su versión relativa………………..…………………….…………….23

Ilustración 10: Ejemplo del espectro de carga de ejes del tipo

simple sencillo en su versión acumulada ………………………….............................23

Ilustración 11: Vista panorámica de la calzada de la vía de estudio…………..…...31

Ilustración 12: Tipo de vehículos motorizados, remolques y

semirremolques………………………………………..…..…………………………..…..43

Ilustración 13: Posibles combinaciones de tipo de vehículos……………..………...44

xxi

Ilustración 14: Configuración de pesos máximos por tipo de

eje de vehículos pesados establecidos por el MTOP……………………….……..…..45

Ilustración 15: Cálculo de CBR de Diseño………………………………………….…62

Ilustración 16: Nomograma para determinar el coeficiente

estructural para bases granulares.……………………………...…………………….....63


estructural para sub-bases granulares….……………………………….………….…..64


estructural para sub-base granular…………….………………………………………...65

Ilustración 19: Ábaco AASHTO para pavimentos flexibles,

determinando el SN de la base granular……………………………………….…….....66

Ilustración 20: Cálculo del SN de la base granular por el

software AASHTO 93………………………..……………………….……………….…..67


determinando el SN de la sub-base granular………………………………..….….….68

Ilustración 22: Cálculo del SN de la sub-base granular por

el software AASHTO 93…………………………………………………………………..69


determinando el SN del mejoramiento……………………………………….…...……..70

xxii

Ilustración 24: Cálculo del SN del mejoramiento por el

software AASHTO 93…………………………………………………...……………..….71


determinando el SN de la subrasante…………………………………..………….……72

Ilustración 26: Cálculo del SN de la subrasante por el

software AASHTO 93……………………………………………………………………...73

Ilustración 27: Cálculo del SN del base granular por el

software AASHTO 93…….……………………………………….………….……………76

Ilustración 28: Cálculo del SN del sub-base granular por el

software AASHTO 93…….……………………………………….………….……………76


software AASHTO 93…….……………………………………….………….……………77

Ilustración 30: Cálculo del SN del subrasante por el

software AASHTO 93…….……………………………………….………….……………77

Ilustración 31: Diagrama de corte en la superficie de la vía………….…………..….79

Ilustración 32: Corte en la superficie de la vía……………………………….……..…79

Ilustración 33: Instalación del cable para el lazo inductivo………………................80

Ilustración 34: Colocación del sensor piezoeléctrico dentro

de la cinta con manga…………………………………………………………….…..…...80

xxiii

Ilustración 35: Colocación de la resina asfáltica de protección……………………..81

Ilustración 36: Espectro de carga de ejes del tipo simple rueda

simple versión relativa……………….…………………………………………………….85


doble versión relativa…………………………………………………………...…….…...86

Ilustración 38: Espectro de carga de ejes del tipo tándem versión relativa………..86

Ilustración 39: Espectro de carga de ejes del tipo trídem versión relativa…………87


simple versión acumulada……………………………………………………….………..88


doble versión acumulada…………………………………………...………....……….....89

Ilustración 42: Espectro de carga de ejes del tipo tándem versión

acumulada……………………………………………………………………………….....89

Ilustración 43: Espectro de carga de ejes del tipo trídem versión

acumulada……………………………………………………………………………..…...90

Ilustración 44: Porcentajes de ejes con sobrecarga………………………………....90


software AASHTO 93…….……………………………………….………….……………95

xxiv

Ilustración 46: Cálculo del SN del sub-base granular por el

software AASHTO 93…….…………………………………….………….……………..96


software AASHTO ………………………………………………………………………..96


software AASHTO 93…….………………………………….………….………………..97

xxv

Introducción

Una vía es un área debidamente condicionada para el paso de vehículos

automotores, las cuales están compuestas por varios carriles o calzadas; uno de los

elementos preponderantes de las vías es el pavimento, el cual es una estructura

conformada por varias capas de materiales seleccionados que se apoyan en la

subrasante; éste puede transmitir las cargas generadas por el tráfico vehicular y la

acción del medio ambiente, así como transmitir al terreno de fundación esfuerzos y

deformaciones. Los pavimentos pueden ser de tipo flexible, rígido, articulado, etc.

Los pesos de los vehículos los podemos determinar de diferentes maneras,

utilizando el método de la AASHTO 93, método de balanza fija, también el método

mecanicista WIM; estas cargas son transformadas a ejes equivalentes, los que son

necesarios para que sean usados en los métodos para su diseño.

Es conocido que para el diseño de pavimento utilizamos varios factores que están

basados en diversos parámetros que influyen en el cálculo, entre ellos las cargas.

Un diseño del pavimento óptimo depende de que la utilización del método para

obtener las cargas y por ende los ejes equivalentes sean realizados eficientemente

para así el pavimento cumpla su período de vida útil.

El presente trabajo lo realizaremos para determinar el peso de los vehículos

utilizando el método AASHTO 93 y su transformación a ejes equivalentes, así como

el método mecanicista WIM, el cual pesa los vehículos en movimiento y dicho peso

se transforma en ejes equivalentes; de esa manera compararemos ambos

resultados y analizaremos la diferencia en caso de existir. Los ejes equivalentes

xxvi

determinados por estos dos métodos los aplicaremos en el cálculo de una estructura

de pavimento flexible con las mismas condiciones de tráfico que la vía a tratarse.

1

Capítulo I

Generalidades

1.1 Antecedentes

La vía Durán-Boliche es una colectora, que cuenta con cinco tramos, de los

cuales los tramos 1, 2 y 3 tienen cuatro carriles y los tramos 4 y 5 tienen diez

carriles; está identificada a nivel nacional como E40; concesionada por CONORTE

S.A., bajo la jurisdicción del Gobierno Provincial de la Provincia del Guayas.

Con el transcurso de los años, la circulación vehicular se ha incrementado

considerablemente debido al desarrollo agrícola, industrial, turismo y de producción

de los sectores que une esta vía, por ello en el 2012 la entidad responsable de su

administración realizó la ampliación a diez carriles; a pesar de dicha ampliación, la

vía se ha afectada por el congestionamiento de vehículos en ciertos tramos, así

como deterioro de la capa de rodadura del pavimento.

Para el diseño de las vías, el MTOP emplea las normas del AASHTO-93; dicho

método es usado para establecer diferentes parámetros de las carreteras. Este

procedimiento proporciona cargas por eje de cada vehículo y utiliza cuatro factores

preponderantes como son: suelo, drenaje, tráfico y materiales, siendo el tráfico el

factor fundamental en analizar en este trabajo.

El método WIM, por lo contrario, es un Método Mecanicista que realiza un pesaje

directo de los vehículos en movimiento que transitan por la vía. De ésta manera se

podrá conocer la carga real que actúa sobre el pavimento. En ambos métodos

emplearemos datos de tráfico proporcionados por la estación del peaje.

Este trabajo propone determinar el número de ejes equivalentes que circulan por

la vía Durán-Boliche, partiendo de los datos recaudados del pesaje directo en la

estación de peaje “Boliche” y las cargas por eje determinadas por la AASHTO 93.

2

1.2 Ubicación

La vía de estudio se encuentra localizada en la provincia del Guayas, uniendo al

cantón Duran y la parroquia Boliche (Km 26). Para este efecto se ha considerado la

estación de pesaje WIM q está a 426 metros de la estación “Boliche”.

Tabla 1: Coordenadas (UTM WGS84 17S) de la estación WIM

Fuente: León & Godoy Consultores

Ilustración 1: Ubicación geográfica de la estación automática WIM

Fuente: Google Earth

N: 9756373

E: 639002ESTACION DE PESAJE WIM

3

1.3. Planteamiento del problema

El proyecto se enfoca en el deterioro de la estructura del pavimento que son

notorios en algunos tramos de la vía Durán-Boliche, es importante que el diseño del

pavimento tenga datos que hayan sido obtenidos eficientemente del estudio de

tráfico, estudio de suelo, propiedades de materiales y drenaje; la falencia de la

obtención de estos parámetros puede ocasionar que la estructura del pavimento no

cumpla el periodo de vida para el cual ha sido diseñado.

Por este motivo, para realizar una buena determinación de carga; se propuso

plantear como tema de estudio la “Evaluación comparativa de los ejes

equivalentes de los vehículos que circulan por la vía Duran-Boliche obtenidos

de los registros de la estación de peaje “Boliche” pesados mediante la

metodología Mecanicista WIM y los determinados por el Método AASHTO-93.”

1.4. Delimitación del tema

La presente evaluación comparativa consistirá en determinar los pesos de los

vehículos obtenidos mediante los métodos WIM y el AASHTO-93, siendo el último

mencionado, una conversión de los pesos de los vehículos a número de ejes

equivalentes de 80 KN. Mientras que, con el método que mencionamos primero, se

calcularán los espectros de cargas generados por el tráfico medidos mediante el

conteo vehicular automatizado para establecer una posible diferencia entre estos

dos procedimientos.

4

1.5 Objetivos

1.5.1 General

Obtener los ejes equivalentes mediante los métodos AASHTO-93 y el

mecanicista WIM a partir de la carga de los vehículos y determinar su

variación aplicándolos en el diseño de una estructura de un pavimento.

1.5.2 Específicos

Determinar el tráfico existente con los datos obtenidos de la estación

del peaje “Boliche” y determinar los ejes equivalentes a partir del método

AASHTO-93.

Determinar los ejes equivalentes a partir de las cargas obtenidas del

pesaje del método mecanicista WIM.

Diseñar la estructura de un pavimento flexible utilizando los ejes

equivalentes obtenidos por ambos métodos.

1.6 Justificación

Para el diseño de la estructura de un pavimento es necesaria la obtención

eficiente de los ejes equivalentes entre los demás factores, ya que es importante

conocer la capacidad portante de la subrasante así como sus características,

drenaje y la calidad de los materiales considerados para el diseño, los cuales deben

estar acorde a los requerimientos dados por la especificación utilizada, en este caso

el método AASHTO 93.

Sabemos la importancia del estudio del tráfico para saber la capacidad vial y su

composición para realizar el cálculo de la estructura del pavimento, el método

AASHTO 93 expresa las cargas de los vehículos para después transformarlas a

5

ejes equivalentes; dichas cargas son referenciales, por lo que no se toma en cuenta

la posible variación de peso que generarían los vehículos que son modificados de

su modelo inicial, por lo que existiría una diferencia entre las cargas consideradas

por el método AASHTO 93 y las modificadas que son las determinadas por un

pesaje directo por el método mecanicista WIM; por tal motivo es necesario

considerar esta diferencia en el diseño del pavimento.

1.7 Alcance del proyecto

La presente evaluación comparativa consistirá en determinar los pesos de los

vehículos en movimiento obtenidos mediante el método WIM y los determinados por

el método AASHTO 93; mediante la obtención del tráfico proporcionado por la

empresa concesionaria, CONORTE S.A., se procede a transformar dichos pesos en

ejes equivalentes para compararlos a fin de determinar la diferencia que puede

existir entre los dos métodos antes mencionados. A partir de estos resultados y la

información proporcionada por la entidad concesionaria sobre el suelo, materiales

utilizados y drenaje se realizará el diseño de la estructura del pavimento que debería

existir en la vía actual.

6

Capítulo II

Marco Teórico

2.1. Vías

“Es el área debidamente condicionada para el paso de peatones, cabalgaduras o

vehículos” (Manual del Ministerio de Transporte y Obras Públicas, 2002)

Las vías de comunicación terrestres son obras de Ingeniería de uso público,

diseñadas con la finalidad para el tránsito vehicular. Según sus características

constan de los siguientes elementos:

Carril: espacio destinado para la circulación de una fila de vehículos.

Calzada: espacio destinado para la circulación de vehículos compuesto

por uno o más carriles.

Cuneta o drenaje: son canales que se construyen a los lados de la

corona de la vía y paralelamente al eje longitudinal de la misma.

Bermas: las bermas son aquellas partes de la corona del pavimento

que se ubican cerca de la superficie de rodadura y sirven para que el

vehículo pueda parar o estacionarse en caso de emergencia.

2.2. Pavimento

Un pavimento está constituido por un conjunto de capas superpuestas,

relativamente de forma horizontal, que se diseñan y construyen técnicamente con

materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras

estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una vía obtenida por el movimiento

de tierras en el proceso de exploración y que han de resistir adecuadamente los

7

esfuerzos que las cargas repetidas por el tránsito le transmiten durante el periodo

para el cual fue diseñada la estructura del pavimento. (Fonseca, 2006)

Los pavimentos se clasifican en:

Pavimentos flexibles

Pavimentos rígidos

Pavimentos mixtos

Pavimentos articulados

Por lo general los pavimentos más utilizados son los pavimentos flexibles (asfalto

o material bituminoso), los pavimentos rígidos (concreto hidráulico), y los

pavimentos articulados (adoquines), la vía que elegimos para nuestro proyecto de

titulación está conformada por un pavimento flexible, de tal manera que nos

enfocaremos en este tipo de pavimento explicando sus características y variables

que se usan para su diseño.

Ilustración 2: Fisura en Bloque en un Pavimento Flexible

Fuente: Mendoza Donoso Jacob & Solórzano Sánchez Gabriela

8

Ilustración 3: Influencia de la transferencia de carga en un Pavimento Rígido

Fuente: Mendoza Donoso Jacob & Solórzano Sánchez Gabriela

2.2.1 Pavimento flexible

Este tipo de pavimentos están conformados por una capa bituminosa apoyada

generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y la subbase. No obstante, puede

prescindirse de cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades

particulares de cada obra. (Fonseca, 2006)

Ilustración 4: Estructura de Pavimento flexible

Elaborado por: Mendoza Donoso Jacob & Solórzano Sánchez Gabriela

9

En la ilustración se aprecia las siguientes capas:

Capa asfáltica o concreto asfaltico está constituido por cemento

asfaltico y agregado mineral, cuya función es resistir los efectos del tránsito y

la intemperie.

Base es una capa de espesor definido, colocada sobre la sub-base o

subrasante, cuya función es soportar la capa de rodadura.

Sub base es una capa de espesor definido, colocada sobre una

subrasante aprobada, para soportar las dos capas superiores de base

granular y capa de rodadura.

Sub rasante se define a la superficie preparada y compactada, sobre

la cual se coloca la estructura de pavimento, puede estar constituida por

suelos en su estado natural, o estos por un proceso de mejoramiento

mediante material de préstamo. (MOP-001-F-2002, 2002)

2.2.1.1. Variables de diseño para pavimentos flexibles

Las variables que se usan para el diseño de pavimentos flexibles son las

siguientes:

Tránsito

Serviciabilidad

Periodo de diseño

Confiabilidad

Drenaje

Módulo Resiliente

Numero estructural

10

Propiedades de los materiales

De las siguientes mencionadas variables se detallará cada una de ellas y la

incidencia que tienen dentro del diseño de un pavimento flexible y la determinación

de cargas producidas por el tránsito vehicular.

Tránsito

Se define como la circulación de los vehículos motorizados y peatones por sitios

como calzadas, carreteras y autopistas. (Apuntes de Ingeniería de Tránsito)

En vías de comunicación, el tránsito hace referencia al flujo vehicular, por lo que

se lo denomina de manera técnica como tráfico o tránsito vehicular.

Periodo de diseño

“Es el lapso transcurrido desde que se inaugura la estructura al servicio, hasta

que los deterioros producidos por el tránsito y los agentes ambientales hacen que la

vía pierda su funcionalidad.” (Fonseca, 2006)

En función del tránsito, los periodos de diseño que establece la AASHTO se

indican en la tabla 2 en función al tipo de vía.

Tabla 2: Periodos de diseño

Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structure 1993


TIPOS DE CARRETERAS PERIODO DE DISEÑO (AÑOS)

URBANA DE TRANSITO ELEVADO 30 a 50

INTERURBANA DE TRANSITO ELEVADO 20 a 50

PAVIMENTADA DE BAJA INTENSIDAD DE TRANSITO 15 a 25

DE BAJA INTENSIDAD DE TRANSITO PAVIMENTADA CON GRAVA 10 a 20

11

Confiabilidad

“La confiabilidad se define como la probabilidad de que el sistema estructural que

forma el pavimento cumpla su función prevista dentro de su vida útil bajo las

condiciones ambientales que tiene lugar en ese lapso”. (Mora & Sangoquiza, 2018)

En la siguiente tabla 3, la AASHTO recomienda los siguientes niveles para

confiabilidad.

Tabla 3: Niveles de confiabilidad recomendados

Fuente: AASHTO, Guide for Desing of Pavement Structure 1993

Elaborado por: Mendoza Donoso & Solórzano Sánchez Gabriela

Serviciabilidad

“La serviciabilidad se define como la capacidad del pavimento para brindar un uso

confortable y seguro al tránsito vehicular”. (Morán & Sangoquiza, 2018)

Drenaje

Es la capacidad natural que posee cada uno de los materiales que constituyen el

paquete estructural para reducir o eliminar el agua. La presencia de este elemento

juega un papel importante en el diseño de pavimento, debido a que la humedad

tiene gran influencia sobre las propiedades de los materiales. (Morán & Sangoquiza,

2018)

ZONA URBANA ZONA RURAL

RUTAS INTERESTATALES Y AUTOPISTAS 85-99.9 80-99.9

ARTERIAS PRINCIPALES 80-99 75-99

COLECTORAS LOCALES 80-95 75-95

LOCALES 50-80 50-80

CONFIABILIDAD RECOMENDADATIPOS DE CAMINOS

12

Módulo Resiliente

El módulo resiliente es la propiedad que caracteriza los materiales de la

subrasante, considerando una medida de las propiedades elásticas del suelo, se

determina mediante la realización del ensayo de CBR (California Bearing Rates), el

cual tiene por objeto cuantificar la resistencia del suelo bajo la acción de las cargas

antes de alcanzar su última resistencia al esfuerzo cortante. (Morán & Sangoquiza,

2018)

Propiedades de los materiales

En el diseño de pavimentos flexibles la variable usada dentro de las propiedades

físicas de los materiales es el módulo resiliente, el cual no solo sirve para determinar

el número estructural sino para la obtención de los coeficientes estructurales de

cada capa. (Morán & Sangoquiza, 2018)

Número estructural

Es un número adimensional que expresa la capacidad estructural que tendrá el

pavimento que se va a diseñar para las condiciones de calidad de suelo, como el

tráfico, condiciones ambientales y variación de serviciabilidad durante el tiempo útil

del pavimento. (Apuntes de Pavimentos)

2.3. Estudio de Tráfico

2.3.1. Tráfico

El diseño de una carretera o de un tramo de ella depende del tráfico, con el objeto

de compararlo con la capacidad o volumen máximo de vehículos que una carretera

13

puede absorber, por lo tanto, el tráfico es un factor influyente en las características

del diseño geométrico. (MOP-2003, 2003)

2.3.2. Conteos de tráfico

Existen dos métodos básicos de conteo: el mecánico (registro automático) y el

manual.

Conteos mecánicos

Se utilizan para obtener conteos vehiculares en lugares situados

a mitad de cuadra o en tramos continuos en campo abierto. Existen

aparatos mecánicos portátiles y fijos cuya utilización depende del

objeto del estudio.

Conteos manuales

Este método emplea personal de campo para su realización, con la

ventaja de que permite obtener información detallada sobre:

clasificación vehicular, dirección de recorrido, etc. (Vargas, Rincón,

& González, 2012)

2.3.3. Composición del tráfico

En función de su peso y tamaño se agrupan en:

Livianos: tales como autos, camionetas, entre otros.

Pesados: tales como buses y camiones (Apuntes de Pavimentos)

14

2.3.4. Tráfico promedio diario anual

El tráfico promedio diario anual es una unidad de medida de tráfico; se define

como el volumen total de vehículos que transitan por un punto o sección de una

carretera durante un periodo de tiempo determinado (mayor a un día y menor o igual

a un año), es decir, dividido por el número de días comprendidos en dicho período

de medición. (MOP-2003, 2003).

A partir del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) se obtiene el tráfico

desarrollado, tráfico generado, tráfico proyectado o futuro y tráfico promedio diario

anual asignado.

2.3.5. Tráfico generado

Generalmente se produce dentro de dos años posteriores de la construcción o

reconstrucción de una carretera, su volumen de tráfico está comprendido entre el

20% y 25% del tráfico promedio diario anual. (MOP-2003, 2003)

2.3.6. Tráfico desarrollado

Se produce en particular por la incorporación de nuevas áreas de explotación o

bien por el aumento de la productividad de las tierras ubicadas dentro del área de

influencia de la carretera, por lo general representa un 5% del tráfico promedio diario

anual. (MOP-2003, 2003)

2.3.7. Tráfico diario anual asignado

Volumen promedio de tránsito en veinticuatro horas, obtenido al dividir el volumen

total durante un determinado tiempo, generalmente un año, por el número de días

del mismo período. (Corredor, 2010)

15

2.3.8. Tráfico proyectado o futuro

El pronóstico del volumen y composición del tráfico se basa en el tráfico actual.

Los diseños se basan en una predicción del tráfico a 15 o 20 años y el crecimiento

normal del tráfico, el tráfico generado y el crecimiento del tráfico por desarrollo.

(MOP-2003, 2003).

La proyección de tráfico depende de la tasa de crecimiento, donde intervienen los

siguientes factores como:

El crecimiento vehicular (comisión de tránsito)

La economía del país (producto interno bruto)

El crecimiento poblacional.

En caso de no contar con la información estadística, las proyecciones se harán en

base a la tasa de crecimiento poblacional o al consumo de combustible vehicular,

sin embargo, el Ministerio de Transporte y Obras Públicas ha establecido en base a

estudios de tráfico en nuestro país las siguientes tasas de crecimiento indicadas en

la tabla 4.

Tabla 4: Tasa de Crecimiento vehicular Nacional

TASA DE CRECIMIENTO r

LIVIANOS CAMIONES

4,21 2,52

Fuente: Ministerio de Transporte y Obras Públicas


16

2.4. Caracterización de las cargas del tránsito vehicular

2.4.1. Tipos de ejes

Dentro de los tipos ejes más comunes tenemos:

Eje simple: Denominado también como eje simple sencillo, consta en

sus extremos de una sola rueda.

Eje dual: Denominado también eje simple dual, es un eje simple que

consta en sus extremos de dos ruedas.

Eje tándem: Es aquel elemento conformado por dos ejes simples

cuyos extremos constan de doble rueda.

Eje trídem: Elemento conformado por tres ejes simples con doble

rueda en sus extremos. (Fonseca, 2006)

2.4.2. Pesos en ejes

Los pesos o cargas de los ejes son determinados por normativas recomendadas

que escogemos u obtenidos mediante sistemas de pesajes estáticos o dinámicos.

(Morán & Sangoquiza, 2018)

2.4.2.1. Sistema de pesaje estático

Se utiliza una báscula puente para pesaje estático, generalmente fijo y situado

fuera de la calzada de la vía en el área de pesaje para el control legal de los pesos.

Este procedimiento requiere detener totalmente los vehículos a un costado de la vía

para evitar la interrupción del tránsito vehicular. (Morán & Sangoquiza, 2018)

17

2.4.2.2. Sistema de pesaje dinámico

Este sistema también conocido WIM (pesos en movimiento), consiste en colocar

sobre la carretera unos sensores sensibles al peso (piezoeléctricos). Se utiliza

también un lazo inductivo para categorizar los vehículos. Hay varias configuraciones

que pueden desde pesar y clasificar hasta detectar la velocidad con una buena

posición.

Ilustración 5: Configuraciones del sistema WIM

Fuente: (León y Godoy Consultores, 2017)

Básicamente existen tres tipos de instalación para un sistema de pesaje en

movimiento (WIM):

a) Instalación Fija

b) Instalación Portátil

c) Instalación Mixta

El tipo de instalación a usarse es la instalación portátil, donde el sistema de

pesaje WIM proporciona para cada vehículo el peso por eje, peso total, número de

ejes, espaciamiento entre ejes, clasificación del vehículo, hora y fecha, longitud del

vehículo, velocidad del vehículo, peso equivalente, sentido de circulación, entre

otros.

18

La información se proporciona mediante un cable a un ordenador. El equipo

electrónico posee una carcasa metálica para un protección contra el vandalismo

como la que se muestra a continuación en la ilustración 6:

Ilustración 6: Equipo electrónico para pesaje en movimiento.


El sistema convencional para este tipo de instalación es un sensor piezoeléctrico

– lazo inductivo – sensor piezoeléctrico. En una instalación portátil los sensores se

fijan a la calzada mediante cintas adhesivas de tipo asfáltico, tales como

bithutenemastic, tapecoat, etc. Las cintas que albergan los sensores piezoeléctricos

son de tipo “bolsillo”. Se utiliza un robusto equipo portátil para acondicionamiento de

las señales de los sensores, de funcionamiento a baterías o a panel solar, tomando

las medidas en la carretera en un computador portátil. (León y Godoy Consultores,

2017)

El sistema de pesaje dinámico a alta velocidad (WIM) está constituido para cada

carril, por dos sensores piezoeléctricos Clase I, normalmente de 3,6 metros de

longitud y un lazo inductivo de 1,80 x 1,80 metros situados entre los dos sensores

piezoeléctricos. El esquema básico para el pesaje y clasificación de vehículos a alta

velocidad es el que se muestra en la siguiente ilustración 7:

19

Ilustración 7: Esquema de instalación piezo-loop-piezo (cm)


2.5. Métodos para caracterizar las cargas del tránsito vehicular

2.5.1 Método empírico AASHTO 93

El método empírico AASHTO 93 contempla el concepto de carga por eje de

los diferentes tipos de vehículo, tomando como referencia los pesos estándar de

cada vehículo.

Ilustración 8: Ejes equivalentes de referencia

Fuente: Manual Centroamericano para el diseño de pavimento, 2002

20

2.5.1.1. Ejes equivalentes de carga

Se define como la conversión del tránsito vehicular compuesto (pesado y liviano)

a un número de ejes equivalentes de referencia de 80 KN (18 Kips) mediante la guía

AASHTO 93. (Diseño de pavimento AASHTO 93 Y DIPAV-2).

El proceso de obtención del número de ejes equivalentes de 80 KN se realiza

mediante la utilización de las siguientes variables: factor camión, factor distribución

por carril y factor distribución direccional.

2.5.1.2. Factor camión

Se define como el número de ejes equivalentes por cada tipo de vehículo en

particular, en este factor se suman los daños (factor equivalente de carga)

producidos por cada eje de un vehículo en particular, puede ser determinado por

cada clasificación de camiones o bien de forma ponderada para una composición de

tránsito dada. (Diseño de pavimento AASHTO 93 Y DIPAV-2)

Factor equivalente de carga

Es un valor numérico que expresa la relación entre la pérdida de

Serviciabilidad causada por una dada carga de un tipo de eje y la producida por eje

estándar de 80 KN (18 Kip) en el mismo eje, es decir, expresa el nivel equivalente

de daño entre ejes. (Diseño de pavimento AASHTO 93 Y DIPAV-2)

Existen ecuaciones empíricas desarrolladas por la AASHTO 93 que nos permiten

determinar este factor en función de la carga por tipo de eje, el número estructural

del pavimento y la Serviciabilidad final a la que este puede llegar a

alcanzar.(Apuntes de Pavimentos)

21

2.5.1.3. Factor de distribución por carril

Este factor se define por el carril de diseño, siendo este aquel que recibe el mayor

número de ESAL’s. Si se trata de un camino de dos carriles, cualquiera de los dos

puede ser considerado como carril de diseño, debido a que el tránsito por dirección

obligatoriamente se dirigirá por ese carril, para caminos de varios carriles, el carril

de diseño será el externo por el hecho de que en ese carril circulan los vehículos

pesados. (Manual Centroamericano para el Diseño de Pavimento, 2002)

En la tabla a continuación se mostrarán los factores de distribución por carril

recomendados por el AASHTO 93 en función del número de carriles.

Tabla 5: Factores de distribución por carril

No. CARRILES PORCENTAJE DE EJES

EQUIVALENTES SIMPLES DE 80 KN

1 100

2 80-100

3 60-80

4 o más 50-75

Fuente: AASHTO 93, Guide for Design Pavement Structures 1993


2.5.1.4. Factor de distribución direccional

Por lo general se considera una distribución del 50%, debido a que del total de

volumen de tránsito que circula por una vía, la mitad va por cada dirección, cabe

recalcar que no siempre es así, ya que no puede ser mayor en una dirección

respecto a la otra, de ser este el caso, la cuantificación porcentual de este factor se

22

determinará mediante un censo de tránsito. (Diseño de pavimento AASHTO 93 Y

DIPAV-2)

Para proyectar el número de ejes equivalentes de 80 KN se determina un factor

de crecimiento, el cual está presentado por una expresión matemática en función

del periodo de proyección y la tasa de crecimiento.

2.5.2. Método Mecanicista empírico WIM

Esta metodología permite pesar cualquier vehículo, eje a eje y peso total, sin

obligarlo a detenerse, con dichos pesos se obtiene los ejes equivalentes y con ellos

los espectros de carga que serán usados para diseñar el pavimento.

2.5.2.1. Espectros de carga

Los espectros de carga se definen como la relación entre el número de ejes con

cierto rango de carga y el número total de ese tipo de eje expresado en porcentaje,

es decir nos indica de forma esquemática con qué frecuencia se presentan las

diferentes magnitudes de cargas (agrupadas en rango) para ejes del tipo simple

sencillo, simple dual, tándem y trídem, en un determinado periodo de tiempo;

brindándonos de esta manera una mejor caracterización del tránsito vehicular.

(Anguas, Espectros de Carga y daño para diseño de pavimentos)

Para poder esquematizarlo se necesita calcularlos primero mediante una serie de

rangos de cargas por cada tipo de eje, donde por conteos se calcula el número de

repeticiones o ejes comprendidos por cada rango de carga que han circulado

durante un periodo de tiempo definido, posteriormente se determinan las

frecuencias relativas y acumuladas de estas repeticiones expresándolas en versión

relativa tal como se muestra en la ilustración 9. Por otra parte, estos espectros de

23

carga pueden ser representados en otra versión conocida como acumulada,

considerando las mismas cargas promedio por rangos y las frecuencias acumuladas

expresadas en porcentajes tal como se muestra en la siguiente ilustración 10.

Ilustración 9: Ejemplo del espectro de carga de ejes del tipo simple sencillo en su versión relativa

Fuente: (Morán & Sangoquiza, 2018)

Ilustración 10: Ejemplo del espectro de carga de ejes del tipo simple sencillo en su versión

acumulada

Fuente: (Morán & Sangoquiza, 2018)

24

Entre los múltiples aspectos que se pueden mencionar en relación a los

espectros de carga conviene destacar los siguientes:

1. Cada punto del espectro de carga representa el porcentaje de ejes de un

cierto tipo que circula con cierto nivel de carga.

2. Los valores máximos permiten identificar los niveles de carga más usuales;

niveles que se pueden asociar si los vehículos circulan vacíos o con carga

completa.

3. Permiten determinar el porcentaje de ejes de cierto tráfico con exceso de

carga o peso.

4. Permiten diseñar y revisar la capacidad estructural de un pavimento con

datos realmente representativos de una red carretera. (Anguas, Espectros

de Carga y daño para diseño de pavimentos)

25

Capítulo III

Marco metodológico

3.1. Introducción

En este capítulo se utilizará la información proporcionada del tránsito vehicular

que se tomó cerca a la estación de pesaje WIM en los días de aforo que van desde

el 1 de mayo hasta el 9 de mayo del 2017, información obtenida en base a estudios

de tráfico realizados en la vía de estudio elaborado por el Ministerio de Transporte y

Obras Públicas MTOP, dicha información es ingresada en un formato de hoja de

cálculo dada por los contadores digitales de vehículos en ambos sentidos hasta

completar un registro de los días en los cuales se realizaron los conteos tomando en

consideración los vehículos observados de los que podemos destacar de acuerdo a

su clasificación como son los vehículos livianos, buses, y camiones de diferentes

tipos como lo son el 2DB que es semejante o equivalente a un bus, 2DA, 3A, 4C,

2S2, 2R3, 3R3, 3S2, 3S3 de esta forma se clasifica el tipo de vehículo de acuerdo

por su número de ejes, considerando también el carril de circulación y el tiempo en

el que transita el vehículo y así también datos adicionales como distancias entre

ejes, pesos por ejes individuales, entre otras.

Esta hoja de datos elaborada, nos guiará en la evaluación de forma específica

para los vehículos pesados tomando en cuenta el estudio de tráfico y la

caracterización de los pesos vehiculares utilizando las metodologías antes

mencionadas para nuestro alcance del proyecto.

26

3.2. Proceso para obtener el estudio de tráfico

Para obtener el estudio de tráfico se lo realiza en dos etapas que son el tráfico

actual que es el existente en la vía y el tráfico proyectado que será el posible que

circule por la vía.

3.2.1 Tráfico actual

Para esta condición se toma en cuenta las siguientes consideraciones:

El tráfico pesado se lo obtiene mediante el pesaje WIM que almacena datos

de cada vehículo en una base de datos considerando su tipo y clasificación,

el conteo que se realiza de forma automática en la estación determinará el

volumen aproximado de vehículos pesados que circulan por la vía.

Se determina el tráfico promedio diario anual actual de los vehículos pesados

por su clasificación y número de ejes.

3.2.2 Tráfico proyectado

Se determina el tráfico promedio diario anual asignado que corresponde a los

vehículos de tipo pesado, tomando en consideración la variable antes

mencionada y el tráfico generado y el de desarrollo.

Para la proyección del tráfico se toma en cuenta la tasa de crecimiento del

parque automotor que establece el MTOP para el tipo de vehículos que se

vaya a emplear y tiempo de proyección que se estima.

3.3. Procedimientos para evaluar las características de las cargas

del tránsito vehicular.

Al decir que evaluaremos la caracterización de las cargas nos referimos al

análisis de las cargas producidas por el paso de los vehículos mediante las

metodologías estudiadas como son la metodología AASHTO 93 y la Mecanicista

27

WIM. Para llegar a la evaluación previamente es necesario tener conocimiento de

las modificaciones que se realizan a los vehículos de tipo pesado que fueron

considerados durante el pesaje, según la metodología que emplearemos se toman

algunas consideraciones, entre las más importantes, las cargas máximas

establecidas por el MTOP; mientras que otra consideración sería las cargas en

movimiento o dinámicas que se generan mediante la estación de pesaje WIM.

3.3.1 Metodología AASHTO- 93

3.3.1.1. Condiciones actuales

Según esta metodología de la AASHTO 93 las cargas en general del tráfico

pesado serán transformadas a una carga de referencia equivalente a 80 KN (18

kips), determinando el número de ejes iguales a este peso que han circulado por la

vía durante un año, para el cálculo debemos tomar en cuenta ciertos factores:

El tráfico promedio diario anual asignado por cada tipo de vehículo pesado.

El factor camión que está en función al número de ejes de los vehículos de

80 KN sobre los vehículos comerciales sin incluir los vehículos livianos y la

serviciabilidad asignada en el diseño que el pavimento tendrá.

El factor direccional y el factor carril que varían de acuerdo con la distribución

del tráfico que tenga la vía.

3.3.1.2 Condiciones para la proyección del tráfico

Para este tipo de condición que se considera para un tiempo futuro se calcula el

número de ejes equivalentes de 80 KN que se estimará en un tiempo definido,

tomando en cuenta los ejes equivalentes anteriores y la tasa de crecimiento anterior.

Una vez que se calculan los ejes equivalentes proyectados, también se tomará en

cuenta el TPDA proyectado para la categorización de la vía en un periodo de

proyección de tiempo como lo indica el MTOP.

28

3.3.2 Metodología mecanicista WIM

3.3.2.1 Condiciones actuales

Para evaluar la caracterización del tráfico para condiciones actuales por medio de

la metodología WIM se describirá una secuencia de paso:

1. Mediante la utilización de las magnitudes de pesos por ejes individuales de

cada uno de los registros/vehículos, se calcularan las magnitudes de pesos

por tipo de eje solo de los vehículos pesados, cuyo proceso consistirá en

agregar nuevas columnas a la hoja de cálculo proporcionada, llevando por

descripciones los nombres de los tipos de ejes existentes en el tráfico

clasificado por el sistema WIM, de existir vehículos pesados con un mismo

tipo de eje repetido se agregará una columna más con la misma descripción

diferenciándose en la ubicación, luego en ellas se planteará relaciones

matemáticas tomando en consideración los pesos por tipo de ejes, finalizado

el cálculo se establecerá una tabla indicando los rangos de pesos obtenidos

por cada tipo de eje en cada uno de estos vehículos.

2. Una vez determinadas las magnitudes de pesos por tipo de eje de todos los

vehículos pesados, se procede a cuantificarlos así la cantidad de ejes por tipo

en distintas ubicaciones por cada tipo de vehículo pesado que fueron

medidos por el sistema WIM durante el periodo de tiempo de 9 días.

3. Luego se usa las magnitudes de los pesos por tipo de eje de todos los

vehículos pesados, estas serán agrupadas a nivel general según las

tipologías de ejes que existían en el tráfico pesado clasificado por el sistema

WIM sin importar que correspondan al mismo tipo de eje en diferente

ubicación, de esta manera mediante una sumatoria se determina cuantos

ejes por cada tipo de vehículo han circulado.

29

4. Efectuada la agrupación de todas las magnitudes de pesos por tipo de eje a

nivel general de acuerdo al tipo de eje existente de acuerdo con la

metodología WIM, estas se ordenan de manera ascendente, donde

posteriormente se usará la tabla de rangos de carga que indica el MTOP para

calcular los espectros de carga por tipo de eje determinando así el número de

repeticiones o ejes comprendidos por cada rango de carga que han circulado

durante el periodo de aforo automático vehicular con sus respectivas

frecuencias relativas y acumuladas expresadas en porcentajes. Vale

mencionar que la sumatoria del número de repeticiones o ejes comprendidos

por cada rango de carga según el tipo de eje al que corresponda el espectro

de carga, deberá coincidir con el número total de ejes por cada tipo de

vehículo cuantificado en el proceso del numeral 2.

5. En el cálculo de los espectros de carga por tipo de eje mediante el uso de las

cargas promedio por rango indicadas en la tabla de rango de carga utilizada

por el MTOP, las frecuencias relativas y acumuladas expresadas en

porcentajes, se representarán gráficamente dos espectros por cada tipo de

eje de forma relativa y acumulada.

Con las gráficas de los espectros de carga en su versión relativa por tipo de eje,

lograremos visualizar si realmente hay gran porcentaje de ejes con magnitudes de

peso mayor a la carga o al peso máximo establecido por el MTOP para ese tipo de

eje, mientras que con los espectros de carga en su versión acumulada permitirá

cuantificar el porcentaje de pesos que exceden los pesos máximos por tipo de eje

establecido por el MTOP, logrando así identificar los tipos de ejes con exceso de

peso más numerosos y reportando que tipos de vehículos pesados existentes en el

tráfico pesado clasificado por el sistema WIM.

30

3.3.2.2 Condiciones para la proyección del tráfico

El método se basa en indicar el número de repeticiones que se espera tener que

resultar ser la proyección del número de ejes de cada tipo con una carga especifica

que se la obtiene a través de la carga promedio las cuales se obtienen del cálculo

de espectros de carga.

Para continuar con el proceso se mostrará a continuación los siguientes pasos:

1. Determinamos el número de repeticiones esperadas acumuladas para cada

tipo de eje con un nivel de carga específico para un tiempo proyectado.

2. A continuación, determinamos el número de repeticiones esperadas

promedio por cada año a partir del cálculo realizado en el numeral 1, como

consecuencia se cuantificará por sumatoria el número de repeticiones

esperadas por año elegido y para cada tipo de eje en general, el cual será

una base para realizar la comparación dentro del alcanza de esta

metodología.

Dentro del alcance de la metodología empleada se pretende analizar el

comportamiento de una estructura de pavimento ante el paso de las cargas que se

las representa a través de los espectros de carga y la demanda proyectada en

función al número de repeticiones promedio esperadas por año usando como

referencia los elementos de una sección típica que vamos a estudiar, a su vez

considerando los espectros de carga por tipo de eje en el tráfico pesado.

31

Capítulo IV

Desarrollo

4.1 Características de la vía de estudio

La vía de estudio es una arteria compuesta por dos calzadas con una divisoria,

cada calzada consta de 2 carriles como se muestra en la ilustración 11.

Ilustración 11: Vista panorámica de la calzada de la vía de estudio

Fuente: Google Earth

4.2. Demanda Actual

4.2.1 Obtención del tráfico de estudio

Se obtuvo el tráfico vehicular que circula por ambas direcciones de la vía durante

toda la semana, la cual se detallará a continuación en la tabla 6.

32

Tabla 6: Volumen de vehículos circulados en la vía de estudio

FECHA DIA DE LA SEMANA

LIVIANOS BUSES CAMIONES

TOTAL 2DA 2DB 3A 2S2 3S2 3S3

02/Mayo/2017 Martes 21155 1269 508 1142 254 0 0 127 24456

03/Mayo/2017 Miércoles 20081 1205 482 1084 241 0 0 120 23214

04/Mayo/2017 Jueves 21020 1261 505 1135 252 0 0 126 24300

05/Mayo/2017 Viernes 21354 1281 512 1153 256 0 0 128 24685

06/Mayo/2017 Sábado 19575 1174 470 1057 235 0 0 117 22628

07/Mayo/2017 Domingo 15155 909 364 818 182 0 0 91 17520

08/Mayo/2017 Lunes 19134 1148 459 1033 230 0 0 115 22119

TOTAL 137475 8249 3299 7424 1650 0 0 825 158921

T.P.D.S. 19639 1178 471 1061 236 0 0 118 22703

% T.P.D.S. 87% 5% 2% 5% 1% 0% 0% 1% 99%

% 86,51% 5,19% 8,30% 100,00%

Elaborado por: Mendoza Donoso Jacob / Solórzano Sánchez Gabriela

33

4.2.1.2 Cálculo del TPDS

Para el proceso del cálculo del tráfico promedio diario semanal tenemos la siguiente

ecuación1:

𝐓𝐏𝐃𝐒 =𝟓

𝟕∗ ∑

𝑫𝒏

𝒎+

𝟐

𝟕∗ ∑

𝑫𝒆

𝒎

Ecuación 1

Donde:

TPDS: Tráfico Promedio Diario Semanal

Dn: Días normales (lunes, martes, miércoles, jueves, viernes)

De: Días especiales (sábados, domingo)

m: Número de días que se realizó el conteo

En nuestro caso los días normales serían lunes, martes, miércoles, jueves y viernes;

esto quiere decir que el valor de Dn será la sumatoria de los cinco días; para el valor

de De sería la sumatoria de los días sábado y domingo

TPDS =5

7∗ (

118774

5) +

2

7∗ (

40148

2)

TPDS = 22703 vehículos mixtos (ambos sentidos)

34

4.2.1.3 Cálculo del TPDA

El tráfico promedio diario anual representa el promedio de los volúmenes diarios de

un año existente en un tramo dado.

Factor de estimación mensual (Fm): Para el cálculo del TPDA es necesario

conocer la variación del tráfico entre los distintos meses del año, para ello se ha

decidido emplear los factores de variación mensual de mayo del peaje de Boliche.

Tabla 7: Factor de variación mensual

Mes Liviano Bus/Camiones

Enero 1,08 1,02

Febrero 1,05 1,05

Marzo 1,03 1,01

Abril 1,04 1,01

Mayo 1,04 1,02

Junio 1,05 1,01

Julio 0,99 0,99

Agosto 0,9 0,97

Septiembre 0,98 0,97

Octubre 0,96 0,95

Noviembre 0,97 0,98

Diciembre 0,95 0,98

Fuente: León y Godoy Consultores


Por la fecha en la que se realizó el conteo vehicular hemos tomado el valor

correspondiente al mes de mayo Fm= 1,04 considerando solo camiones.

Factor de ajuste diario (Fd): Se define en base al promedio de la semana

para lo cual utilizaremos la siguiente ecuación 2:

𝐅𝐝 =𝐓𝐏𝐃𝐒

𝐓𝐃

Ecuación 2

35

Donde:

TPDS: Tráfico promedio diario semanal

TD: Tráfico diario

Tabla 8: Factor de ajuste diario

Dia de la semana

TD (Veh/día)

TD/TPDS Factor diario

Fd= 1/(TD/TPDS)

Martes 25.387 1,1182 0,8943

Miércoles 24.097 1,0614 0,9421

Jueves 25.225 1,1111 0,9000

Viernes 25.624 1,1287 0,8860

Sábado 23.489 1,0346 0,9665

Domingo 18.187 0,8011 1,2483

Lunes 22.961 1,0114 0,9888

TOTAL 164.970 0,9751


Obtenemos como resultado Fd= 0,9751 en ambos sentidos.

4.2.1.4 Cálculo del tráfico promedio diario anual asignado

El tráfico promedio diario anual se calculará utilizando la siguiente ecuación 3:

𝐓𝐏𝐃𝐀 = 𝐓𝐏𝐃𝐒 ∗ 𝐅𝐦 ∗ 𝐅𝐝

Ecuación 3

Ahora reemplazaremos los valores de los factores Fm y Fd.

TPDA = 22703 ∗ 1,04 ∗ 0,9751

TPDA = 23023 veh/día

4.2.2 Demanda proyectada

El tráfico pesado será proyectado para un periodo de 10 años.

36

4.2.2.1 Cálculo del tráfico promedio diario anual asignado

Deberá ser calculado mediante la siguiente ecuación 4:

𝐓𝐏𝐃𝐀𝑨𝑺𝑰𝑮 = 𝐓𝐏𝐃𝐀 + 𝐓𝐃 + 𝐓𝐆

Ecuación 4

Donde:

TD: Es el tráfico desarrollado que genera el 5% de incremento del TPDA.

TG: El tráfico generado es una tasa de incremento que va desde el 5% hasta el

25% del TPDA.

Para nuestro caso utilizaremos el 25% en el tráfico generado, entonces

𝐓𝐆 = 𝟐𝟓% 𝐓𝐏𝐃𝐀

Ecuación 5

TG = 25% ∗ 23023

TG = 5756 vehículos mixtos

Y para el tráfico desarrollado:

𝐓𝐃 = 𝟓% 𝐓𝐏𝐃𝐀

Ecuación 6

TD = 5% ∗ 23023

TD = 1151 vehículos mixtos

Después de haber obtenido las tasas de incremento, procedemos a calcular el

tráfico asignado:

37

TPDA𝐴𝑆𝐼𝐺 = TPDA + TG + TD

TPDA𝐴𝑆𝐼𝐺 = 23023 + 5756 + 1151

TPDA𝐴𝑆𝐼𝐺 = 29930 vehículos mixtos

4.2.2.2 Cálculo del tráfico proyectado

El cálculo de esta variable de tráfico se determinará por medio de la ecuación 7.

𝐓𝐏 = 𝐓𝐏𝐃𝐀𝐀𝐒𝐈𝐆(𝟏 + 𝐫)𝐧

Ecuación 7

Donde:

TP es el tráfico proyectado o futuro, TPDAASIG es el tráfico promedio diario anual

asignado, r es la tasa de crecimiento del tráfico y n es el periodo de proyección

expresado en años.

La tasa de crecimiento considerada por los consultores León y Godoy para la vía

de estudio se muestra en la tabla 9, en este caso la tasa de crecimiento con la que

trabajaremos será la de los camiones.

Tabla 9: Tasa de crecimiento vehicular

VIA BOLICHE-DURAN GUAYAS / LOS RIOS

TASA DE CRECIMIENTO

LIVIANOS CAMIONES BUSES

2010-2014 5,19

2014-2017 8,4 5,04 1,91

2017-2020 8,01 4,91 1,8

2020-2025 7,44 4,74 1,67

2025-2027 6,89 4,6 1,56

Fuente: León y Godoy Consultores


38

El periodo de proyección será de 10 años, obteniendo la siguiente proyección del

tránsito promedio diario anual asignado que se muestra en la tabla 10:

Tabla 10: Proyección del tráfico asignado a un periodo de 10 años.

AÑO

TRANSITO PROMEDIO DIARIO

TPDA TOTAL LIVIANOS BUSES

CAMIONES

2DA 2DB 3ª 2S2 3S2 3S3

2017 25892 1554 621 1398 311 0 0 155 29932

2018 27966 1582 652 1467 326 0 0 163 32156

2019 30206 1610 684 1539 342 0 0 171 34552

2020 32626 1639 718 1614 359 0 0 179 37135

2021 34501 1660 748 1683 374 0 0 187 39153

2022 37068 1688 783 1763 392 0 0 196 41889

2023 39826 1716 820 1846 410 0 0 205 44824

2024 42789 1745 859 1934 430 0 0 215 47971

2025 45973 1774 891 2004 445 0 0 223 51308

2026 47163 1786 931 2096 466 0 0 233 52675

2027 50413 1814 974 2192 487 0 0 244 56124

COMPOSICIÓN PORCENTUAL DEL TRÁFICO DEL 2017-2027 TOTAL

89,82% 3,23% 1,74% 3,91% 0,87% 0,00% 0,00% 0,43% 100,00%

89,82% 3,23% 6,94% 100,00%


De acuerdo al cálculo realizado, en los próximos 10 años tendremos un tráfico

pesado de 60563 vehículos por día en ambos sentidos

4.2.2.3 Clasificación de la vía

Previamente realizado el estudio del tráfico clasificamos la vía mediante la Norma

de Estudios Viales del MTOP, donde dice:

39

Tabla 11: Clasificación de carreteras según el MTOP.

FUNCIÓN CATEGORÍA DE LA VÍA

TPDA ESPERADO

Corredor Arterial

R - I o R – II >8000

I 3000 – 8000

II 1000 – 3000

Colectoras III 300 – 1000

IV 100 – 300

Vecinal V <100

Notas:

(1) De acuerdo al nivel de servicio aceptable al final de la vida útil.

(2) RI – RII - Autopistas

Fuente: (NEVI, 2012)


De acuerdo a los resultados de nuestra proyección de tráfico la categoría

correspondiente a nuestra vía es Corredor Arterial – Autopista.

4.2.2.4 Relación entre los volúmenes de tránsito TPDA y TPDS

En el análisis de volúmenes de tránsito, el tránsito promedio diario anual, TPDA

se estima con base en la media muestral o tránsito promedio diario semanal, TPDS,

de acuerdo a la siguiente ecuación 8:

𝐓𝐏𝐃𝐀 = 𝐓𝐏𝐃𝐒 ± 𝐀

Ecuación 8

Donde:

A: Máxima diferencia entre TPDA y el TPDS

El valor de A, sumando o restando del TPDS define el intervalo de confianza

dentro del cual se encuentra el TPDA. Por lo tanto, para un determinado nivel de

confiabilidad, el valor A es:

40

𝐀 = 𝐊 ∗ 𝐄

Ecuación 9

Donde:

K: número de desviaciones estándar correspondiente al nivel de confiabilidad

deseado.

En la distribución normal para niveles de confiabilidad del 90%, el valor de la

constante K es 1,64.

E: error estándar de la media

Y el error estándar es igual a estimador de desviación estándar poblacional

𝐄 = 𝛔

Ecuación 10

El valor estimado de la desviación estándar poblacional, se determina por la

siguiente ecuación 11:

𝛔 =𝐒

√𝐧(√

𝐍 − 𝐧

𝐍 − 𝟏)

Ecuación 11

Donde:

S: Desviación estándar de la distribución de los volúmenes de tránsito diario o

desviación estándar muestral.

n: Tamaño de la muestra en número de días de aforo.

N: Tamaño de la población en número de días del año.

La desviación estándar muestral (S) se calcula mediante la siguiente expresión:

41

𝐒 = (√∑ (𝐓𝐃𝐢 − 𝐓𝐏𝐃𝐒)𝟐𝒏

𝒊=𝟏

𝐧 − 𝟏)

Ecuación 12

Donde:

TDi= Volúmenes de tránsito del día

Se procede a realizar la sumatoria del volumen de tránsito de cada día menos el

TPDS al cuadrado, por lo tanto la desviación estándar muestral es:

S = (√(1753)2 + (511)2 + (1597)2 + (1982)2 + (−75)2 + (−5183)2 + (−584)2

7 − 1)

S = (√37023033

6)

S = 2484,05

El valor estimado de la desviación estándar poblacional es:

σ =S

√n(√

N − n

N − 1)

σ =2484,05

√7(√

365 − 7

365 − 1)

σ = 931,10

Reemplazando valores en la ecuación 9, donde K es 1,64 y E es igual a σ

A = 1,64 ∗ 931,10

42

A = 1527

Obteniendo así la relación entre el TPDA y TPDS

TPDA = TPDS ± A

Por lo tanto, el valor máximo que puede tener el TPDA es:

𝐓𝐏𝐃𝐀𝑴𝑨𝑿 = 𝐓𝐏𝐃𝐒 + 𝐀

TPDA𝑀𝐴𝑋 = 22703 + 1527

TPDA𝑀𝐴𝑋 = 24230 vehículos mixtos/días

Y el valor mínimo que puede tener el TPDA es:

TPDA𝑀𝐼𝑁 = TPDS − A

TPDA𝑀𝐼𝑁 = 22703 − 1527

TPDA𝑀𝐼𝑁 = 21176 vehículos mixtos/días

El intervalo de confianza del 90% del TPDA es:

21176 ≤ TPDA ≤ 24230

4.3 Caracterización de las cargas del tránsito vehicular

Las caracterización de las cargas del tránsito vehicular consistirá en determinar las

cargas que generan los vehículos identificados en la ilustración 12 y 13, cuyo

desarrollo se derivará en el uso de la metodología AASHTO 93 estableciendo el tipo

de tránsito que ha circulado y que circulará por la vía de estudio, mientras que por la

metodología WIM se determinará la sobrecarga actual que probablemente actuará

sobre la vía de estudio identificado los tipos de ejes con exceso de peso más

43

numerosos e informando cuales tipos de vehículos pesados son aquellos que tienen

dichos ejes.

Ilustración 12: Tipo de vehículos motorizados, remolques y semirremolques

Fuente: Normas de Estudio Viales (NEVI-12)

(Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador, 2012)

44

Ilustración 13: Posibles combinaciones de tipo de vehículos

Fuente: Normas de Estudios Viales (NEVI-12)

(Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador, 2012)

45

4.3.1 Método empírico AASHTO

La configuración de los pesos máximos por tipo de eje en los vehículos pesados

establecidos por el MTOP, identificados por el sistema WIM, incluyendo los buses

se mostrará en la siguiente ilustración 14.

Ilustración 14: Configuración de pesos máximos por tipo de eje de vehículos pesados establecidos

por el MTOP.


46

Como podemos observar en la ilustración 12, todos los vehículos pesados

tienen las mismas magnitudes de pesos máximos según el tipo de eje.

Podemos detallar estas magnitudes de pesos por el tipo de eje en la tabla 12.

Tabla 12: Pesos máximos establecidos por tipo de eje en vehículos pesados.

TIPO DE EJE CARGA MÁXIMA ESTABLECIDA POR EL MTOP

Ton

EJE SIMPLE RUEDA SIMPLE (ESRS) 7

EJE SIMPLE RUEDA DOBLE (ESRD) 11

EJE TANDEM (E. TAN) 20

EJE TRIDEM (E. TRI) 24


4.3.1.1 Evaluación actual

Cálculo de Esal’s con pesos establecidos por el MTOP

En este periodo del desarrollo se determina el número de ejes equivalentes de 80

KN que han circulado durante el tiempo de aforo que comprende los 365 días; para

determinarlos se utilizará la siguiente ecuación 13.

𝐄𝐒𝐀𝐋′𝐒 = 𝟑𝟔𝟓 ∗ 𝐓𝐏𝐃𝐀𝐀𝐒𝐈𝐆 ∗ 𝐓𝐊𝐒 ∗ 𝐆𝐅 ∗ 𝐅𝐜 ∗ 𝐅𝐝 ∗ 𝐅𝐂

Ecuación 13

Donde:

ESAL’S: Es el número de ejes equivalentes circulados en un año.

365: Es el número de días de un año.

TPDAASIG: es el tráfico promedio diario anual asignado.

TKS: es la sumatoria del porcentaje de vehículos incluidos los livianos.

GF: es la proyección vehicular según la tasa de crecimiento.

47

Fc: es el factor de distribución de carril. Se selecciona mediante tablas

Fd: es el factor de distribución direccional.

FC: es el factor camión.

El factor de distribución de carril (Fc) se lo determina por el número de carriles

que tiene la calzada.

Tabla 13: Factor de distribución de carril

N° de carriles en ambas direcciones

% Esal's

1 100

2 80 – 100

3 60 – 80

4 50 – 75

Fuente: American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO, 1993)


A menos que existan consideraciones especiales, Fd= 50%, del tránsito total 50%

para cada dirección y el factor de distribución de carril Fc= 0,80%.

La proyección GF son datos que calculamos mediante la siguiente ecuación 14:

𝐆𝐅 =(𝟏 + 𝒓)𝒏 − 𝟏

𝒓

Ecuación 14

Donde:

n: Número de años de la proyección

r: Tasa de crecimiento vehicular según el tipo de vehículo. Especificados en la

tabla 14.

48

Tabla 14: Tasa de Crecimiento

Tasa de Crecimiento

Livianos 8,04

Buses 1,91

Camiones 5,04

Fuente: Departamento factibilidad MTOP


Previamente especificadas las tasas de crecimiento se procede a reemplazarlas

en la ecuación 13, obteniendo así:

Tabla 15: Valores de GF.

Valores de GF

GF Livianos 15,376

GF Buses 11,009

GF Camiones 12,916


Mientras que los valores de TKS:

Tabla 16: Valores de TKS.

Valores de TKS

TKS Livianos 0,865

TKS Buses 0,052

TKS Camiones 0,083


Para calcular el factor camión utilizaremos la sumatoria de los factores de

equivalencia obtenidos por la ley de la cuarta potencia, AASHTO o del Instituto del

Asfalto y el porcentaje, ambos por cada tipo de vehículo excepto los livianos.

49

Ley de la cuarta potencia: Para el uso del método tendremos muy en

cuenta la composición vehicular para proceder al cálculo de los

factores, los cuales se obtendrán por medio de fórmulas que hay por

cada tipo de eje, detalladas en la tabla 17.

Tabla 17: Composición Vehicular

Tipo de Vehículos

TPDA %

VEHÍCULOS

% VEH./ Sin

Livianos

Livianos 25892 86,51% Bus 1554 5,19% 38,47%

2DA 621 2,07% 15,38%

2DB 1398 4,67% 34,61%

3A 311 1,04% 7,70%

2S2 0 0,00% 0,00%

3S2 0 0,00% 0,00%

3S3 155 0,52% 3,84%

SIN LIVIANOS 4039

CON LIVIANOS 29931


Tabla 18: Ley de la cuarta potencia

TIPO DE EJE FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DEL FACTOR DE EQUIVALENCIA

Eje Simple Rueda Simple (Carga del eje en Ton

6.6)

4

Eje Simple Rueda Doble (Carga del eje en Ton

8.2)

4

Eje Tándem (0.57 ∗Carga del eje en Ton

8.2)

4

Eje Trídem (Carga del eje en Ton

23)

4.22

Fuente: Carlos Hernando Higuera Sandoval (Higuera Sandoval, 2011)


50

Tabla 19: Cálculo del Factor Camión - Ley de la Cuarta Potencia – MTOP

TON %VEHICULOS FC

LIVIANOS 1,7 0,004401695

2,5 0,020586584

BUS 7 1,265366749

0,3847 1,73277 11 3,238286961

2DA 3 0,042688341

0,1538 0,20111 7 1,265366749

2DB 7 1,265366749

0,3461 1,55883 11 3,238286961

3A 7 1,265366749

0,0770 0,38507 20 3,735631216

4C 7 1,265366749

0,0000 0,00000 24 1,196740454

3S2

7 1,265366749

0,0000 0,00000 20 3,735631216

20 3,735631216

3S3

7 1,265366749

0,0384 0,23784 20 3,735631216

24 1,196740454

4,11563


Como no tomamos en cuenta los vehículos livianos calculamos los Esal’s primero

para buses y luego para camiones, la sumatoria de esos dos es el valor de Esal’s

totales.

𝐄𝐒𝐀𝐋′𝐒 𝐁𝐮𝐬𝐞𝐬 = 𝟑𝟔𝟓 ∗ 𝐓𝐏𝐃𝐀𝐀𝐒𝐈𝐆 ∗ 𝐓𝐊𝐒𝐁𝐔𝐒𝐄𝐒 ∗ 𝐆𝐅𝐁𝐔𝐒𝐄𝐒 ∗ 𝐅𝐜 ∗ 𝐅𝐝 ∗ 𝐅𝐂

ESAL′S Buses = 365 ∗ 29931 ∗ 0,052 ∗ 11,009 ∗ 0,80 ∗ 0,50 ∗ 4,11563

ESAL′S Buses = 10′279.506 EE

𝐄𝐒𝐀𝐋′𝐒 𝐂𝐚𝐦𝐢𝐨𝐧𝐞𝐬 = 𝟑𝟔𝟓 ∗ 𝐓𝐏𝐃𝐀𝐀𝐒𝐈𝐆 ∗ 𝐓𝐊𝐒𝐂𝐀𝐌𝐈𝐎𝐍𝐄𝐒 ∗ 𝐆𝐅𝐂𝐀𝐌𝐈𝐎𝐍𝐄𝐒 ∗ 𝐅𝐜 ∗ 𝐅𝐝 ∗ 𝐅𝐂

ESAL′S Camiones = 365 ∗ 29931 ∗ 0,083 ∗ 12,916 ∗ 0,80 ∗ 0,50 ∗ 4,11563

ESAL′S Camiones = 29′566.119 EE

51

𝐄𝐒𝐀𝐋′𝐒 𝐓𝐨𝐭𝐚𝐥𝐞𝐬 = 𝐄𝐬𝐚𝐥′𝐬 𝐁𝐮𝐬𝐞𝐬 + 𝐄𝐬𝐚𝐥′𝐬 𝐂𝐚𝐦𝐢𝐨𝐧𝐞𝐬

ESAL′S Totales = 10′279.506 + 29′566.119

ESAL′S Totales = 39′845.625 EE

AASHTO 93: En este método el peso de los ejes de cada tipo de

vehículo serán convertidos de toneladas a kips y luego se procederá a

utilizar las tablas (Anexo 1), las cuales dependen de la serviciabilidad

final Pt y del número estructural del pavimento; y el peso en kips

procedemos a buscarlo en la tabla, encontrando así el valor mayor

más cercano y el valor menor más cercano y los factores de

equivalencia correspondientes a cada valor se proceden a interpolar

para encontrar el factor deseado y junto con la composición vehicular

calcularemos el factor camión, el cual se muestra en la tabla 20.

Tabla 20: Cálculo del Factor Camión – AASHTO 93 – MTOP

TON KIPS %VEHICULOS FC

LIVIANOS 1,7 3,75 0,0035375

0,0000 2,5 5,51 0,01457

BUS 7 15,43 0,62289

0,3847 1,19239 11 24,25 2,47625

2DA 3 6,61 0,029285

0,1538 0,10027 7 15,43 0,62289

2DB 7 15,43 0,62289

0,3461 1,07269 11 24,25 2,47625

3ª 7 15,43 0,62289

0,0104 0,03283 20 44,09 2,53665

4C 7 15,43 0,62289

0,0000 0,00000 24 52,91 1,5619

3S2

7 15,43 0,62289

0,0000 0,00000 20 44,09 2,53665

20 44,09 2,53665

3S3 7 15,43 0,62289 0,0384 0,18119

52

20 44,09 2,53665

24 52,91 1,5619

2,57937



ESAL′S Buses = 365 ∗ 29931 ∗ 0,052 ∗ 11,009 ∗ 0,80 ∗ 0,50 ∗ 2,57937



ESAL′S Camiones = 365 ∗ 29931 ∗ 0,083 ∗ 12,916 ∗ 0,80 ∗ 0,50 ∗ 2,57937



ESAL′S Totales = 6′442.425 + 12′087.407


Instituto del Asfalto: En este método el peso de los ejes de cada tipo

de vehículo serán convertidos de toneladas a libras y luego se

procederá a utilizar las tablas (Anexo 2), y el peso en libras

procedemos a buscarlo en la tabla, encontrando así el valor mayor

más cercano y el valor menor más cercano y los factores de

equivalencia correspondientes a cada valor se proceden a interpolar

para encontrar el factor deseado y junto con la composición vehicular

calcularemos el factor camión, el cual se muestra en la tabla 21.

53

Tabla 21: Cálculo del Factor Camión – Instituto del Asfalto – MTOP

TON LIBRAS %VEHICULOS FC

LIVIANOS 1,7 3746,80 0,001848194

2,5 5510,00 0,0083867

BUS 7 15428,00 0,547782

0,3847 1,42630 11 24244,00 3,15932

2DA 3 6612,00 0,01773422

0,1538 0,08695 7 15428,00 0,547782

2DB 7 15428,00 0,547782

0,3461 1,28312 11 24244,00 3,15932

3A 7 15428,00 0,547782

0,0770 0,27487 20 44080,00 3,022

4C 7 15428,00 0,547782

0,0000 0,00000 24 52896,00 6,00632

3S2

7 15428,00 0,547782

0,0000 0,00000 20 44080,00 3,022

20 44080,00 3,022

3S3

7 15428,00 0,547782

0,0384 0,36749 20 44080,00 3,022

24 52896,00 6,00632

3,43873



ESAL′S Buses = 365 ∗ 29931 ∗ 0,052 ∗ 11,009 ∗ 0,80 ∗ 0,50 ∗ 3,43873



ESAL′S Camiones = 365 ∗ 29931 ∗ 0,08 ∗ 12,961 ∗ 0,80 ∗ 0,50 ∗ 3,43873



ESAL′S Totales = 8′588.832 + 16′114.536


54

Ya obtenidos los ejes equivalentes por cada método, se mostrará a continuación

la tabla 22 con la comparación de los resultados.

Tabla 22: Resumen de los ejes equivalentes por los tres métodos

Cálculo de ESAL's

Método Pesos MTOP

Ley de la cuarta potencia 39'845.625

AASHTO 93 18'529.832

Instituto del Asfalto 24'703.368


Para el diseño del pavimento utilizaremos el resultado de los ejes equivalentes

por medio del método AASHTO 93.

Obtenidos los ejes equivalentes con el TPDA actual, se procede a obtener el

valor del factor camión para posteriormente determinar los ejes equivalentes de los

próximos diez años con el método a usarse, en este caso el AASHTO 93.

55

Tabla 23: Cálculo del factor camión del 2018 -2020

PT =3 SN =4

2018

2019

2020

TON KIPS %VEHICULOS FC %VEHICULOS FC %VEHICULOS FC

LIVIANOS 1,7 3,75 0,0035375

0,0000 0,0000 0,0000 2,5 5,51 0,01457

BUS 7 15,43 0,62289

0,3776 1,17013 0,3705 1,14809 0,3635 1,12652 11 24,25 2,47625

2DA 3 6,61 0,029285

0,1556 0,10148 0,1574 0,10264 0,1592 0,10385 7 15,43 0,62289

2DB 7 15,43 0,62289

0,3501 1,08507 0,3541 1,09746 0,3580 1,10934 11 24,25 2,47625

3A 7 15,43 0,62289

0,0778 0,24583 0,0787 0,24863 0,0796 0,25156 20 44,09 2,53665

4C 7 15,43 0,62289

0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 24 52,91 1,5619

3S2

7 15,43 0,62289

0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 20 44,09 2,53665

20 44,09 2,53665

3S3

7 15,43 0,62289

0,0389 0,18367 0,0393 0,18577 0,0397 0,18743 20 44,09 2,53665

24 52,91 1,5619

2,78618

2,78261

2,77870


56


2021

2022

2023

2024

%VEHICULOS FC %VEHICULOS FC %VEHICULOS FC %VEHICULOS FC

0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

0,3568 1,10588 0,3501 1,08489 0,3434 1,06426 0,3367 1,04341

0,1608 0,10486 0,1624 0,10590 0,1641 0,10702 0,1657 0,10809

0,3618 1,12121 0,3656 1,13309 0,3694 1,14489 0,3731 1,15642

0,0804 0,25401 0,0813 0,25685 0,0820 0,25924 0,0830 0,26213

0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 0,0000 0,00000

0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 0,0000 0,00000

0,0402 0,18979 0,0406 0,19191 0,0410 0,19370 0,0415 0,19585

2,77576

2,77265

2,76911

2,76590


57


2025

2026

2027

%VEHICULOS FC %VEHICULOS FC %VEHICULOS FC

0,0000 0,0000 0,0000

0,3324 1,03014 0,3240 1,00418 0,3176 0,98439

0,1669 0,10888 0,1689 0,11016 0,1705 0,11123

0,3755 1,16370 0,3803 1,17848 0,3838 1,18951

0,0834 0,26344 0,0845 0,26712 0,0853 0,26943

0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 0,0000 0,00000

0,0000 0,00000 0,0000 0,00000 0,0000 0,00000

0,0418 0,19728 0,0423 0,19958 0,0427 0,20172

2,76345

2,75952

2,75628


58

Tabla 26: Cálculo de los ejes equivalentes 2018 – 2020

2018

2019

2020 GF BUSES 10,947 GF BUSES 10,947 GF BUSES 10,947

TKS BUSES 0,049 TKS BUSES 0,000 TKS BUSES 0,044

ESAL'S BUSES 7045038,986 ESAL'S BUSES 0,000 ESAL'S BUSES 7279285,627

GF CAMION 12,830 GF CAMION 12,830 GF CAMION 12,830

TKS CAMION 0,081 TKS CAMION 0,079 TKS CAMION 0,077 ESAL'S

CAMION 13611434,442 ESAL'S


CAMION 14938641,014

ESAL'S TOTAL 20656473,428 ESAL'S TOTAL 14261158,501 ESAL'S TOTAL 22217926,642



2021

2022

2023

2024 GF BUSES 10,876 GF BUSES 10,876 GF BUSES 10,876 GF BUSES 10,876

TKS BUSES 0,042 TKS BUSES 0,040 TKS BUSES 0,038 TKS BUSES 0,036

ESAL'S BUSES 7316493,899 ESAL'S BUSES 7431577,411 ESAL'S BUSES 7545190,692 ESAL'S BUSES 7663820,595

GF CAMION 12,719 GF CAMION 12,719 GF CAMION 12,719 GF CAMION 12,719

TKS CAMION 0,076 TKS CAMION 0,075 TKS CAMION 0,073 TKS CAMION 0,072 ESAL'S




CAMION 17657625,334

ESAL'S TOTAL 22738222,034 ESAL'S TOTAL 23567138,899 ESAL'S TOTAL 24415991,357 ESAL'S TOTAL 25321445,929


59


2025

2026

2027 GF BUSES 10,876 GF BUSES 10,816 GF BUSES 10,816

TKS BUSES 0,035 TKS BUSES 0,034 TKS BUSES 0,032

ESAL'S BUSES 7784270,916 ESAL'S BUSES 7782424,702 ESAL'S BUSES 7895143,894

GF CAMION 12,719 GF CAMION 12,627 GF CAMION 12,627

TKS CAMION 0,069 TKS CAMION 0,071 TKS CAMION 0,069 ESAL'S



CAMION 19802430,303

ESAL'S TOTAL 26067658,929 ESAL'S TOTAL 26738204,018 ESAL'S TOTAL 27697574,197


Obteniendo así los ejes equivalentes totales a diez años:

ESAL′s TOTALES = 252′211.626 EE

Diseño del Pavimento Flexible

Previamente obtenidos los ejes equivalentes, para el diseño del pavimento

requerimos conocer el CBR de diseño, la confiabilidad, la desviación estándar, la

serviciabilidad inicial y final y el número estructural efectivo; dichos datos serán

escogidos mediante tablas establecidas por la AASHTO-93.

Confiabilidad (R%)

La confiabilidad la determinamos por medio de la tabla 29, este parámetro

depende del tipo de carretera que se desee diseñar, en nuestro caso

seleccionaremos la confiabilidad del 90%, porcentaje que pertenece al tipo de vía

urbana y por características es autopista.

60

Tabla 29: Confiabilidad (R%)

Niveles de confiabilidad sugeridos para diferentes carreteras

Clasificación

Nivel de confiabilidad recomendado

Urbana Rural

Autopistas 85 - 99.9 80 - 99.9

Arterias Principales 80 – 99 75 - 95

Colectoras 80 – 95 75 – 95

Carreteras 50 - 80 50 – 80

Fuente: Ingeniería de Pavimentos para Carreteras (Fonseca, 2002)


Desviación Estándar (So)

El valor de la desviación estándar So desarrollado en el AASHTO ROAD TEST

para pavimentos flexibles es 0,45.

Serviciabilidad Inicial y Final (Po y Pt)

Mediante el ensayo AASHTO, la serviciabilidad inicial Po obtuvo un valor de 4,2

para pavimentos flexibles; y para la serviciabilidad final Pt la AASHTO sugiere un

valor de 2.5 para autopistas y vías principales y 2 para las demás carreteras.

Una vez establecidos Po y Pt, se procede a determinar el cambio total en el

índice de servicio mediante la siguiente ecuación 15:

∆𝐏𝐒𝐈 = 𝐏𝐨 − 𝐏𝐭

Ecuación 15

Siendo así el cambio en el índice de servicio de 1,7

61

CBR de Diseño

Los CBR de diseño fueron proporcionados por la concesionaria de la vía,

CONORTE S.A., los datos se muestran en la tabla 30:

Tabla 30: Datos de CBR de diseño

CBR %

5,7 100%

5,3 88%

5,2 75%

5 63%

4,8 50%

4,3 38%

4,3 25%

4,2 13%

Fuente: CONORTE S.A.


Para determinar el CBR de diseño realizamos una gráfica donde utilizaremos los

datos de la tabla 30, luego en la tabla 31 escogemos el percentil con el que se va a

trabajar que depende de los ejes equivalentes obtenidos.

Tabla 31: Límites para selección de resistencia

Límites para selección de resistencia

Número de ejes de 8.2 Ton en el carril de diseño

Percentil a seleccionar para hallar la resistencia

<10^4 60

10^4 - 10^6 75

>10^6 87.5

Fuente: Ingeniería de Pavimentos para Carreteras (Fonseca, 2002)


Dándonos así un percentil de 87.5

62

Ilustración 15: Cálculo de CBR de Diseño


Y esto da un CBR de diseño de 5,29%.

Para las demás capas del pavimento se utilizarán los CBR mínimos requeridos

por el MTOP – 2002, el mismo que especifica una base con un CBR= 80%, una sub-

base con un CBR= 30% y un mejoramiento de 20%.

Determinados los CBR se procede a obtener los coeficientes estructurales y los

módulos resilientes de cada capa, donde se hará uso de los nomogramas

establecidos por la AASHTO 93.

Coeficiente Estructural (a) y Módulo Resiliente (MR)

Primeramente el coeficiente estructural de la carpeta asfáltica caliente está

determinado, siendo a1= 0,38.

Mientras que el módulo resiliente de la subrasante se determinará por medio de

la ecuación 16, siendo el CBR de la subrasante menor o igual a 7,2%.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

5,7 5,3 5,2 5 4,8 4,3 4,3 4,2

CBR DE DISEÑO

63

𝐌𝐑 = 𝟏𝟓𝟎𝟎 ∗ 𝐂𝐁𝐑

Ecuación 16

MR = 1500 ∗ 5,29

MR = 7935 PSI = 7,935 lb/plg2

Luego se procede a determinar los coeficientes estructurales y módulos

resilientes de la base granular, sub-base granular y el mejoramiento por medio de

los nomogramas que se muestran a continuación:

Ilustración 16: Nomograma para determinar el coeficiente estructural para bases granulares


Se determinó un coeficiente estructural a2= 0,135 y un módulo resiliente MR=

28500 PSI para la base granular.

64

Ilustración 17: Nomograma para determinar el coeficiente estructural para sub-bases granulares



14800 PSI para la sub-base granular.

El nomograma utilizado para determinar el coeficiente estructural y módulo

resiliente de la sub-base granular también es utilizado para determinar dichos datos

para el mejoramiento.

65

Ilustración 18: Nomograma para determinar el coeficiente estructural para sub-base granular



13000 PSI para el mejoramiento.

Número Estructural (SN)

Mientras que el número estructural SN se lo determina mediante la ecuación 17,

por un ábaco o por el software Ecuación AASHTO 93.

log10W18 = ZR ∗ S𝑜 + 9.36 ∗ log10(SN + 1) + 0.20 +log10 [

∆PSI4.2 − 1.5

]

0.40 +1094

(SN + 1)5.19

+ 2.32 ∗ log10MR − 8.07

Ecuación 17

66

Ilustración 19: Ábaco AASHTO para pavimentos flexibles, determinando el SN de la base granular


67

Ilustración 20: Cálculo del SN de la base granular por el software AASHTO 93.


Mediante el ábaco se determine un SN= 3,6 para la base granular y con el

software AASHTO 93 obtendremos un SN requerido de: 3,38.

68

Ilustración 21: Ábaco AASHTO para pavimentos flexibles, determinando el SN de la sub-base granular


69

Ilustración 22: Cálculo del SN de la sub-base granular por el software AASHTO 93.


Mediante el ábaco se determine un SN= 4,3 para la sub-base granular y con el


70

Ilustración 23: Ábaco AASHTO para pavimentos flexibles, determinando el SN del mejoramiento.


71

Ilustración 24: Cálculo del SN del mejoramiento por el software AASHTO 93.


Mediante el ábaco se determine un SN= 4,45 para el mejoramiento y con el


72

Ilustración 25: Ábaco AASHTO para pavimentos flexibles, determinando el SN de la subrasante.


73

Ilustración 26: Cálculo del SN de la subrasante por el software AASHTO 93.


Mediante el ábaco se determine un SN= 5,50 para la subrasante y con el


Número Estructural Corregido (SN*)

Para el cálculo del número estructural corregido SN* se utilizará la ecuación 18,

establecida por la AASHTO 93, donde están involucradas ciertas características

físicas de cada una de las capas que conforman la estructura del pavimento.

𝐒𝐍∗ = 𝒂𝟏 ∗ 𝑫𝟏 + 𝒂𝟐 ∗ 𝑫𝟐 ∗ 𝒎𝟐 + 𝒂𝟑 ∗ 𝑫𝟑 ∗ 𝒎𝟑 + 𝒂𝟒 ∗ 𝑫𝟒 ∗ 𝒎𝟒

Ecuación 18

74

Donde:

SN* es el número estructural corregido del pavimento existente, a1, a2, a3 y a4 son

los coeficientes estructurales de las capas del concreto asfáltico, base granular y

sub-base granular respectivamente ya determinados previamente, D1, D2, D3 y D4

son los espesores de cada capa en pulgadas, m2, m3 y m4 son los coeficientes de

drenaje de las capas de base, sub-base granular y mejoramiento.

Los espesores de cada capa son determinados por medio de las siguientes

ecuaciones:

D1 =SN2

𝑎1 ∗ 𝑚1

Ecuación 19

D2 =SN3 − SN1

∗

𝑎2 ∗ 𝑚2

Ecuación 20

D3 =SN4 − (SN1

∗ + SN2∗)

𝑎3 ∗ 𝑚3

Ecuación 21

D4 =SN5 − (SN1

∗ + SN2∗ + SN3

∗)

𝑎4 ∗ 𝑚4

Ecuación 22

Los coeficientes de drenaje se utilizarán valores típicos recomendados por la

AASHTO 93, mostrados en la tabla 32:

75

Tabla 32: Calidad del Drenaje m



Donde utilizamos la calificación de bueno para la carpeta asfáltica caliente y

regular para la base, sub-base y mejoramiento.

Una vez determinados los coeficientes estructurales y de drenaje,

determinaremos el número estructural corregido.

Tabla 33: Coeficientes para el diseño del pavimento con el TPDA – MTOP

Material a m Espesor Calculado Espesor Corregido

SN*

pulg cm cm pulg

Carpeta Asfáltica 0,38 1 8,89 22,593 25 9,84 3,74

Base Granular 0,135 0,8 8,61 21,872 22 8,66 0,94

Sub-base Granular 0,11 0,8 6,00 15,240 16 6,30 0,55

Mejoramiento 0,095 0,8 9,00 22,860 25 9,84 0,75

5,98 ≥ 5,3 OK


A continuación, mediante el software determinaremos el SN de la base, sub-base,

mejoramiento y subrasante, tomando en cuenta los ejes equivalentes calculados

con el TPDA proyectado.

Calidad del Drenaje

m

Excelente 1,20

Bueno 1,00

Regular 0,80

Mala 0,60

Muy Mala 0,40

76

Ilustración 27: Cálculo del SN de la base granular por el software AASHTO 93.


Obteniendo un número estructural de 5,06 para la base granular.

Ilustración 28: Cálculo del SN de la sub-base granular por el software AASHTO 93


Obteniendo un número estructural de 6,22 para la sub-base granular.

77

Ilustración 29: Cálculo del SN de la subrasante por el software AASHTO 93


Obteniendo un número estructural de 6,47 para el mejoramiento.



Obteniendo un número estructural de 7,47 para la subrasante.

78

Previamente determinados los números estructurales se procede a calcular los

espesores y números estructurales de las capas para un pavimento con un periodo

de diseño de diez años.

Tabla 34: Coeficientes para el diseño del pavimento con un periodo de diseño de 10 años – MTOP


SN*

pulg cm cm pulg


Base Granular 0,135 0,8 10,74 27,281 28 11,02 1,19


Mejoramiento 0,095 0,8 9,00 22,860 25 9,84 0,75

7,73 ≥ 7,5 OK


79

4.3.2 Método Mecanicista WIM

Los pesos de los ejes individuales de los vehículos pesados fueron obtenidos

mediante el sistema WIM, dándonos pesos reales de todo el tráfico vehicular, la

instalación del mismo se muestra a continuación:

Ilustración 31: Diagrama de corte en la superficie de la vía


Ilustración 32: Corte en la superficie de la vía


80

Ilustración 33: Instalación del cable para el lazo inductivo


Ilustración 34: Colocación del sensor piezoeléctrico dentro de la cinta con manga


81

Ilustración 35: Colocación de la resina asfáltica de protección


4.3.2.1 Evaluación Actual

Se obtuvo gran variedad de magnitudes de carga en los diferentes tipos de eje

por vehículo, por lo tanto, podemos establecer los pesos máximos y mínimos

obtenidos, representándose en la siguiente tabla 35.

Tabla 35: Estadísticas de pesos de vehículos según la clasificación del MTOP.

TIPO DE VEHICULO

# DE EJES PESO

MÁXIMO MTOP (TON)

# VEHICULOS REGISTRADOS

PESO TOTAL DE VEHÍCULOS (TON)

MINIMO PROMEDIO MÁXIMO

BUS, 2DA 2 10 12 6,9 10,475 14,04

2DB 2 18 3811 4,87 15,165 25,455

3A 3 27 1058 10,025 23,79 37,55

3S3 6 48 865 19,025 47,815 76,6


82

Cálculo del número de ejes

A partir del cálculo anterior de pesos por cada tipo de eje que se tomó de los

registros correspondientes al tráfico vehicular podemos expresar el número total de

ejes de todos los vehículos que han circulado por la vía.

Tabla 36: Resultado del número total de ejes por tipología

TIPO DE EJE

CANTIDADES DE EJES CIRCULADOS EN AMBAS

DIRECCIONES PORCENTAJE

Unidades %

Eje Simple Rueda Simple 229.341.848 88,85%

Eje Simple Rueda Doble 24.030.437 9,31%

Eje Tandem 3.886.052 1,51%

Eje Tridem 877.003 0,34%

Total 258.135.339 100,00%


Cálculo de los espectros de carga

Para el cálculo de los espectros de carga se usarán las magnitudes de los pesos

expresadas en toneladas, estas magnitudes fueron agrupadas según los tipos de

ejes existentes, es decir, agrupadas en eje simple rueda simple, eje simple rueda

doble, eje tándem y eje trídem. En cada grupo se ordenó la magnitud de los pesos

de menor a mayor y luego mediante la utilización de la tabla 37, correspondiente a

los rangos de carga, se determinaron los cuatro espectros de carga.

El Método WIM considera el rango de peso para los ejes simples de uno en uno;

al contrario del eje tándem y trídem, donde el pesaje determina el rango de la carga

de dos en dos.

83

Tabla 37: Cálculo del espectro de carga para ejes del tipo eje simple rueda simple

ESRS RANGO EN

TONELADAS MEDIA

# DE REPETICIONES CIRCULADAS

FRECUENCIA %

136.570.975

0 1 0,5 0,00 0,00%

1 2 1,5 0,00 0,00%

2 3 2,5 410795,93 0,30%

3 4 3,5 5825833,21 4,27%

4 5 4,5 13764651,31 10,08%

5 6 5,5 20246637,65 14,82%

6 7 6,5 31732491,89 23,24%

7 8 7,5 31049450,30 22,74%

8 9 8,5 20619715,05 15,10%

9 10 9,5 6759460,33 4,95%

10 11 10,5 3809198,64 2,79%

11 12 11,5 1680528,81 1,23%

12 13,16 12,58 672211,52 0,49%

1,37E+08 100,00%


Tabla 38: Cálculo del espectro de carga para ejes del tipo eje simple rueda doble

ESRD RANGO EN

TONELADAS MEDIA

# DE REPETICIONES CIRCULADAS

FRECUENCIA %

13.659.444

0 3 1,5 12990,44 0,10%

3 4 3,5 142894,80 1,05%

4 5 4,5 882375,40 6,46%

5 6 5,5 1472465,97 10,78%

6 7 6,5 1102238,53 8,07%

7 8 7,5 2104450,71 15,41%

8 9 8,5 2819898,99 20,64%

9 10 9,5 1292353,57 9,46%

10 11 10,5 552093,55 4,04%

11 12 11,5 1996565,13 14,62%

12 13 12,5 1255135,97 9,19%

13 13,23 13,12 25980,87 0,19%

1,37E+07 100,00%


84

Tabla 39: Cálculo del espectro de carga para ejes del tipo eje tándem

EJE TANDEM

RANGO EN TONELADAS

MEDIA # DE

REPETICIONES CIRCULADAS

FRECUENCIA %

1.901.129

0 4 2 0,00 0,00%

4 6 5 0,00 0,00%

6 8 7 14962,97 0,79%

8 10 9 172074,20 9,05%

10 12 11 286283,25 15,06%

12 14 13 247429,40 13,01%

14 16 15 325029,04 17,10%

16 18 17 239623,71 12,60%

18 20 19 247612,28 13,02%

20 22 21 280830,08 14,77%

22 24 23 42395,09 2,23%

24 26,88 25,44 44888,92 2,36%

1901128,94 100,00%


Tabla 40: Cálculo del espectro de carga para ejes del tipo eje trídem

EJE TRIDEM

RANGO EN TONELADAS

MEDIA # DE

REPETICIONES CIRCULADAS

FRECUENCIA %

632.350

0 6 3 0,00 0,00%

6 8 7 0,00 0,00%

8 10 9 0,00 0,00%

10 12 11 6323,50 1,00%

12 14 13 17705,79 2,80%

14 16 15 55646,78 8,80%

16 18 17 59440,88 9,40%

18 20 19 80940,77 12,80%

20 22 21 74617,27 11,80%

22 24 23 63234,98 10,00%

24 26 25 110028,86 17,40%

26 28 27 56911,48 9,00%

28 30 29 45529,18 7,20%

30 32 31 17705,79 2,80%

32 34 33 16441,09 2,60%

34 36 35 8852,90 1,40%

36 38 37 6323,50 1,00%

38 39,06 38,53 12647,00 2,00%

6,32E+05 100%


85

Donde:

ESRS, ESRD, EJE TÁNDEM Y EJE TRÍDEM: Es la sumatoria de vehículos

circulados por cada tipo de eje en diez años.

RANGO EN TONELADAS: Es el rango de pesos q tiene cada tipo de vehículo.

# DE REPETICIONES CIRCULADAS: Es el número de ejes circulados que tiene

cada rango de peso.

FRECUENCIA %: Es el número de repeticiones circuladas expresadas en

porcentaje.

Esquematización de los espectros de carga

Una vez calculados estos cuatro espectros, procedemos a esquematizarlos en su

versión relativa mediante la utilización de las cargar promedio por rango y de la

frecuencia relativa expresada en porcentaje de cada uno de ellos.

Ilustración 36: Espectro de carga de ejes del tipo simple rueda simple versión relativa


86

Ilustración 37: Espectro de carga de ejes del tipo simple rueda doble versión relativa


Ilustración 38: Espectro de carga de ejes del tipo tándem versión relativa


87

Ilustración 39: Espectro de carga de ejes del tipo trídem versión relativa


Observando las ilustraciones 36, 37, 38 y 39, las series nos indican que:

En los ejes de tipo simple rueda simple tenemos dos puntos altos seguidos:

El 23,24 % equivale a 31’732.492 de número de

repeticiones circulados con pesos entre 6 y 7 toneladas; y el 22,74%

que equivale a 31’049.450 de número de repeticiones circulados con

pesos entre 7 y 8 toneladas.

En los ejes de tipo simple rueda doble tenemos que:

El 20,64% equivale a 2’819.899 de número de repeticiones

circulados con pesos entre 8 y 9 toneladas.

En los ejes de tipo tándem tenemos que:

El 17,10% que equivale a 325.029 de número de

repeticiones circulados con pesos entre 14 y 16 toneladas.

Por último en los ejes de tipo trídem tenemos que:

88

El 17,40% que equivale a 110.029 de número de

repeticiones circulados con pesos entre 24 y 26 toneladas.

En las ilustraciones de los espectros de carga podemos observar que existe una

gran cantidad de ejes pesados, sin embargo los cuatro espectros en su versión

relativa no nos permite apreciar que porcentaje total de ejes con exceso de carga

que han circulado por la vía, por tal motivo esquematizaremos los espectros de

carga en su versión mediante la utilización de las mismas cargas promedio por

rango y de la frecuencia acumulada expresada en porcentaje, permitiéndonos

determinar el porcentaje de ejes con sobrecarga que superan las cargas máximas

establecidas por MTOP.

Ilustración 40: Espectro de carga de ejes del tipo simple rueda simple versión acumulada


89

Ilustración 41: Espectro de carga de ejes del tipo simple rueda doble versión acumulada


Ilustración 42: Espectro de carga de ejes del tipo tándem versión acumulada


90

Ilustración 43: Espectro de carga de ejes del tipo trídem versión acumulada


Determinación de ejes con sobrecarga

Basándonos en las ilustraciones 40, 41, 42 y 43, los porcentajes que están por

encima de la línea naranja son aquellos ejes que presentan exceso de peso; los

porcentajes obtenidos se muestran en la siguiente ilustración 44:

Ilustración 44: Porcentajes de ejes con sobrecarga


91

Según los resultados reflejados en la ilustración 44, podemos evaluar que:

En el caso de los ejes simples rueda simple, el 47,29%

equivale a 64’590.564 ejes que circularon con un peso mayor a 7

toneladas, siendo este el peso máximo para dicho eje.

En los ejes simples rueda doble, el 24% equivale a

3’277.682 ejes que circularon con un peso mayor a 11 toneladas,

siendo este el peso máximo para dicho eje.

En los ejes tándem, el 19,36% equivale a 368.114 ejes que

circularon con un peso mayor a 20 toneladas, siendo este el peso

máximo para dicho eje.

En los ejes trídem, 43,40% equivale a 274.440 ejes que

circularon con un peso mayor a 24 toneladas, siendo este el peso

máximo para dicho eje.

En conclusión, los ejes simples rueda simple se exceden por 6,16 toneladas y

los ejes trídem se exceden por 15,06 toneladas, incluyendo que es uno de los dos

ejes que tiene el porcentaje con sobrecarga más alto.

4.3.2.2 Evaluación Proyectada

Previamente comprobada la sobrecarga que generan los vehículos, se sugiere el

diseño de un pavimento flexible para este tipo de carga a la que está expuesta la

vía.

A continuación se procede a calcular los ejes equivalentes mediante el TPDA

proyectado a 10 años mostrado en la tabla 41:

92

Tabla 41: Tránsito Promedio Diario proyectado a 10 años


Donde los ejes simples ruedas simples comprende todos los vehículos, ejes

simples ruedas dobles comprende los buses, 2DA y 2DB; los ejes tándem

comprende los 3 A, 3S2 en dos de sus ejes y el 3S3 y por último los ejes trídem

comprende los 4C y 3S3,

Posteriormente se calculan los factores de equivalencia mediante el método de la

cuarta potencia, donde se utilizan las fórmulas de la tabla 18.

Ya determinados los factores se procede a calcular los ejes equivalentes,

multiplicando la cantidad de ejes en total por la frecuencia y por el factor de

equivalencia previamente calculado, para finalmente obtenerlos a 10 años de

proyección.

AÑO

TRANSITO PROMEDIO DIARIO

LIVIANOS BUSES

CAMIONES

2DA 2DB 3 A 4C 3S2 3S3

2017 25892 1554 621 1398 311 0 0 155

2018 27966 1582 651 1467 326 0 0 163

2019 30206 1610 683 1539 342 0 0 171

2020 32626 1639 717 1614 359 0 0 179

2021 34501 1660 747 1683 374 0 0 187

2022 37068 1688 783 1762 392 0 0 195

2023 39826 1716 820 1846 411 0 0 205

2024 42789 1745 859 1933 430 0 0 214

2025 45972 1774 890 2003 446 0 0 222

2026 47163 1786 931 2096 466 0 0 232

2027 50412 1814 974 2192 488 0 0 243

TOTAL 18570 8676 19532 4345 0 0 2166

93

Tabla 42: Cálculo de los ejes equivalentes de los ejes simple rueda simple

ESRS RANGO EN

TONELADAS MEDIA

FRECUENCIA %

FACTOR CUARTA

POTENCIA

ESAL´S EN 10 AÑOS

136.570.975

0 1 0,5 0,00% 3,29385E-05 0

1 2 1,5 0,00% 0,002668021 0

2 3 2,5 0,30% 0,020586584 8.457

3 4 3,5 4,27% 0,079085422 460.738

4 5 4,5 10,08% 0,216109726 2.974.675

5 6 5,5 14,82% 0,482253086 9.764.003

6 7 6,5 23,24% 0,940757489 29.852.579

7 8 7,5 22,74% 1,667513319 51.775.372

8 9 8,5 15,10% 2,751059356 56.726.060

9 10 9,5 4,95% 4,29258278 29.015.543

10 11 10,5 2,79% 6,405919165 24.401.419

11 12 11,5 1,23% 9,217552487 15.490.363

12 13,16 12,58 0,49% 13,19917607 8.872.638

100,00%

229341847,52


Tabla 43: Cálculo de los ejes equivalentes de los ejes simple rueda doble

ESRD RANGO EN

TONELADAS MEDIA

FRECUENCIA %

FACTOR CUARTA

POTENCIA

ESAL´S EN 10 AÑOS

13.659.444

0 3 1,5 0,10% 0,00111972 15

3 4 3,5 1,05% 0,033190727 4.743

4 5 4,5 6,46% 0,09069736 80.029

5 6 5,5 10,78% 0,202392935 298.017

6 7 6,5 8,07% 0,394818975 435.185

7 8 7,5 15,41% 0,699825308 1.472.748

8 9 8,5 20,64% 1,154570065 3.255.771

9 10 9,5 9,46% 1,801519684 2.328.200

10 11 10,5 4,04% 2,688448904 1.484.275

11 12 11,5 14,62% 3,868440771 7.723.594

12 13 12,5 9,19% 5,399886637 6.777.592

13 13,23 13,12 0,19% 6,5536 170.268

100,00%

24030436,52


94

Tabla 44: Cálculo de los ejes equivalentes de los ejes tándem

EJE TANDEM

RANGO EN TONELADAS

MEDIA FRECUENCIA

%

FACTOR CUARTA

POTENCIA

ESAL´S EN 10 AÑOS

1.901.129

0 4 2 0,00% 0,000373563 0

4 6 5 0,00% 0,014592309 0

6 8 7 0,79% 0,056057816 839

8 10 9 9,05% 0,153184228 26.359

10 12 11 15,06% 0,341833604 97.861

12 14 13 13,01% 0,66683352 164.994

14 16 15 17,10% 1,181977064 384.177

16 18 17 12,60% 1,950022842 467.272

18 20 19 13,02% 3,042694973 753.409

20 22 21 14,77% 4,540683091 1.275.160

22 24 23 2,23% 6,533642344 276.994

24 26,88 25,44 2,36% 9,7794052 438.987

100,00%

3886052,21


Tabla 45: Cálculo de los ejes equivalentes de los ejes trídem

EJE TRIDEM

RANGO EN TONELADAS

MEDIA FRECUENCIA

%

FACTOR CUARTA

POTENCIA

ESAL´S EN 10 AÑOS

632.350

0 6 3 0,00% 0,00028945 0

6 8 7 0,00% 0,008579872 0

8 10 9 0,00% 0,023445457 0

10 12 11 1,00% 0,052318995 331

12 14 13 2,80% 0,102061528 1.807

14 16 15 8,80% 0,1809063 10.067

16 18 17 9,40% 0,298458768 17.741

18 20 19 12,80% 0,465696592 37.694

20 22 21 11,80% 0,694969643 51.857

22 24 23 10,00% 1,00 63.235

24 26 25 17,40% 1,395881947 153.587

26 28 27 9,00% 1,899081979 108.080

28 30 29 7,20% 2,527438796 115.072

30 32 31 2,80% 3,300163307 58.432

32 34 33 2,60% 4,23783863 69.675

34 36 35 1,40% 5,362420089 47.473

36 38 37 1,00% 6,697235216 42.350

38 39,06 38,53 2,00% 7,87561889 99.603

100%

877002,58


95

Obteniendo así los ejes equivalentes totales a diez años:

ESAL′s TOTALES = 258′135.339 EE

Diseño del Pavimento Flexible

Previamente obtenidos los ejes equivalentes, para el diseño del pavimento

utilizaremos los mismos datos del CBR de diseño, la confiabilidad, la desviación

estándar, la serviciabilidad inicial y final, el módulo resiliente, el coeficiente

estructural y el calidad de drenaje; por lo tanto nos quedaría determinar el número

estructural de cada capa del pavimento, los cuales los obtendremos por medio del

software ECUACIÓN AASHTO 93.

Ilustración 45: Cálculo del SN de la base granular por el software AASHTO 93


Obteniendo un número estructural de 5,07 para la base granular.

96

Ilustración 46: Cálculo del SN de la sub-base granular por el software AASHTO 93


Obteniendo un número estructural de 6,24 para la sub-base granular.

Ilustración 47: Cálculo del SN de la mejoramiento por el software AASHTO 93


Obteniendo un número estructural de 6,48 para el mejoramiento.

97



Obteniendo un número estructural de 7,49 para la subrasante. Una vez determinados los coeficientes estructurales determinaremos el número

estructural corregido.

Tabla 46: Coeficientes para el diseño del pavimento con el TPDA proyectado a 10 años– Sistema

WIM


SN*

pulg cm cm Pulg


Base Granular 0,135 0,8 10,83 27,517 28 11,02 1,19


Mejoramiento 0,095 0,8 9,00 22,860 25 9,84 0,75

7,73 ≥ 7,5 OK


98

Capítulo V

Conclusiones y recomendaciones

5.1 Conclusiones

Como se pudo notar durante el proceso de desarrollo del capítulo anterior, que

consistía en evaluar y determinar el tráfico y las cargas que son generadas por su

circulación en la vía tenemos como conclusión lo siguiente:

Las pesos que se pudieron obtener mediante los espectros de carga para los

tipos de ejes en estudio se pueden notar que existe una sobrecarga de los

vehículos pesados debido a que la tara están por encima del límite

establecido por el Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP), siendo

los vehículos con ejes de tipo tándem y tipo trídem los que ms incumplen.

Mediante realizado para obtener el número de ejes equivalentes por ambos

métodos AASHTO y WIM se aprecia una notable diferencia de carga en los

ejes, producida por el paso continuo de los vehículos en especial los

vehículos de tipo tándem y trídem ocasionando que no se considere la

diferencia de carga que se produce, a causa de esto se provoca un deterioro

en las capas de la estructura del pavimento acortando el tiempo de vida útil

para el que fue diseñado.

La metodología AASHTO’93 no permite encontrar el número estructural del

pavimento debido a que la cantidad máxima permitida de ejes equivalentes

está por debajo de los ejes equivalentes obtenido por la metodología WIN.

99

5.2 Recomendaciones

Aumentar los sitios de pesos y medidas del MTOP para poder

implementar la metodología WIM durante el proceso de diseño para

las vías que serán construidas o rehabilitadas para tener una mayor

certeza del tipo de carga que vamos a tener y diseñar un pavimento de

mayor duración.

Si bien notamos que la metodología WIM nos da un resultado más

exacto en el número de ejes equivalentes, para este tipo de vía se

recomienda una estructura de pavimento rígido debido al alto número

de ejes equivalentes existentes debido a que la normativa AASHTO

tiene limitaciones.

Seguir la secuencia del tema y metodología en futuros temas de

mantenimiento y rehabilitación de vías en nuestro país.

Bibliografía

Apuntes de carreteras.

Bañon Blázquez, B. G. (2000). Manual de carreteras-Volumen 1.

Caracterización de los espectros de carga en la red carretera mexicana

(Paul Garnica Anguas).

Diseño de pavimento AASTHO 93 Y DIPAV-2.

Espectros de carga y daño para diseño de pavimentos (Paul Garnica

Anguas).

Manual centroamericano para el diseño de pavimento. (2002). capítulo 7.

Manual del Ministerio de Transporte y Obras Públicas. (2002).

Montejo. (2002). Ingeniería de pavimentos.

MOP-001-F-2002. (2002).

MOP-2003. (2003).

ANEXOS

ANEXOS ANEXO 1

TABLAS AASHTO

Tabla 3.7. Factores equivalentes de carga para pavimentos flexibles, ejes simples, pt= 3.

Carga por eje SN

Kips Ton 1 2 3 4 5 6

2 0,907 0,0008 0,0009 0,0006 0,0003 0,0002 0,0002

4 1,814 0,004 0,008 0,006 0,004 0,002 0,002

6 2,722 0,014 0,030 0,028 0,018 0,012 0,010

8 3,629 0,035 0,070 0,800 0,055 0,040 0,034

10 4,536 0,082 0,132 0,168 0,132 0,101 0,086

12 5,443 0,173 0,231 0,296 0,260 0,212 0,187

14 6,350 0,332 0,388 0,468 0,447 0,391 0,358

16 7,258 0,594 0,633 0,695 0,693 0,651 0,622

18 8,165 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

20 9,072 1,600 1,530 1,410 1,380 1,440 1,510

22 9,979 2,470 2,290 1,960 1,830 1,970 2,160

24 10,886 3,670 3,330 2,690 2,390 2,600 2,960

26 11,794 5,290 4,720 3,650 3,080 3,330 3,910

28 12,701 7,430 6,560 4,880 3,930 4,170 5,000

30 13,608 10,200 8,900 6,500 5,000 5,100 6,300

32 14,515 13,800 12,000 8,400 6,200 6,300 7,700

34 15,422 18,200 15,700 10,900 7,800 7,600 9,300

36 16,330 23,800 20,400 14,000 9,700 9,100 11,000

38 17,237 30,600 26,200 17,700 11,900 11,000 13,000

40 18,144 38,800 33,200 22,200 14,600 13,100 15,300

42 19,051 48,800 41,600 27,600 17,800 15,500 17,800

44 19,958 60,600 51,600 34,000 21,600 18,400 20,600

46 20,866 74,700 63,400 41,500 26,100 21,600 23,800

48 21,773 91,200 77,300 50,300 31,300 25,400 27,400

50 22,680 110,000 94,000 61,000 37,000 30,000 32,000

Tabla 3.8. Factores equivalentes de carga para pavimentos flexibles, ejes tándem, pt= 3.

Carga por eje SN

Kips Ton 1 2 3 4 5 6

2 0,907 0,0002 0,0002 0,0001 0,0001 0,000 0,000

4 1,814 0,001 0,001 0,001 0,000 0,000 0,000

6 2,722 0,003 0,004 0,003 0,002 0,001 0,001

8 3,629 0,006 0,110 0,009 0,005 0,003 0,003

10 4,536 0,011 0,024 0,020 0,012 0,008 0,007

12 5,443 0,019 0,042 0,039 0,024 0,017 0,014

14 6,350 0,031 0,066 0,068 0,045 0,032 0,026

16 7,258 0,049 0,096 0,109 0,076 0,055 0,046

18 8,165 0,075 0,134 0,164 0,121 0,090 0,076

20 9,072 0,113 0,181 0,232 0,182 0,139 0,119

22 9,979 0,166 0,241 0,313 0,260 0,205 0,178

24 10,886 0,238 0,317 0,407 0,358 0,292 0,257

26 11,794 0,333 0,413 0,517 0,476 0,402 0,360

28 12,701 0,457 0,534 0,643 0,614 0,538 0,492

30 13,608 0,616 0,684 0,788 0,773 0,702 0,656

32 14,515 0,817 0,870 0,956 0,953 0,896 0,855

34 15,422 1,070 1,100 1,150 1,150 1,120 1,090

36 16,330 1,380 1,380 1,380 1,380 1,380 1,380

38 17,237 1,750 1,710 1,640 1,620 1,660 1,700

40 18,144 2,210 2,110 1,940 1,890 1,980 2,080

42 19,051 2,750 2,590 2,290 2,190 2,330 2,500

44 19,958 3,390 3,150 2,700 2,520 2,710 2,970

46 20,866 4,150 3,810 3,160 2,890 3,130 3,500

48 21,773 5,040 4,580 3,700 3,290 3,570 4,070

50 22,680 6,080 5,470 4,310 3,740 4,050 4,700

52 23,587 7,270 6,490 5,010 4,240 4,570 5,370

54 24,494 8,650 7,670 5,810 4,790 5,130 6,100

56 25,402 10,200 9,000 6,700 5,400 5,700 6,900

58 26,309 12,000 10,600 7,700 6,100 6,400 7,700

60 27,216 14,100 12,300 8,900 6,800 7,100 8,600

62 28,123 16,300 14,300 10,200 7,700 7,800 9,500

64 29,030 18,900 16,400 11,600 8,600 8,600 10,500

66 29,938 21,800 18,900 13,200 9,600 9,500 11,600

68 30,845 25,100 21,700 15,000 10,700 10,500 12,700

70 31,752 28,700 24,700 17,000 12,000 11,500 13,900

72 32,659 32,700 28,100 19,200 13,300 12,600 15,200

74 33,566 37,200 31,900 21,600 14,800 13,800 16,500

76 34,474 42,100 36,000 24,300 16,400 15,100 17,900

78 35,381 47,500 40,600 27,300 18,200 16,500 19,400

80 36,288 53,400 45,700 30,500 20,100 18,000 21,000

82 37,195 60,000 51,200 34,000 22,200 19,600 22,700

84 38,102 67,100 57,200 37,900 24,600 21,300 24,500

86 39,010 74,900 63,800 42,100 27,100 23,200 26,400

88 39,917 83,400 71,000 46,700 29,800 25,200 28,400

90 40,824 92,700 78,800 51,700 32,700 27,400 30,500

Tabla 3.9. Factores equivalentes de carga para pavimentos flexibles, ejes trídem, pt= 3.

Carga por eje SN

Kips Ton 1 2 3 4 5 6

2 0,907 0,0001 0,0001 0,0001 0,0000 0,0000 0,0000

4 1,814 0,001 0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 0,0001

6 2,722 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001

8 3,629 0,003 0,004 0,002 0,001 0,001 0,001

10 4,536 0,005 0,008 0,005 0,003 0,002 0,002

12 5,443 0,007 0,014 0,010 0,006 0,004 0,003

14 6,350 0,011 0,023 0,018 0,011 0,007 0,006

16 7,258 0,016 0,035 0,030 0,018 0,013 0,010

18 8,165 0,022 0,050 0,047 0,029 0,020 0,017

20 9,072 0,031 0,069 0,069 0,044 0,031 0,026

22 9,979 0,043 0,090 0,097 0,065 0,046 0,039

24 10,886 0,059 0,116 0,132 0,092 0,066 0,056

26 11,794 0,079 0,145 0,174 0,126 0,092 0,078

28 12,701 0,104 0,179 0,223 0,168 0,126 0,107

30 13,608 0,136 0,218 0,279 0,219 0,167 0,143

32 14,515 0,176 0,265 0,342 0,279 0,218 0,188

34 15,422 0,226 0,319 0,413 0,350 0,279 0,243

36 16,330 0,286 0,382 0,491 0,432 0,352 0,310

38 17,237 0,359 0,456 0,577 0,524 0,437 0,389

40 18,144 0,447 0,543 0,671 0,626 0,536 0,483

42 19,051 0,550 0,643 0,775 0,740 0,649 0,593

44 19,958 0,673 0,760 0,889 0,865 0,777 0,720

46 20,866 0,817 0,894 1,014 1,001 0,920 0,865

48 21,773 0,984 1,048 1,152 1,148 1,080 1,030

50 22,680 1,180 1,230 1,300 1,310 1,260 1,220

52 23,587 1,400 1,430 1,470 1,480 1,450 1,430

54 24,494 1,660 1,660 1,660 1,660 1,660 1,660

56 25,402 1,950 1,920 1,860 1,850 1,880 1,910

58 26,309 2,280 2,210 2,090 2,060 2,130 2,200

60 27,216 2,660 2,540 2,340 2,280 2,390 2,500

62 28,123 3,080 2,920 2,610 2,520 2,660 2,840

64 29,030 3,560 3,330 2,920 2,770 2,960 3,190

66 29,938 4,090 3,790 3,250 3,040 3,270 3,580

68 30,845 4,680 4,310 3,620 3,330 3,600 4,000

70 31,752 5,340 4,880 4,020 3,640 3,940 4,440

72 32,659 6,080 5,510 4,460 3,970 4,310 4,910

74 33,566 6,890 6,210 4,940 4,320 4,680 5,400

76 34,474 7,780 6,980 5,470 4,700 5,090 5,930

78 35,381 8,760 7,830 6,040 5,110 5,510 6,480

80 36,288 9,840 8,750 6,670 5,540 5,960 7,060

82 37,195 11,000 9,800 7,400 6,000 6,400 7,700

84 38,102 12,300 10,900 8,100 6,500 6,900 8,300

86 39,010 13,700 12,100 8,900 7,000 7,400 9,000

88 39,917 15,300 13,400 9,800 7,600 8,000 9,600

90 40,824 16,900 14,800 10,700 8,200 8,500 10,400

ANEXO 2

TABLA INSTITUTO DEL ASFALTO

Tabla VI.3.. Factores de Equivalencia de Carga

Carga de Eje Bruto Factores de Carga Equivalente

KN lb Ton Eje Simple Eje Tándem Eje Trídem

4,45 1000 0,45372051 0,00002

8,9 2000 0,90744102 0,00018

17,8 4000 1,81488203 0,00209 0,00030

26,7 6000 2,72232305 0,01043 0,00100 0,00030

35,6 8000 3,62976407 0,0343 0,0030 0,0010

44,5 10000 4,53720508 0,0877 0,0070 0,0020

53,4 12000 5,4446461 0,189 0,014 0,003

62,3 14000 6,35208711 0,360 0,027 0,006

71,2 16000 7,25952813 0,623 0,047 0,011

80 18000 8,16696915 1,000 0,077 0,017

89 20000 9,07441016 1,510 0,121 0,027

97,9 22000 9,98185118 2,180 0,180 0,040

106,8 24000 10,8892922 3,030 0,260 0,057

115,6 26000 11,7967332 4,090 0,364 0,080

124,5 28000 12,7041742 5,390 0,495 0,109

133,4 30000 13,6116152 6,970 0,658 0,145

142,3 32000 14,5190563 8,880 0,857 0,191

151,2 34000 15,4264973 11,180 1,095 0,246

160,1 36000 16,3339383 13,930 1,380 0,313

169 38000 17,2413793 17,200 1,700 0,393

178 40000 18,1488203 21,080 2,080 0,487

187 42000 19,0562613 25,640 2,510 0,597

195,7 44000 19,9637024 31,000 3,000 0,723

204,5 46000 20,8711434 37,240 3,550 0,868

213,5 48000 21,7785844 44,500 4,170 1,033

222,41 50000 22,6860254 52,880 4,860 1,220

231,3 52000 23,5934664 5,630 1,430

240,2 54000 24,5009074 6,470 1,660

249 56000 25,4083485 7,410 1,910

258 58000 26,3157895 8,450 2,200

267 60000 27,2232305 9,590 2,510

275,8 62000 28,1306715 10,840 2,850

284,5 64000 29,0381125 12,220 3,220

293,5 66000 29,9455535 13,630 3,620

302,5 68000 30,8529946 15,380 4,050

311,5 70000 31,7604356 17,190 4,520

320 72000 32,6678766 19,160 5,030

329 74000 33,5753176 21,320 5,570

338 76000 34,4827586 23,660 6,150

347 78000 35,3901996 26,220 6,780

356 80000 36,2976407 29,000 7,450

364,7 82000 37,2050817 32,000 8,200

373,6 84000 38,1125227 35,300 8,900

382,5 86000 39,0199637 38,800 9,800

391,4 88000 39,9274047 42,600 10,600

400,3 90000 40,8348457 46,800 11,600

ANEXO

FOTOGRÁFICO

ANEXO 10 FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

ESCUELA DE INGENERIA CIVIL VÍAS DE COMUNICACIÓN

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGIA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS / TRABAJO DE GRADUACIÒN TITULO Y SUBTITULO :

EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LOS EJES EQUIVALENTES DE LOS VEHÍCULOS QUE

CIRCULAN POR LA VÍA DURÁN-BOLICHE OBTENIDOS DE LOS REGISTROS DE LA ESTACIÓN

DE PEAJE “BOLICHE” PESADOS MEDIANTE LA METODOLOGÍA MECANICISTA WIM Y LOS

DETERMINADOS POR EL MÉTODO AASHTO-93

AUTOR(ES):

Mendoza Donoso Jacob Isaac

Solórzano Sánchez María Gabriela

REVISOR(ES)/TUTOR(ES):

Ing. Gino Flor Chavez, MSc.

Ing. Carlos Mora Cabrera, MSc.

INSTITUCION :


UNIDAD/FACULTAD : Facultad De Ciencias Matemáticas y Físicas

MAESTRIA/ESPECIALIDAD :

GRADO OBTENIDO :

FECHA DE PUBLICACION : 2018

NUMERO DE PAGINAS 136

ÁREAS TEMÁTICAS :

Vías de Comunicación

CARACTERIZACIÒN DEL TRÁNSITO.

PALABRAS CLAVES

/KEYWORKDS:

Empírico, mecanicista, weight in motion, espectros de carga, ejes equivalentes

RESUMEN /ABSTRACT (150-250 ) PALABRAS : El proyecto a presentarse trata de la evaluación comparativa entre dos métodos dirigidos al estudio de tránsito, cuyo objetivo es

determinar los espectros de cargas de los vehículos pesados que circulan por la vía Durán-Boliche. Tradicionalmente para el estudio de tráfico se

trabaja con el método AASHTO-93 para fines de diseño, construcción y rehabilitación de vías, pero con el transcurso de los años se ha

incrementado el tráfico de vehículos pesados y muchas veces estos vehículos circulan con exceso de carga; por lo que no es recomendable

trabajar con este método debido que genera resultados poco confiables de tal manera provoca que el tiempo de vida útil del pavimento se

acorte. Por tal motivo es importante conocer el peso real de estos vehículos mediante el uso de un método automatizado, el cual es un sistema

que pesa el vehículo en movimiento; a este método se lo conoce como WIM por sus siglas en inglés (weight in motion), que en español significa

peso en movimiento, obteniendo así resultados más favorables para lograr que los pavimentos tengan un buen desempeño y cumplan con las

expectativas para las cuales fueron diseñados.

ADJUNTO PDF : X SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES:

Teléfono: 0985178074 - 0995399624 Email: [email protected]

[email protected]

m CONTACTO CON

LA INSTITUCIÒN

:

Nombre: FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

Telefono: 2-283348 Email :

mailto:[email protected]

AÑO - UGrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/38281/1/BMAT-V099-2018-Ing… · mendoza donoso jacob isaac solorzano sanchez maria gabriela c.i. nº 0925699209 c.i n° 0930560974

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