CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO · —En los pavimentos asfálticos depende de la importancia de la vía y suelen variar entre 10 y 20 años —Los pavimentos rígidos se acostumbran

CARACTERIZACIÓN DEL

TRÁNSITO

CONTENIDO

Definiciones

Período de diseño del pavimento

Caracterización de las cargas del tránsito

Equivalencia de cargas por eje

Equivalencias de carga por vehículo

Conversión del tránsito mezclado en aplicaciones

equivalentes del eje de referencia

Tendencia histórica y proyección del tránsito

EL TRÁNSITO AUTOMOTOR

CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO

DEFINICIONES

DEFINICIONES

Tránsito promedio diario

Número de vehículos que circulan durante

determinado periodo, dividido por el número de días

del periodo

Vehículo comercial

Vehículo automotor, de cuando menos dos ejes,

que comprende buses, busetas, volquetas y camiones

con o sin acoplado

Vehículo liviano

Vehículo automotor de dos ejes simples con sistema

de rueda simple

Carril de diseño

Carril por el cual se espera la circulación de mayor

número de cargas de diseño

Período de diseño

Lapso que transcurre desde que un pavimento se da al

servicio hasta que alcanza su índice de servicio terminal

DEFINICIONES

Índice de servicio presente

Valor numérico, entre cero y cinco, que da una

indicación del comportamiento del pavimento desde

el punto de vista del usuario

Índice de servicio inicial

Índice de servicio de un pavimento en el instante en

el cual se acaba de construir o de rehabilitar

Índice de servicio terminal

Menor índice de servicio que es tolerado por el

usuario antes de exigir la rehabilitación del pavimento

DEFINICIONES

ÍNDICE DE SERVICIO PRESENTE

DEFINICIONES


PERÍODO DE DISEÑO

DEL PAVIMENTO

PERÍODOS DE DISEÑO

Los períodos de diseño suelen ser diferentes según

se trate de pavimentos asfálticos o rígidos:

—En los pavimentos asfálticos depende de la

importancia de la vía y suelen variar entre 10 y 20

años

—Los pavimentos rígidos se acostumbran diseñar

para períodos de 20 años, independientemente de

la importancia de la vía, por cuanto los

incrementos de espesor y de costo al duplicar el

período de diseño no suelen exceder de 10%

PERÍODOS DE DISEÑO

I II III IV

DESCRIPCIÓN

Autopistas interurbanas,

Caminos interurbanos

principales

Colectoras interurbanas,

Caminos rurales e

industriales principales

Caminos rurales con

tránsito medio,

Caminos estratégicos

Pavimentos especiales e

innovaciones

Rango TPD inicial 5000 1000-10000 -1000 -10000

Periodo de diseño

recomendado (años) 20 15 10 10 - 15

CATEGORÍA DE LA CARRETERA

PERÍODOS DE DISEÑO RECOMENDADOS POR INVÍAS PARA LOS

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE LAS CARRETERAS NACIONALES


CARACTERIZACIÓN

DE LAS CARGAS

DEL TRÁNSITO

—Diferentes tipos de vehículos

—Diferentes magnitudes de carga por eje

—Diferentes configuraciones de ejes

—Diferentes presiones de contacto neumático -

pavimento

—Diferente velocidad vehicular

TRÁNSITO MEZCLADO

CARACTERIZACIÓN DE

LAS CARGAS DEL TRÁNSITO

El efecto que producen los vehículos sobre un

pavimento es muy complejo de evaluar, debido a que

el tránsito es muy mezclado:

DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS

Vehículo pesado ¿Vehículo liviano?

CARACTERIZACIÓN DE


CARACTERIZACIÓN DE


CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS EN COLOMBIA

DIFERENTES MAGNITUDES DE CARGA POR EJE

CARACTERIZACIÓN DE


P1 P2P3 P4

CONFIGURACIONES USUALES DE LOS EJES Y DE LAS RUEDAS DE LOS VEHÍCULOS AUTOMOTORES

CARACTERIZACIÓN DE


DIFERENTES CONFIGURACIONES DE EJES

Eje simple -

rueda doble

Eje tándem –

rueda doble

Eje triple –

rueda doble

CARACTERIZACIÓN DE


CARACTERIZACIÓN DE


DIFERENTES CONFIGURACIONES DE EJES

Eje simple - rueda simple Eje simple - rueda ¿….?

DIFERENTES PRESIONES DE CONTACTO

CARACTERIZACIÓN DE


En los pavimentos asfálticos, el efecto de la

presión de contacto es particularmente importante en

la parte superior de la estructura, aunque no afecta el

espesor total requerido de pavimento. Cuando las

presiones de inflado y de contacto son altas, se

requieren materiales de mejor calidad en las capas

asfálticas

En los pavimentos rígidos, mayores presiones de

inflado y de contacto generan mayores esfuerzos y

exigen espesores de pavimento superiores


CARACTERIZACIÓN DE


EFECTO DE LA CARGA POR RUEDA Y DE LA PRESIÓN DE CONTACTO SOBRE

LOS ESFUERZOS VERTICALES EN UN PAVIMENTO ASFÁLTICO


CARACTERIZACIÓN DE


EFECTO DE LA CARGA POR RUEDA Y DE LA PRESIÓN DE CONTACTO SOBRE

LOS ESPESORES REQUERIDOS EN UN PAVIMENTO RÍGIDO

DIFERENTE VELOCIDAD VEHICULAR

CARACTERIZACIÓN DE


La velocidad vehicular es inversamente

proporcional al tiempo de aplicación de la carga

sobre la superficie del pavimento

Los materiales de las diferentes capas de un

pavimento presentan un mayor módulo de elasticidad

a menor tiempo de aplicación de la carga

Por lo tanto, las magnitudes de las deformaciones

en el pavimento se reducen al incrementarse la

velocidad

DIFERENTE VELOCIDAD VEHICULAR

CARACTERIZACIÓN DE


EFECTO DE LA VELOCIDAD SOBRE LAS DEFORMACIONES EN UN PAVIMENTO

ASFÁLTICO PARA DIVERSAS MAGNITUDES DE CARGAS POR EJE

CARACTERIZACIÓN DE


El número de ejes por carril y su distribución en

diferentes grupos de carga durante el periodo de

diseño del pavimento

El efecto destructivo de los vehículos circulantes y

la incidencia estructural de unos ejes con respecto de

otros de diferente magnitud y configuración

INFORMACIÓN DE TRÁNSITO REQUERIDA

PARA EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO

Emplear cargas equivalentes por eje, convirtiendo las cargas

reales esperadas a un número equivalente de aplicaciones de

un eje normalizado, generalmente el eje simple de 80 kN. Este

es el procedimiento utilizado en Colombia para el diseño de

pavimentos asfálticos

Emplear el espectro de carga real de ejes simples, tándem,

triples y cuádruples. Este espectro incluye el número de ejes

en una serie de grupos de carga, durante intervalos de tiempo

prolongados. Este es el procedimiento corriente para el diseño

de pavimentos rígidos

CARACTERIZACIÓN DE


MANERAS DE CARACTERIZAR EL TRÁNSITO


EQUIVALENCIA DE

CARGAS POR EJE

EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE

Factor numérico que relaciona el número de

aplicaciones de las carga por eje de referencia que

produce en el pavimento un determinado deterioro y el

número requerido de aplicaciones de otra carga por eje

para producir el mismo deterioro

El deterioro se mide en términos de la pérdida de

índice de servicio presente

FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE

Ejemplo

Establecer el factor de equivalencia de carga por eje

(FECE) para la siguiente situación:

—La acción de 100,000 aplicaciones de un eje de

80 kN produjo en un pavimento una caída del

índice de servicio presente de 4.2 a 2.5, en tanto

que otro pavimento idéntico soportó 10,000

aplicaciones de un eje de 142 kN para sufrir la

misma caída en serviciabilidad



Solución

FECE = 100,000/10,000 = 10

—Es decir, que una pasada de un eje simple de 142

kN produce en un pavimento la misma pérdida de

índice de servicio que 10 pasadas de un eje simple

de 80 kN



Los factores de equivalencia de carga por eje (FECE)

dependen de:

—Tipo de pavimento

—Condición estructural del pavimento

—Sistema de eje vehicular

—Índice de servicio final de la estructura

Tablas con valores de los factores de equivalencia de

carga por eje para diversas combinaciones de estas

variables, aparecen en el manual de diseño AASHTO-93



Carga por eje

(kip)

Pavimento asfáltico SN=5, pt =3.0

Factores de equivalencia de carga por eje

Simple Tándem

0.0000

Triple

2 0.0002 0.0000 0.0000

10 0.101 0.008 0.002

18 1.0 0.090

0.702

0.020

0.16730 5.1

40 13.1 1.98 0.536

50 30.0 4.05 1.26


FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE SEGÚN AASHTO

(SN = 5 y pt = 3)


Los FECE se pueden expresar en términos de la

magnitud de las cargas involucradas, las cuales deben

corresponder a una misma configuración de ejes y

número de llantas.

FECE = (Pi/Pr)n

Pi= Carga por eje considerada

Pr = Carga por eje de referencia

n = Coeficiente empírico



Ejemplo

Establecer el coeficiente exponencial empírico para

las cargas por eje simple de 80 kN y de 142 kN,

tomando como referencia la primera

10 = (142/80)n

n = 4.01



Según se determinó en el ensayo AASHTO, el valor

―n‖ en pavimentos asfálticos oscila en un entorno mas o

menos restringido (3.8 - 4.2), lo que ha llevado a los

diseñadores a adoptar un valor igual a 4.0 en la solución

de los problemas rutinarios con estos pavimentos

Por ese motivo, la relación

FECE = (Pi/Pr)4

se conoce como “Ley de la Cuarta Potencia”



En el mismo ensayo AASHTO se determinó que en

pavimentos rígidos, la agresividad de una carga por eje

respecto de la de referencia seguía una ley similar,

pero el coeficiente ―n‖ era mayor que en el caso de los

pavimentos asfálticos, entre 4.0 y 4.4



En el AASHO ROAD TEST se adoptó como carga

de referencia por eje simple con sistema de rueda doble

una de magnitud igual a 80 kN (18 kip) y se supuso

que ella producía en el pavimento un daño unitario

Las magnitudes de carga aplicadas con otros sistemas

de ejes y/o de rueda, que produzcan en un pavimento el

mismo deterioro que el eje simple de rueda doble de 80

kN, se consideran también como cargas de referencia

CARGAS POR EJE DE REFERENCIA


CARGAS DE REFERENCIA ADOPTADAS POR INVIAS PARA EL

DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Tipo de eje Configuración

de ruedas

Carga de referencia

kN kip t

Simple Simple 65 14.5 6.6

Simple Doble 80 18.0 8.2

Tándem Doble 146 33.0 15.0

Triple Doble 225* 50.7* 23.0*

* La carga de referencia adoptada por la AASHTO es de aproximadamente 48 kip

CARGAS POR EJE DE REFERENCIA


FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR

EJE SEGÚN LA LEY DE LA CUARTA POTENCIA



EQUIVALENCIAS DE

CARGA POR

VEHÍCULO

El método más utilizado para estimar el tránsito con

fines de diseño de pavimentos consiste en convertir las

repeticiones esperadas del tránsito real a un número de

aplicaciones del eje de referencia normalizado (80 kN)

que produciría el mismo deterioro en el pavimento

Debido a la reducida magnitud de las cargas por eje

de los vehículos livianos, éstas se suelen ignorar en los

cómputos de tránsito con fines de diseño de pavimentos

CONCEPTO DE LA EQUIVALENCIA DE CARGA

EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO

CONCEPTO DE LA EQUIVALENCIA DE CARGA


EJES EQUIVALENTES GENERADOS POR

DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS

(datos U.S.A.)


Es el parámetro empírico que permite convertir el

tránsito real en aplicaciones equivalentes del eje de

referencia para diseño de pavimentos asfálticos

El factor camión es el número de ejes simples

equivalentes de referencia (80 kN) que producirían en

el pavimento un daño equivalente al de una pasada de

un vehículo comercial promedio

El factor camión se puede determinar de manera

individual para cada tipo de vehículo comercial o

como promedio de todo el flujo de tránsito pesado

FACTOR CAMIÓN


Se pesan los ejes de los vehículos comerciales que

circulen por la vía durante cierto lapso

Se tabulan por grupos los valores de carga por eje

obtenidos para los diversos sistemas de ejes (espectro

de carga)

Los valores tabulados son afectados por los factores

de equivalencia de carga por eje (FECE), aplicando los

factores de AASHTO o empleando la ley de la cuarta

potencia, si no se dispone de ellos

DETERMINACIÓN DEL FACTOR CAMIÓN


EJEMPLO DE CÁLCULO



EJEMPLO DE CÁLCULO (cont.)



VALORES DE FACTOR CAMIÓN POR TIPO VEHÍCULO


COMENTARIOS SOBRE EL FACTOR CAMIÓN

El factor camión es un valor cuya magnitud cambia con

el tiempo en una determinada carretera, debido a diversos

factores:

—Desarrollo de la industria de fabricación de buses y

camiones

—Modificaciones en los límites de carga legal

—Cambios en la distribución del parque de vehículos

pesados

El valor numérico del factor camión está relacionado

directamente con la intensidad de la sobrecarga vehicular


EFECTOS DE LA SOBRECARGA VEHICULAR






SOBRE EL USUARIO



SOBRE EL PAVIMENTO


CONVERSIÓN DEL TRÁNSITO

REAL EN APLICACIONES

EQUIVALENTES DEL EJE DE

REFERENCIA

CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES SIMPLES

EQUIVALENTES EN UN AÑO i

NESEi Nú Número de aplicaciones de carga del eje de referencia en el carril de

diseño en el año “i”

TPDi Tránsito promedio diario en ambas direcciones, durante el año “i”

VC Proporción del TPD que está constituida por vehículos comerciales (en

cifras decimales)

DD Distribución direccional del tránsito de vehículos comerciales (en cifras

decimales)

DC Proporción de los vehículos comerciales circulantes en una dirección,

que utilizan el carril de diseño (en cifras decimales)

FC Factor camión

365 Número de días de un año

Este procedimiento se aplica en evaluaciones de

tránsito para el diseño de pavimentos asfálticos

DISTRIBUCIÓN DIRECCIONAL DEL TRÁNSITO

DE VEHÍCULOS COMERCIALES (DD)



Generalmente se supone que DD = 0.50

La guía de rehabilitación de pavimentos asfálticos del

INVÍAS recomienda emplear DD = 0.55



PROPORCIÓN DE LOS VEHÍCULOS COMERCIALES

QUE CIRCULAN EN UNA DIRECCIÓN, QUE UTILIZAN

EL CARRIL DE DISEÑO (DC)



Datos

Carretera de dos carriles

Tránsito promedio diario = 1200 vehículos

Livianos = 40%; Buses =15%; Camiones 45%

Factor camión = 2.40

Solución

VC = 15% + 45% = 60% = 0.60

DD = 0.5 (distribución direccional)

DC = 1.0 (un carril por dirección)

NESEi = 1200*0.6*0.5*1.0*2.40*365 = 315,360 ejes

EJEMPLO DE CÁLCULO


TENDENCIA HISTÓRICA

Y PROYECCIÓN DEL

TRÁNSITO

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL TRÁNSITO

Si se dispone de información sobre la evolución del

tránsito, se calculan los NESE durante los últimos

años

Se establecen tendencias de crecimiento de tipo

matemático y se adopta aquella que presente mejor

coeficiente de correlación

Las ecuaciones de tendencia más aplicadas para

estudiar el tránsito automotor son la exponencial y la

lineal recta

ECUACIONES DE TENDENCIA


ECUACIONES DE TENDENCIA

EJEMPLO DE CÁLCULO

Definir las tendencias de crecimiento exponencial y

lineal recta para los datos de NESE que presenta la tabla


EJEMPLO DE CÁLCULO

Solución

Aplicando los procedimientos de la estadística, se

obtienen las siguientes ecuaciones de tendencia:

Exponencial

NESEx = 276,239*(1.061)x (r=0.94)

Lineal recta

NESEx = 275,074+19,033x (r= 0.95)


PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO

La proyección del tránsito para el diseño de un pavimento

requiere la siguiente información:

—Año inicial de servicio del pavimento (j)

—Período de diseño del pavimento

—Ecuación de crecimiento adoptada

A partir de dicha información se estima:

—NESEj, empleando la ecuación de tendencia con x = j

—El número acumulado de ejes simples equivalentes de

referencia (80 kN) en el carril de diseño durante el

período de diseño (N), a partir del año ―j‖


El tránsito acumulado de diseño (N) se determina

integrando la ecuación de tendencia de crecimiento del

tránsito

Si la tendencia elegida es exponencial:

)1ln(

1)1(

i

iNESEN

n

j

Si la tendencia elegida es recta:

2

**

2nmnNESEN j

CÁLCULO DEL TRÁNSITO DE DISEÑO (N)

Ejemplo 1

Ecuación de crecimiento exponencial

NESEx = 276,239*(1.061)x (x = 0 en 2001)

Si el pavimento se pone en servicio en 2008 (x = j = 7)

NESEj = 276,239*(1.061)7 = 418,112 ejes equivalentes

Periodo de diseño del pavimento = 10 años


EJEMPLO DE CÁLCULO DE “N”


Solución del ejemplo 1

Como la ecuación de crecimiento es exponencial

esequivalentejesN 210,704,5)061.01(ln

1)061.01(112,418

10

)1ln(

1)1(

i

iNESEN

n

j



Ejemplo 2

Ecuación de crecimiento lineal recta

NESEx = 275,074+19033x (x = 0 en 2001)

Si el pavimento se pone en servicio en 2008 (x = j = 7)

NESEj = 275,074+19,033*7 = 408,305 ejes equivalentes

Periodo de diseño del pavimento = 10 años



Solución del ejemplo 2

Como la ecuación de crecimiento es lineal recta

2

**

2nmnNESEN j

kNdeesequivalentejesN 80700,034,52

10*033,1910*305,408

2


CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO · —En los pavimentos asfálticos depende de la importancia de la vía y suelen variar entre 10 y 20 años —Los pavimentos rígidos se acostumbran

Documents