Post on 16-Oct-2021
Variables de diseño Tránsito
Variables a considerar en el diseño de pavimentos
El tránsito como variable de diseño
FERNANDO JOVE WILCHES
Ing. Civil – Esp. Ing. de Vías Terrestres
UNIVERSIDAD DE SUCRE
Msc. Ing. Civil – Énfasis Vías y Transportes
Variables de diseño Tránsito
1- INTRODUCCIÓN
Probablemente, la variable
más importante en el diseño
de una vía es el tránsito…,
Solo efecto de buses y
camionesPor otra parte, si las solicitaciones son mayores a las previstas
en el diseño, esto implicará el prematuro deterioro de la
estructura; en tanto que una sobreestimación de las mismas,
implicará sobrecostos innecesarios en la ejecución de las
obras.
Variables de diseño Tránsito
Variables a considerar en el diseño de pavimentos
El tránsito como variable de diseño
FERNANDO JOVE WILCHES
Ing. Civil – Esp. Ing. de Vías Terrestres
UNIVERSIDAD DE SUCRE
Msc. Ing. Civil – Énfasis Vías y Transportes
Variables de diseño Tránsito
2- DEFINICIONES GENERALES
Eje sencillo: es un eje en cuyos extremos lleva una o dos
ruedas sencillas.
C2g
Una rueda
por extremo
ESRS
Dos ruedas
por extremo
ESRD
Variables de diseño Tránsito
2- DEFINICIONES GENERALES
Eje sencillo: es un eje en cuyos extremos lleva una o dos
ruedas sencillas.
C2P
Una rueda
por extremo Dos ruedas
por extremo
Variables de diseño Tránsito
2- DEFINICIONES GENERALES
Eje tandem: es aquel constituido por dos ejes sencillos con
rueda doble en los extremos.
C3
Eje tándem
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2- DEFINICIONES GENERALES
Eje tridem: es aquel constituido por tres ejes sencillos con
rueda doble en los extremos.
C3-S3
Una rueda
por extremo
Eje tándem
Eje trídem
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2- DEFINICIONES GENERALES
Remolques: Ej.: Configuración de vehículo C3-S2-R4, eje
delantero sencillo y trasero tandem en el trato-camión, ejes
tandem en el semi-remolque y remolque.
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2- DEFINICIONES GENERALES
Vehículos livianos: Dentro de esta clasificación entran los
automóviles, camperos, camionetas, microbusetas, y en
general, todos aquellos vehículos que solo poseen dos ejes,
estando el trasero constituido por un eje sencillo con una sola
rueda en sus extremos (eje con llanta sencilla).
Vehículos Comerciales: Son aquellos de más de cinco
toneladas de peso, tales como camiones, remolques, buses,
busetas. Una forma fácil de reconocerlos es que en su
suspensión trasera tienen al menos un eje sencillo con doble
rueda en sus extremos (eje con llanta doble). Estos son los
vehículos que se deben considerar para fines de diseño
estructural.
Variables de diseño Tránsito
2- DEFINICIONES GENERALES
Volumen de tránsito: Número de vehículos que circulan en
ambas direcciones por una sección de una vía durante un
período específico de tiempo.
TPD: Volumen de tránsito durante un período de tiempo,
dividido por el número de días del período.
Tránsito existente: Aquel que presenta la vía antes de ser
pavimentada.
Tránsito atraído: Volumen de tránsito que sin cambiar, ni su
origen ni su destino, puede ocupar la futura vía pavimentada
como ruta alterna, afluyendo a ella a través de otras vías ya
existentes.
Tránsito generado: Volumen de tránsito que resulta como
consecuencia del desarrollo económico y social de la nueva
zona de influencia.
Tránsito inducido: Suma del tránsito atraído y generado.
Variables de diseño Tránsito
3- TIPOS DE VEHÍCULOS
Mezcla del tránsito: Durante la vida de servicio, el pavimento
se ve sometido a una diversidad de cargas, presiones de
inflado y diferente configuración de ejes, que traen como
consecuencia la aplicación de una amplia gama de esfuerzos
y deformaciones dentro de la estructura. Esto plantea un
problema sumamente complejo, que para ser resuelto requiere
de simplificaciones prácticas.
Tránsito equivalente: Debido a lo complejo del problema y
basados en los resultados arrojados en los tramos de prueba
de la AASHTO, se ha considerado conveniente, la escogencia
de una carga patrón de referencia que permita “convertir” las
diferentes cargas de solicitación, a una carga equivalente
llamada “eje equivalente de 8.2 toneladas”.
La configuración de la mencionada carga de referencia, es la
de un eje sencillo con rueda doble en sus extremos que posee
un peso total de 8.2 toneladas.
Variables de diseño Tránsito
EJE ESTÁNDAR EQUIVALENTE
Tránsito equivalente
NEje estándar
de 8.2 Ton.
8.2 (80 KN)
Ton.
Variables de diseño Tránsito
3- TIPOS DE VEHÍCULOS
Presión de contacto: En los métodos de diseño
mecanicistas, es necesario conocer el área de contacto de la
llanta con el pavimento, asumiendo que la carga de contacto
depende de la presión de contacto.
Variables de diseño Tránsito
3- TIPOS DE VEHÍCULOS
El tamaño del área de contacto depende de la presión de
contacto. Como se puede observar en la figura, la presión de
contacto es más grande que la presión de inflado para
presiones bajas de la llanta, por cuanto la pared de la misma
está en compresión. Para presiones altas sucede lo contrario.
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3- TIPOS DE VEHÍCULOS
EJEMPLO:
Camion C2:
Carga ESRS = 5.0 TON; ESRD = 11 TON.
Determinar el radio de la huella para el eje direccional, si la
presión de inflado = 6.0 Kg/cm2
q=W/A=2500 kg/(3.1416*a^2)
a= (3000/(3.1416*6.0)^(1/2)=12.61 cm5.0 11
Una rueda
por extremo
ESRS
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3- TIPOS DE VEHÍCULOS
EJEMPLO:
Camion C2:
Carga ESRS = 5.0 TON; ESRD = 11 TON.
Determinar el radio de la huella para el eje direccional, si la
presión de inflado = 6.0 Kg/cm2
q=W/A=2500 kg/(3.1416*a^2)
a= (2500/(3.1416*6.0)^(1/2)=11.52 cm
Una rueda
por extremo
ESRS
a= (2750/(3.1416*6.0)^(1/2)=12.07 cm
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3- TIPOS DE VEHÍCULOS
Variables de diseño Tránsito
4- DETERMINACIÓN DEL TRÁNSITO
Vías existentes: Cuando la vía existe, se pueden presentar
dos posibilidades:
Al contar con información durante varios años, es posible
determinar curvas de crecimiento haciendo uso de regresión
lineal. Luego, partiendo de las ecuaciones correspondientes a
las curvas generadas, es posible extrapolar el crecimiento
hacia el futuro (modelos lineal y exponencial).
1- Que existan registros históricos: Ejemplo de este caso,
lo constituyen las vías nacionales a cargo del Instituto
Nacional de Vías, en las que anualmente se programan
conteos en ciertas estaciones de aforo estratégicamente
ubicadas, en las cuales se determina el volumen de tránsito
durante un período de siete días consecutivos.
Variables de diseño Tránsito
4- DETERMINACIÓN DEL TRÁNSITO
Variables de diseño Tránsito
4- DETERMINACIÓN DEL TRÁNSITO
Vías existentes
Una manera de afrontar este problema, es efectuando un
conteo durante determinado período con el fin de obtener un
TPD representativo. Aquí se deben considerar factores
externos que pueden hacer variar los resultados de una época
del año a otra.
2- Que NO existan registros históricos: Ejemplo de este
caso, lo constituyen las vías que aún teniendo muchos años
de servicio, no cuentan con registros históricos suficientes o
estos son nulos, de tal manera que no es posible aplicar los
métodos de regresión lineal.
Luego, con el tránsito existente es posible obtener el tránsito
futuro esperado, haciendo uso de tasas de crecimiento
aplicables a la zona de proyecto sobre modelos de crecimiento
lineal o exponencial (poseen buen ajuste).
Variables de diseño Tránsito
4- DETERMINACIÓN DEL TRÁNSITO
Vías nuevas: Cuando la vía es nueva, como es lógico, no se
pueden llevar a cabo los conteos. En estos casos se
presentan varias alternativas para afrontar el problema:
Conociendo el número de viajes es posible hacer la
conversión a una determinada combinación de tránsito:
Automóviles, buses, camiones.
1- Realización de estudios Origen-Destino: Mediante
encuestas O-D realizadas en la zona de proyecto, es posible
determinar patrones de viaje, tanto de carga como de
pasajeros, con el fin de estimar el número de viajes durante
determinado periodo, que haría uso de la vía si esta se llegara
a construir.
Las mencionadas encuestas deberán ser complementadas
con un adecuado estudio socio-económico de la zona de
influencia del proyecto.
Variables de diseño Tránsito
4- DETERMINACIÓN DEL TRÁNSITO
Vías nuevas
En cualquier caso, lo importante no solo es determinar el
número y tipo de vehículos que harán uso del corredor
vial, sino que en lo posible, se deberá contar con
información sobre la distribución de carga por eje de los
vehículos pesados. Dicha información se consigue a
través de operativos de pesaje.
2- Aplicación de curvas de crecimiento de otras vías: Esta
forma de afrontar el problema consiste en utilizar la
información de otras vías con características similares, con el
fin de estimar los volúmenes de tránsito de la nueva vía a
construir.
Variables de diseño Tránsito
4- DETERMINACIÓN DEL TRÁNSITO
CARRIL DE DISEÑOPara efectos de dimensionamiento del pavimento, interesa
solamente el tránsito que pasa por un carril, al cual se
denomina carril de diseño, que es aquel por el cual se espera
que circulen el mayor volumen de vehículos pesados. Para su
determinación se sugiere utilizar los siguientes valores:
Variables de diseño Tránsito
4- DETERMINACIÓN DEL TRÁNSITO
CARRIL DE DISEÑOPara efectos de dimensionamiento del pavimento, interesa
solamente el tránsito que pasa por un carril, al cual se
denomina carril de diseño, que es aquel por el cual se espera
que circulen el mayor volumen de vehículos pesados. Para su
determinación se sugiere utilizar los siguientes valores:
Variables de diseño Tránsito
5- CARGAS EQUIVALENTES
Tránsito equivalente Número acumulado de
ejes equivalentes a
8.2 ton. en el carril de
diseño durante el
periodo de diseño.NEje estándar
de 8.2 Ton.
8.2
Ton.
Variables de diseño Tránsito
5- CARGAS EQUIVALENTES
Los resultados obtenidos del AASHTO ROAD TEST, han
permitido determinar que la equivalencia entre cargas
diferentes transmitidas al pavimento, se puede correlacionar
con la carga de referencia para una determinada configuración
de ejes, haciendo uso de la siguiente expresión:4
0
1)(arg..
P
PFECEacEquivF
Donde:
Po = carga de referencia, que toma los siguientes valores:
Eje simple rueda simple (ESRS): Po = 6.6 Ton (64.7 KN)
Eje simple rueda doble (ESRD): Po = 8.2 Ton (80 KN)
Ejes tandem: Po = 15 Ton (147 KN)
Ejes tridem: Po = 23 Ton (225.6 KN)
P1 = carga cuya equivalencia con la estándar se desea hallar
(Ley de la cuarta potencia)
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5- CARGAS EQUIVALENTES (EJEMPLOS)
4
0
1)(arg..
P
PFECEacEquivF (Ley de la cuarta potencia)
5.0 10
(5.0/6.6)^4
0.33
(10/8.2)^4
2.21
FACTOR
DAÑO: 2.54
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5- CARGAS EQUIVALENTES (EJEMPLOS)
4
0
1)(arg..
P
PFECEacEquivF (Ley de la cuarta potencia)
6.0 20 23
(6.0/6.6)^4
0.683
(20/15)^4
3.160
(23/15)^4
5.530
FACTOR
DAÑO: 9.37
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR DAÑO
”FACTOR DAÑO“ (FD): hace referencia al número de ejes
equivalentes (ejes estándar de 8,2 toneladas) al cual
corresponde el paso de un vehículo comercial en particular.
El FACTOR DAÑO se puede cuantificar como la sumatoria de
los Factores de Equivalencia de Carga por Eje (FECE) de
cada uno de los ejes correspondientes al vehículo analizado.
Ejemplos:
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN
Se entiende por factor camión al número de aplicaciones de
ejes sencillos con carga equivalente de 8.2 toneladas,
correspondientes al paso de un vehículo comercial cualquiera
(bus o camión). Se puede entender como un FD promedio
considerando todos los vehículos comerciales.
Para la determinación del factor camión de un tramo de vía se
pueden seguir dos métodos diferentes:
•Método de conteo y pesaje de vehículos comerciales
•Método indirecto a partir de estudios sobre factores daño:
Conteo y pesaje más preciso pero más costoso
MOPT-INGEROUTE, Universidad del Cauca, INVIAS y
otros autores.
Con Factores daño representativos buenos resultados
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN6- FACTOR CAMIÓN
6.1 Métodos MOPT-INGEROUT Y UNICAUCA
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN6- FACTOR CAMIÓN
6.1 Métodos MOPT-INGEROUT, UNICAUCA, INVIAS 2007
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN6- FACTOR CAMIÓN
6.1 Métodos MOPT-INGEROUT, UNICAUCA, INVIAS 2007
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN6- FACTOR CAMIÓN
6.1 Métodos MOPT-INGEROUT, UNICAUCA, INVIAS 2007
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN6- FACTOR CAMIÓN
6.1 Métodos INDIRECTOS (Ejemplo)
Determinar el factor camión (método de INVIAS) de un tramo
de carretera cuyo TPDS es de 3250 vehículos distribuidos
así: A = 80%, B = 2%, C = 18%
Los camiones están distribuidos así:C2p = 49%, C2-g=32%, C-3 = 10%, C3-S2 = 6%, C3-S3 = 3%
Primero se determina el FC de
solo camiones:
Entonces, el factor camión de
camiones y buses será:
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN6- FACTOR CAMIÓN
6.1 Métodos INDIRECTOS (Ejemplo)
Determinar el factor camión (método de INVIAS) de un tramo
de carretera cuyo TPDS es de 3250 vehículos distribuidos
así: A = 80%, B = 2%, C = 18%
Los camiones están distribuidos así:C2p = 49%, C2-g=32%, C-3 = 10%, C3-S2 = 6%, C3-S3 = 3%
Primero se determina el FC de
solo camiones:
Entonces, el factor camión de
camiones y buses será:
FCcamiones=(49*1.01+32*2.72+10*3.72+6*4.88+3*5.23)/100
= 2.187
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6- FACTOR CAMIÓN6- FACTOR CAMIÓN
6.1 Métodos INDIRECTOS (Ejemplo)
Determinar el factor camión (método de INVIAS) de un tramo
de carretera cuyo TPDS es de 3250 vehículos distribuidos
así: A = 80%, B = 2%, C = 18%
Los camiones están distribuidos así:C2p = 49%, C2-g=32%, C-3 = 10%, C3-S2 = 6%, C3-S3 = 3%
Primero se determina el FC de
solo camiones:
Entonces, el factor camión de
camiones y buses será:
FCcamiones=
(1.01+32*2.72+10*3.72+6*4.88+3*5.23)/100=
2.149
FC= (18*2.187+2*1.00)/20= 2.06
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7- DETERMINACIÓN DEL N, N8.2 W8.2
Como ya se ha mencionado, el tránsito esperado durante el
período de diseño del pavimento, se “convierte” a un número
de ejes equivalentes, para lo cual se puede hacer uso de la
expresión:
Donde:
TPDi = Transito promedio diario inicial, considerando los dos sentidos
A = Porcentaje de vehículos comerciales del aforo
B = Porcentaje de vehículos comerciales en carril de diseño
r = Tasa de crecimiento anual del tránsito
F.C. = Factor camión
n = Período de diseño en años
Variables de diseño Tránsito
7- DETERMINACIÓN DEL N, N8.2 W8.2
Donde:
TPDi = Transito promedio diario inicial
A = Porcentaje de vehículos comerciales del aforo
B = Porcentaje de vehículos comerciales en carril de diseño
r = Tasa de crecimiento anual del tránsito
F.C. = Factor camión
n = Período de diseño en años
Variables de diseño Tránsito
7- DETERMINACIÓN DEL N, N8.2 W8.2
Donde:
TPDi = Transito promedio diario inicial
A = Porcentaje de vehículos comerciales del aforo
B = Porcentaje de vehículos comerciales en carril de diseño
r = Tasa de crecimiento anual del tránsito
F.C. = Factor camión
n = Período de diseño en años
NUMERO TOTAL DE VEHICULOS PESADOS EN EL CARRIL
DE DISEÑO, DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO (n)
Variables de diseño Tránsito
7- DETERMINACIÓN DEL N, N8.2 W8.2
TOTAL VEH. PESADOS CARRIL DE DISEÑO=1.380.200
TPDi = Transito promedio diario inicial
A = Porcentaje de vehículos comerciales del aforo
B = Porcentaje de vehículos comerciales en carril de diseño
r = Tasa de crecimiento anual del tránsito
F.C. = Factor camión
n = Período de diseño en años
Determinar el Tránsito de diseño de un tramo de carretera
cuyo TPDS es de 3250 vehículos distribuidos así: A = 80%,
B = 2%, C = 18%.La vía está conformada por una calzada
bidireccional de dos carriles y la tasa de crecimiento anual
del tránsito es de 3%.
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN
El método consiste, en pesar durante un período definido,
todos los ejes de los vehículos comerciales que pasan por un
determinado punto de una carretera, agrupándolos luego de
acuerdo con su carga por eje en toneladas.
En la siguiente página, se muestra una tabla que sirve de
ejemplo de la forma como se organizan los resultados de
campo para el cálculo del factor camión.
6- FACTOR CAMIÓN
6.2 Método de conteo y pesaje
Con el fin de evitar molestias a los usuarios de los buses,
normalmente éstos son solo contados, y distribuidos
posteriormente en unos rangos de carga previamente
establecidos en estudios llevados a cabo en el país.
6- FACTOR CAMIÓN (Método de conteo y pesaje)
6- FACTOR CAMIÓN (Método de conteo y pesaje)
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN (Método de conteo y pesaje)
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN (Método de conteo y pesaje)
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6- FACTOR CAMIÓN (Método de conteo y pesaje)
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6- FACTOR CAMIÓN (Método de conteo y pesaje)
Variables de diseño Tránsito
6- FACTOR CAMIÓN (Método de conteo y pesaje)
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7- DETERMINACIÓN DEL N8.2
Como ya se ha mencionado, el tránsito esperado durante el
período de diseño del pavimento, se “convierte” a un número
de ejes equivalentes, para lo cual se puede hacer uso de la
expresión:
Donde:
TPDi = Transito promedio diario inicial
A = Porcentaje de vehículos comerciales del aforo
B = Porcentaje de vehículos comerciales en carril de diseño
r = Tasa de crecimiento anual del tránsito
F.C. = Factor camión
n = Período de diseño en años
Variables de diseño Tránsito
7- DETERMINACIÓN DEL N8.2
Como ya se ha mencionado, el tránsito esperado durante el
período de diseño del pavimento, se “convierte” a un número
de ejes equivalentes, para lo cual se puede hacer uso de la
expresión:
Variables de diseño Tránsito
5- CARGAS EQUIVALENTES