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20/09/2009 1 CARGAS Y VOLUMEN DE TRAFICO ESTUDIO DEL TRANSITO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS Probablemente la variable mas importante en el diseño de una vía es el transito, pues , si bien el volumen y dimensiones de los vehículos influyen en su diseño geométrico, el numero y peso de los ejes de estos son factores determinantes en el diseño de la estructura del pavimento. EL VEHÍCULO Y SU INFLUENCIA EN LA VIA L a función básica de la vía es servir al transito, por tanto, esta debe de tener condiciones que le permita la circulación del vehículo con la máxima seguridad, economía y eficacia; para ello debe de satisfacer condiciones técnicas tales como: Un buen trazo en planta y perfil y una sección transversal apropiada de manera que le permita al vehículo salvar económicamente sus pendientes y pasar sus curvas con una seguridad completa. La superficie de la carretera deberá tener la resistencia apropiada para no deteriorarse bajo la acción de los vehículos. Todo esto obliga a estudiar el vehículo en dos aspectos. De su condición en marcha: Es la que determina la que el trazado y las secciones de la carretera debe de cumplir. De sus acción sobre el pavimento: que servirá para fijar las condiciones de resistencia de la estructura del pavimento. CLASIFICACIÓN POR TIPO DE VEHÍCULO Expresa en porcentaje la participación que le corresponde en el IMD a las diferentes categorías de vehículos, debiendo diferenciarse por lo menos las siguientes: Vehículos Ligeros: Automóviles, Camionetas hasta 1,500 Kgs. Transporte Colectivo: Buses Rurales e Interurbanos. Camiones: Unidad Simple para Transporte de Carga. Semirremolques y Remolques: Unidad Compuesta para Transporte de Carga. Según sea la función del camino la composición del tránsito variará en forma importante de una a otra vía. En países en vías de desarrollo la composición porcentual de los distintos tipos de vehículos suele ser variable en el tiempo. Usuario de la vía El conjunto de los diferentes vehículos y los peatones constituyen el trafico que la vía va a servir. El vehículo automotor constituye el usuario fundamental de la carretera. Desde el punto de vista del proyecto dela carretera, tiene importancia las siguientes características de los vehiculos: Dimensión de los diferentes tipos de vehículo: Por el espacio que ocupan, el ancho del vehículo adoptado incide en el ancho del carril de las bermas y de los Ramales, la distancia entre los ejes influyen en el ancho y los radios mínimos internos y externos de los carriles en los ramales Su manejabilidad: Radios de giro mínimo para que puedan inscribirse las curvas. Su peso: Por la acción destructiva , la relación de peso bruto total/potencia guarda relación con el valor de pendiente admisible e incide en la determinación de la necesidad de una vía adicional parasubida y, para los efectos de la capacidad, en la equivalencia en vehículos ligeros. - El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado durante 2 años en el Estado de Illinois. A partir de los deterioros que experimentan representar las relaciones deterioro - solicitación para todas las condiciones ensayadas. Los modelos matemáticos respectivos también requieren de una calibración para las condiciones locales del área donde se pretenden aplicar. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE – AASHTO
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20/09/2009
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CARGAS Y VOLUMEN DE TRAFICO
ESTUDIO DEL TRANSITO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS
Probablemente la variable mas importante en el diseño
de una vía es el transito, pues , si bien el volumen y
dimensiones de los vehículos influyen en su diseño
geométrico, el numero y peso de los ejes de estos son
factores determinantes en el diseño de la estructura del
pavimento.
EL VEHÍCULO Y SU INFLUENCIA EN LA VIA
L a función básica de la vía es servir al transito, por tanto, esta debe de tener condiciones
que le permita la circulación del vehículo con la máxima seguridad, economía y eficacia;
para ello debe de satisfacer condiciones técnicas tales como:
Un buen trazo en planta y perfil y una sección transversal apropiada de manera
que le permita al vehículo salvar económicamente sus pendientes y pasar sus
curvas con una seguridad completa.
La superficie de la carretera deberá tener la resistencia apropiada para no
deteriorarse bajo la acción de los vehículos.
Todo esto obliga a estudiar el vehículo en dos aspectos.
De su condición en marcha: Es la que determina la que el trazado y las secciones
de la carretera debe de cumplir.
De sus acción sobre el pavimento: que servirá para fijar las condiciones de
resistencia de la estructura del pavimento.
CLASIFICACIÓN POR TIPO DE VEHÍCULO
Expresa en porcentaje la participación que le corresponde en el IMD a las diferentes
categorías de vehículos, debiendo diferenciarse por lo menos las siguientes:
Vehículos Ligeros: Automóviles, Camionetas hasta 1,500 Kgs.
Transporte Colectivo: Buses Rurales e Interurbanos.
Camiones: Unidad Simple para Transporte de Carga.
Semirremolques y Remolques: Unidad Compuesta para Transporte de Carga.
Según sea la función del camino la composición del tránsito variará en forma
importante de una a otra vía. En países en vías de desarrollo la composición porcentual
de los distintos tipos de vehículos suele ser variable en el tiempo.
Usuario de la vía
El conjunto de los diferentes vehículos y los peatones constituyen el trafico que la vía va a
servir. El vehículo automotor constituye el usuario fundamental de la carretera.
Desde el punto de vista del proyecto dela carretera, tiene importancia las siguientes
características de los vehiculos:
Dimensión de los diferentes tipos de vehículo: Por el espacio que ocupan, el
ancho del vehículo adoptado incide en el ancho del carril de las bermas y de los
Ramales, la distancia entre los ejes influyen en el ancho y los radios mínimos
internos y externos de los carriles en los ramales
Su manejabilidad: Radios de giro mínimo para que puedan inscribirse las curvas.
Su peso: Por la acción destructiva , la relación de peso bruto total/potencia
guarda relación con el valor de pendiente admisible e incide en la determinación
de la necesidad de una vía adicional parasubida y, para los efectos de la
capacidad, en la equivalencia en vehículos ligeros.
-
El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como
AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la década de
los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado durante 2
años en el Estado de Illinois. A partir de los deterioros que
experimentan representar las relaciones deterioro - solicitación
para todas las condiciones ensayadas.
Los modelos matemáticos respectivos también requieren de una
calibración para las condiciones locales del área donde se
pretenden aplicar.
DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE – AASHTO
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Se realizaron 6 circuitos de prueba, todos eran tramos de dos carriles y tenían la
mitad del tramo en pavimento de concreto y la otra en pavimento flexible.
El Circuito 1 se dejo sin cargas para evaluar el impacto del Medio Ambiente en
los pavimentos. El Circuito 2 se utilizó con aplicaciones de cargas de camiones
ligero. En los Circuitos de 3 al 6 se realizaron aplicaciones de carga con
camiones pesados. Los circuitos 5 y 6 tuvieron idénticas configuraciones y
combinaciones de carga.
ROAD TEST DE ASSHO (1958 – 1960)
• Último gran ensayo
realizado en EEUU
• Introdujo el concepto de
serviciabilidad como
medida de calidad de
servicio al usuario
• Se estudiaron pavimentos
rígidos y flexibles
• Se dedujeron ecuaciones
en base a relaciones
empíricas de estados de
solicitación
ESQUEMA DE PISTAS DE PRUEBAAASHO ROAD TEST
Picture from: Highway Research Board Special Report 61A-GAASHO Road Test
Picture from: Highway Research Board Special Report 61A-G
OBJETIVOS DEL ROAD TEST DE AASHO
• Determinar relaciones entre repeticiones de carga y espesores
requeridos
• Determinar el efecto del peso de los vehículos en puentes
• Estudio de bases granulares y estabilizadas
• Mantener la sección de estudio en buenas condiciones lo
máximo posible
• Desarrollar instrumentos, procedimientos de ensayo, datos,
tablas, gráficos y fórmulas
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES EN RL ROAD TEST AASHO
• Pavimentos flexibles:
• Subrasante A-6 (limo/arcilla), CBR entre 2 y 4 %
• Subbase, mezcla arena y grava, CBR ente 28 y 51 %
• Base, piedra chancada, CBR 100.0 % en promedio Carpeta, HMA mezcla
densa, asfalto PEN 85 - 100
• Pavimentos Rígidos:
• Cemento Tipo I
• Resistencia a los 14 días: f´c= 3500 psi (245 Kg/cm2) y S´c: 550 (39
Kg/cm2)
• Tamaño máximo: 1.5 – 2.5 pulgadas
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SECCIONES TÍPICAS EN EL ROAD TEST AASHO
• Pavimentos flexibles:
• Carpeta, entre 1 – 6 pulgadas
• Subbase, entre 0 y 16 pulgadas
• Base, entre 0 y 9 pulgadas
• Rígidos:
• Espesor de losa: entre 2.5 y 12.5 pulgadas
• Subbase, entre 0 y 9 pulgadas
• Todas las secciones contaban con barras de transferencia de
carga (dowels) de tamaños variados
CARGAS DE TRÁFICO EN EL ROAD TEST ASSHO
• Inicio en Nov. 1958
• Loops 3-6:
• 6 veh/carril
• 10 veh/carril (Ene 1960)
• Operación:
• 18 hr. 40 min.
• 6 días/semana
• Total Carga
• 1,114,000 Aplicaciones
• EAL Promedio: 6.2 millones
• Máximo EAL: 10 millones(Flexible)
Trucks
AASHO Road Test
Picture from: Highway Research Board
Special Report 61A-G
TRAFICO EN EL ROAD TEST AASHO
Eje simple máximo
Eje Tandem máximo
La Serviciabilidad
La serviciabilidad se define como la habilidad del
pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y
camiones) que circulan en la vía, se mide en una
escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una
calificación para pavimento intransitable y 5 (cinco)
para un pavimento excelente.
La serviciabilidad es una medida subjetiva de la
calificación del pavimento, sin embargo la tendencia
es poder definirla con parámetros medibles como los
son: el índice de perfil, índice de rugosidad
internacional, coeficiente de fricción, distancias de
frenado, visibilidad, etc.
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ECUACIÓN DE DISEÑO PARA PAVIMENTO FLEXIBLE 1986-93
El modelo de ecuación de diseño está basado en la pérdida del índice de servicialidad
(ΔPSI) durante la vida de servicio del pavimento; siendo éste un parámetro que
representa las bondades de la superficie de rodadura para circular sobre ella.
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FACTORES DE EQUIVALENCIADE CARGA POR EJES
ESAL= ESAL0 . 365 . Dd . Dl . { 1+ r - 1}
n
r
Donde:
ESALo = Repeticiones del eje de carga equivalente actual.
Dd = Factor de distribución direccional, por lo general se considera 0.5
Dl = Factor de distribución de carril.
r = tasa de crecimiento anual
n = Periodo de diseño
factor de distribución por carril (DL)
Fuente : AASHTO
El factor equivalente de carga EALF (Equivalent Axle Load Factor). Se define
como el daño al pavimento causado por cualquier carga y que se hace
corresponder al daño introducido por un numero de pasadas de la carga
estandar de diseño eje simple de 18,000 libras SAL (Single Axle load).
El diseño de los pavimentos se basa en el numero total de pasadas de la
carga de estándar de diseño, la sumatoria se denomina ESAL (Equivalent
Single Axle load).
ESALo= Σ Fi. Ni
El factor equivalente de carga usado depende de las condiciones del pavimento
tales como: servicio Terminal (Pt) y coeficiente estructural (SN).
ESAL = W18 = Equivalent Single Axle Load = Cantidad pronosticada de repeticiones del eje de carga
equivalente de 18 kips (8,16 t = 80 kN) para el periodo
analizado.
i=1
m
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Los tipos de ejes legalmente reconocidos son:
Eje simple : un único eje
Eje tándem: grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor
de dos metros
Eje tridem: grupo de tres ejes sucesivos y equidistantes cuya distancia entre
centros es menor de 2.00 metros
Capacidad máxima permisible
TÁNDEM DUAL
SIMPLE
DUAL TÁNDEM DUAL
TRÍDEM
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2. Solicitaciones
TRÍDEM
Configuración de vehículo C2 (eje delantero sencillo y trasero dual)
7 TON11 TON
10’
Configuración de vehículo C3 (eje delantero sencillo y traseros duales)
7 TON 18 TON
10’ 4’
Configuración de vehículo C4 (eje delantero sencillo y traseros duales)
7 TON 25 TON
10’ 4’ 4’
Configuración de vehículo T3-S2 (eje delantero sencillo y traseros duales en el
tractocamión y ejes duales en el semiremolque)
7 TON 18 TON18 TON
Configuración de vehículo T3-S3 (eje delantero sencillo y traseros duales en el
tractocamión y ejes duales en el semiremolque)
7 TON25 TON
18 TON
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Configuración de vehículo C2 (eje delantero sencillo y trasero dual)
7 TON11 TON
10’
0.516 ESAL 2.89 ESAL = 3.406 ESAL+
Configuración de vehículo T3-S2 (eje delantero sencillo y traseros duales en el
tractocamión y ejes duales en el semiremolque)
7 TON 18 TON18
TON
0.516 ESAL 2.03 ESAL + 2.03 ESAL = 4.576 ESAL+
EJEMPLO:
Calcular el eje equivalente ESAL de una carretera con las siguientes características.
Doble viaÍndice medio diário IMD = 1,328 vpd
Tasa de crecimiento medio anual, g = 4%Periodo de diseño, t = 15 años
TIPO DE VEHICULO
B2 C2 C3 C4 T3-S2 TOTAL
CANTIDAD 120 720 360 80 48 1328
% COMPOSICION 9.04 % 54.22 % 27.10 % 6.02 % 3.62 % 100 %
Estabilidad Marshall (E.T.G. – MOP) = 1000 librasCBR BASE = 60% EBS = 27000 psi
CBRSUB BASE = 25% ESB = 14000 psiCBRSUB RASANTE = 2% MR = 3000 psi
Tipo de vehículo Ejes de carga (Ton)
Ejes de carga (kips)
% composición Factor de equivalencia
Repeticiones diarias
Ejes equivalentes
(1) (2) (3) (4) (5)=ADTx(3) (6)=(5)x(4)
B27.0 15 9.04% 0.5165 120 61.98
11.0 24 9.04% 2.8900 120 346.80
c27.0 15 54.22% 0.5165 720 371.88
11.0 24 54.22% 2.8900 720 2,080.80
c37.0 15 27.10% 0.5165 360 185.94
18.0 40 27.10% 2.0300 360 730.80
c47.0 15 6.02% 0.5165 80 41.32
25.0 55 6.02% 1.7800 80 142.40
T3-S2
7.0 15 3.62% 0.5165 48 24.79
18.0 40 3.62% 2.0300 48 97.44
18.0 40 3.62% 2.0300 48 97.44
TOTAL 4,181.59
W18 = ESALSN (asumido) = 4,0 ; Pt = 2.50
RESOLUCION:
Extraer factor equivalente de cargapara pavimentos flexibles, Pt=2.50
ESALo = 4,181.59
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W18 = ESALSN (asumido) = 4,0 ; Pt = 2.50
RESOLUCION:
ESALo = 4,181.59
Calculamos las ejes por año
w18 = ESAL0 x 365 = 4,181.59 x 365 = 1’526,280.35
Afectamos por el factor de direccion y de carril
W18 = Dd x Dl x w18 = 0.50 x 1.00 x 1’526,280.35 = 763,140.175
Calculamos los ejes equivalentes al año horizonte
W18 = 763,140.175 { 1+ 0.04 ^15-1}/0.04 = 15’280,804.174
W18 = ESAL = 15’280,804.174 = 15.28 x 106
