CAPÍTULO XITRÁNSITO

INTRODUCCIÓN

El tránsito corresponde a una variable en el diseño de los pavimentos. El estudio que se hace del transito, determina a través de los aforos y pesajes, los esfuerzos que van a ser transmitidos a través de las capas que constituyen la estructura del pavimento.

Debe tomarse en cuenta la clase de vía a pavimentar, para determinar la metodología indicada a seguir para realizar el trabajo de campo y de oficina en el calculo de la variable tránsito.

TRÁNSITO

DEFINICIÓN: Se conoce como tal, al conjunto de vehículos que circulan por una obra vial y los cuales producen la mayor parte de los esfuerzos a que va a estar sometida la estructura de la misma.

TRÁNSITO

Factores determinantes en la estructura del pavimento

El volumen y dimensiones de los vehículos condicionan el diseño geométrico. El número, peso y distribución de los ejes de esos vehículos son factores determinantes en la estructura del pavimento.

DEFINICIONES

VEHÍCULO LIVIANO. Son aquellos de menos de 5 toneladas: automóviles, camionetas, etc.

VEHÍCULO COMERCIAL. Son aquellos de más de 5 toneladas de capacidad: camiones, buses, remolques, etc.

CAMIÓN RÍGIDO. Destinado al transporte de carga con capacidad superior a 2 ton y que soporta sobre sus ejes únicamente el peso transportado por si mismos.

TRACTO CAMIÓN. Destinado a arrastrar un semi - remolque soportando parte de su peso y equipado con un acople adecuado para tal fin.

SEMI – REMOLQUE. Vehículo no motorizado con capacidad superior a 2 ton, destinado a ser halado por un tracto camión sobre el cual se apoya y transmite parte de su peso a los ejes de este último.

REMOLQUE. Vehículo no motorizado con capacidad superior a 2 ton, destinado a ser halado por un camión, sin que transmita carga a los ejes de este último.

DEFINICIONES

CAMIÓN ARTICULADO. Conjunto integrado por un tracto camión y un semi remolque o por un camión y un remolque que transitan acoplados.

EJE SIMPLE. Ensamble de 2 o 4 llantas unidas entre sí por una línea de rotación.

EJE TÁNDEM. Eje conformado por dos líneas de rotación, cuya separación sea mayor de 1.0 m y menor de 1.6 m, que estén articulados por un dispositivo común que incluya un sistema efectivo de compensación para las cargas transmitidas a cada una de ellas.

EJE TRIDEM. Eje conformado por tres líneas de rotación articuladas por un dispositivo común que incluye un sistema efectivo de compensación para las cargas transmitidas a cada una de ellas y cuya separación entre las líneas de rotación externas del grupo se encuentre entre 2 y 3.2 m.

EJE EQUIVALENTE. Es aquel que reemplaza al sistema de ejes produciendo el mismo efecto.

La configuración del vehículo se define identificando en su orden: el camión rígido o el tracto camión con la letra C, el semi remolque con la letra S, y el remolque con la letra R y especificando a continuación de cada letra el número de líneas de rotación de la unidad vehicular correspondiente.

CARGA MÁXIMA LEGAL

Peso máximo total veh. Peso máximo ejes

C2 16 tonEjes simples llanta

doble11000

kgC3 28 ton

C4 36 ton

C2 – S1 27 ton

C2 – S2 32 tonEjes Tándem llanta

doble22000

kgC3 – S1 29 ton

C3 – S2 48 ton

C3 – S3 52 ton

R2 16 tonEjes Trídem llanta

doble24000

kgC2 – R2 31 ton

C3 – R2 44 ton

C4 – R2 48 ton

Cargas equivalentes

Factor de equivalencia

Fd = (carga por eje / carga eje referencia)n

Eje simple de llanta simple

(carga por eje / 6.6 ton)4

Eje simple de llanta doble

(carga por eje / 8.2 ton)4

Eje tándem de llanta doble

(carga por eje / 15 ton)4

Eje trídem de llanta doble

(carga por eje / 23 ton)4

Factores daño

FACTORES DE DAÑO PARA VEHÍCULOS CARGADOS

TIPO DE VEHÍCULO FACTOR DAÑO

C2PC2GC3

C2 – S1C4

C3 – S1C2 – S2C3 – S2C3 – S3

BUS P – 600BUS P – 900

BUSETA

1,143,443,763,376,732,223,424,404,720,401,000,05

EFECTO DE LAS CARGAS SOBRE LOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Mientras que un vehículo liviano transmite al pavimento una carga por eje de 0,7 ton, el eje simple de un vehículo pesado alcanza 11 ton (16 veces más). De acuerdo con las conclusiones del ensayo AASHTO, su efecto destructivo sobre la estructura es 60000 veces mayor.

El crecimiento exponencial del efecto destructivo de las cargas da una idea de las consecuencias que pueden tener las sobrecargas.

FACTOR CAMIÓN

Se entiende por Factor Camión el número por el cual debe multiplicarse cualquier cantidad de vehículos comerciales para convertirlos a ejes equivalentes de 8.2 toneladas.

El factor camión se calcula con los resultados obtenidos de un estudio de pesaje de vehículos o utilizando el factor daño recomendado por la universidad del Cauca.

EJEMPLO. Determinar el FC de un tramo de carretera cuyo TPDS es de 1478 veh/día, de los cuales el 68% son automóviles, el 4% buses y el 28% camiones distribuidos así: 25% C2P; 21% C3; 30% C4; 15% C5; 9% > C5.

FCC = (25x1.14 + 21x3.76 + 30x6.73 + 15x4.40 + 9x4.72) / 100FCC = 4.18

FCVC = (4X0.4 + 28X4.18) / (4 + 28) = 3.70

CLASES DE TRÁNSITO

Ejes de 8.2 ton por día

0 – 675 675 – 1350

1350 – 2800

2800 - 5800

Clase tránsito T4 T3 T2 T1

P.D. Construcción

10 12 14 16

P.D. rehabilitación

8 10 12

CLASES DE TRÁNSITO

La definición de las clases (INGEROUTE 1982), se ha hecho a partir de la influencia del número de repeticiones de carga para producir un determinado nivel de fatiga de los materiales.

T4 corresponde la posibilidad de construir vías destapadas con base granular y TS.

T3, vías con base granular y TS al momento de su construcción.

A partir de T2 se necesita capa de rodadura en CA desde la puesta en servicio.

CLASES DE TRÁNSITO VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES

Clase de

tránsito

TPD VC/día

Habitantes

servidos

T1 1 – 10 ≤ 500

T2 11 – 25

≤ 2000

T3 26 - 50

≤ 10000

CONTEO DEL TRÁNSITO

EJEMPLO VÍA CON BAJOS VOLÚMENES. Vía en las vecindades de un poblado donde hay un día de mercado y temporada bajo nivel agrícola 8 meses y la de cosecha 4. Se hicieron conteos de 16 horas.

Para la temporada de bajo nivel:Día de mercado: 80 VC; día corriente: 34 VC.

Para la temporada de cosecha:Día de mercado:105 VC; día corriente: 61 VC

TPDTBN = 80 (1/7) + 34 (6/7) = 41 VC/día

TPDTC = 105 (1/7) + 61 (6/7) = 67 VC/día

TPDA = 41 (8/12) + 67 (4/12) = 50 VC/día

PROYECCIÓN DEL TRÁNSITOEl tránsito promedio diario inicial (TPDO) para el diseño es

igual a la suma del tránsito normalmente existente, el atraído y el generado.

Factor de proyección del tránsito. Es el factor por el cual se debe multiplicar el TPDo para obtener el tránsito que va a operar en el período de diseño.

TD = TPDO (1+i)n

TD = TPDo ((1+i)n – 1) / n*i Factor direccional y por carril de vehículos

comerciales: Fd y Fca.

Fd se determina mediante estudios de tránsito. Generalmente se adopta 50%.

Fca es función del número de carriles en cada sentido y se recomienda el criterio de AASHTO.

PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO

Carriles en cada dirección Fca

1

2

3

1,00

0,90

0,75

PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO

NIVEL 1Proyectar el número de ejes equivalentes acumulados en el período

de diseño en el carril de diseño como simple expansión del número de ejes equivalentes en el año base, mediante fórmulas simples.

N = TPDO x A/100 x B/100 x {((1+i)n – 1)/Ln(1+i)} x FC

N: número acumulado de ejes de 8.2 t en el CD en el PD.TPDo: Tránsito promedio diario inicial.

A: porcentaje de vehículos comerciales.B: % de vehículos comerciales que emplean el carril de

diseño.n: número de años para los cuales se encuentra proyectado

el diseño.i: tasa de crecimiento anual vehículos comerciales.FC: factor daño o factor camión global para el año inicial del

proyecto.

NIVEL 2

Pronosticar el número acumulado de ejes equivalentes en el CD en el PD, a partir de la extrapolación de una serie histórica del número de ejes equivalentes que se presentaron en cada uno de los años que conforman dicha serie.

Establecer la serie histórica del TPDS en los diez últimos años.Convertir el TPDS observado cada año a N durante ese año en el carril

de diseño.Naño i = TPDSi x A/100 x B/100 x 365 x Fcaño i

Con base en la información de Naño i, establecer modelos de regresión (lineal, exponencial, etc.).

Definir el modelo de crecimiento del tránsito factible.Estimar el tránsito futuro en cada uno de los años del PD con base en

el modelo seleccionado.Cálculo del número acumulado de ejes de 8.2 t en el CD en el PD (N).

Ejemplo Nivel 1 Datos

Período de diseño: 10 años; TPDS: 300 veh/día; composición del tránsito: 55% autos, 12% buses, 33% camiones (50% C2P, 25% C2G, 20% C3, 4% C5, 1% C6); Fd : 60%; Fca: 1; tránsito atraído: 20% del normal; tránsito generado: 30% (tránsito normal); tránsito durante la construcción: (9 C3 y 6 C3S2 por día, FD: 4.02); crecimiento anual del tránsito durante la construcción: 6%; crecimiento normal del tránsito durante PD: 5%.

CálculosNúmero de ejes equivalentes existentes en año base:

No = (Ni + Na + Ng) x Fd x Fca + Nc Cálculo de Ni, Se asume período de construcción 2 años.

TDi = 300 x 365 x (1.06)2 = 123034FCvc = (0.12x1 + 0.33 (0.5x1.14 + 0.25x3.44 + 0.20x3.76 + 0.04x4.4 +

0.01x4.72))/0.45FCvc = 2.03

Ni = 123,034 x 0.45 x 2.03 = 112418 ejes equivalentes / añoNa = 0.20 x 112,418 = 22484 ejes equivalentes año

Ng = 0.30 x 112418 = 33725Nc = 15 x 365 x 4.02 x 2 = 44019

No = (112418 + 22484 + 33725) x 0.60 x 1 + 44019 = 145195 EE/año

Ejemplo Nivel 1

Proyección del tránsito durante el PD.N = (No – Nc) x {((1+i)n – 1)/Ln(1+i)} + Nc

N = (145,195 – 44,019) x ((1.0510 – 1)/ln 1.05) + 44,019N = 1,348,156 ejes equivalentes

Confiabilidad de la estimación del tránsitoLog N’ = Log N + Zr x So

Donde Zr es el número de veces que se toma la desviación estándar en la distribución normal para un determinado nivel de confianza y So es el error debido al tránsito y que se asume igual a 0.05 por recomendación de la AASHTO.

N’ = 100.05Zr x NPara una confiabilidad del 90%, Zr = 1.282 (tabla

distribución normal)N’ = 1.159 x 1,348,156 = 1,562,572

Ejemplo Nivel 2

Información general de la serie histórica del tránsito

Año TPDS % A % B % CDistribución % camiones

C2P C2G C3 C5 C6

1985 1686 63 10 27 23 53 13 9 2

1986 1864 72 9 19 23 53 13 9 2

1987 1830 63 9 28 23 53 13 9 2

1988 1656 61 11 28 23 53 13 9 2

1989 1716 63 11 26 23 53 13 9 2

1990 1905 65 10 25 34 50 13 10 3

1991 1864 64 11 25 26 45 14 10 5

1992 2100 65 9 26 20 53 14 8 6

1993 2268 63 11 26 20 53 14 8 6

1994 2390 66 9 25 29 43 14 7 7

1995 2554 67 6 27 20 52 14 7 7

Ejemplo Nivel 2

Cálculo del tránsito equivalente de cada año.

Ni = TPDSi x {(% BxFCB + % C (% C2PxFCC2P + … + % C6xFCC6)/100)}/100

N1985 = 1686 {10x0.4 + 27(23x1.14 + …+

2x4.72)/100}/100 N1985 = 1461

Año TED Año TED

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1461

1152

1635

1493

1442

1534

1991

1992

1993

1994

1995

1501

1802

1965

1862

2253

Ejemplo Nivel 2

Análisis de regresión para encontrar el mejor modelo de proyección.

Y = 1183.4 + (año – 1984)Estimación del tránsito equivalente diario en cada año para el

período observado, utilizando la ecuación del modelo.Comparación del TE estimado y el TO, cálculo de diferencias al

cuadrado y su sumatoria.Cálculo del error estándar del modelo de proyección para el

período de la serie históricaσ = (∑ (TEE – TEO)2 / (n – 2))1/2 σ = (266,449 / 9)1/2 = 172.06

Determinar el valor promedio de los años de la serieXp = (1985 + 1995) / 2 = 1990

Calcular la diferencia entre cada año de la serie y el año promedio y posteriormente calcular la sumatoria de estas diferencias elevadas al cuadrado.

∑ (Xi – Xp)2 = 110 Calcular el error de pronóstico del número de ejes

equivalentes para cada año del período de proyección.σpronóstico i = σ x ((Xi – Xp)2 / 110 + 1/n)1/2

Comparación de tránsitos equivalentes diarios

Año TEO TEE TEE – TEO (TEE – TEO)2

1985 1461 1260 -201 40401

1986 1152 1337 185 34225

1987 1635 1414 -221 48841

1988 1493 1491 -2 4

1989 1442 1568 126 15876

1990 1534 1645 111 12321

1991 1501 1722 221 48841

1992 1802 1799 -3 9

1993 1965 1876 -89 7921

1994 1862 1953 -91 8281

1995 2253 2030 -223 49729

SUMA DIFERENCIAS AL CUADRADO 266,449

Ejemplo Nivel 2

σpronóstico 99 = 172.06 x ((1999 – 1990)2 /110 + 1/11)1/2

σpronóstico 99 = 156.5Definir el nivel de confianza para estimar el tránsito y

seleccionar Zr; para 95% Zr = 1.645Definir el límite superior del TE para cada año de proyección.

LSi = TEEi + σpronóstico i x Zr

El valor de N será igual a la sumatoria de los valores anteriores multiplicados por 365 y por los correspondientes factores de distribución direccional y por carril.

N = 49,970 x 365 x 0.5 x 1.0 = 9,086,675 EEEl valor de N con un nivel de confianza del 95% es

N =9.1 x 106 ejes de 8.2 toneladas

Resumen cálculo TEN con nivel de confianza

Año TEE σpronóstico i Zr Error proyectado LSi

1999 2338 156.5 1.65 258 2596

2000 2415 172.1 1.65 284 2699

2001 1492 187.8 1.65 310 2802

2002 1569 203.6 1.65 336 2905

2003 2646 219.5 1.65 362 3008

2004 2723 235.5 1.65 389 3112

2005 2800 251.5 1.65 415 3215

2006 2877 267.6 1.65 441 3319

2007 2954 283.7 1.65 468 3422

2008 3031 299.8 1.65 495 3526

2009 3108 316.0 1.65 521 3630

2010 3185 332.2 1.65 548 3733

2011 3262 348.4 1.65 575 3837

2012 3339 364.6 1.65 602 3941

2013 346 380.9 1.65 628 4045

Sumatoria tránsito equivalente diario en el PD 49,790

DETERMINACIÓN DEL FACTOR CAMIÓN

CARGA POR EJE

NÚMERO DE EJES EJES TOTALES

F. DE E. EJES 8.2 TON.

BUSES C2 C3 C2 – S2

EJES SIMPLES

< 4 120 491 1 612 0.0035 2.17

4 – 5 23 38 1 2 64 0.0907 5.80

5 – 6 17 55 72 0.2024 14.57

6 – 7 8 38 46 0.3948 18.16

7 – 8 4 53 57 0.6998 39.89

8 – 9 53 53 1.1546 61.19

9 – 10 58 58 1.8015 104.49

10 – 11 91 1 92 2.6884 247.34

11 – 12 64 64 3.8684 247.58

12 – 13 54 1 55 5.3999 296.99

13 – 14 31 31 7.3465 227.74

14 – 15 13 1 14 9.7772 136.88

15 – 16 4 4 12.7665 51.07

16 – 17 1 1 16.3938 16.39

TOTAL 172 1044 6 1223 1470.27

EJES TANDEM

17 – 18 1 1 1.8526 1.85

19 – 20 1 1 2.8561 2.86

24 - 25 1 1 2 7.1170 14.23

TOTAL 3 4 18.94

TOTAL VP 86 522 1 3 612 1489.21 2.43