1 INTRODUCCIÓN La preservación de las capas de rodadura y de las obras de arte en las vías pavimentadas se basa fun-damentalmente en que los vehículos de carga no ex-cedan los límites de peso por eje y el peso bruto total para los que dichos pavimentos fueron diseñados.

Debido a las diversas características de cada tipo de vehículo que circula en la estructura de pavimen-to durante su vida útil, se presenta un amplio espec-tro de ejes de carga, con diferentes espacios entre llantas y distintas presiones de inflado, lo cual gene-ra diferentes esfuerzos y deformaciones sobre un punto determinado de la estructura.

Se debe tener en cuenta que en general, que a ma-yor tamaño de los vehículos y más peso de las cargas axiales, los costos de operación en tonelada-kilómetro resultan más económicos; pero esto con-lleva a mayores costos de construcción y manteni-miento de carreteras y puentes.

Lo anterior, genera un problema de complejidad tal, que se hace necesario generar simplificaciones prácticas al mismo. Es por esta razón, que conocien-do las falencias de información sobre la tipología de

los vehículos de carga que circulan por el Distrito y la carga axial real que éstos transportan, por medio de este estudio se realizará la medición de los espec-tros de carga de este tipo de vehículos en la zona ur-bana de Bogotá, lo cual se realiza por medio del pe-saje de los vehículos de carga pesada que transitan por un sector determinado.

El propósito del pesaje es evaluar los pesos brutos y las cargas por eje del conjunto de los vehículos que circulan por una vía, con el objeto de optimizar el diseño y el mantenimiento de los pavimentos.

Para tal fin, se determinaron los datos de carga y tipología de los camiones para así realizar un estudio de los pesos tanto brutos como axiales de los vehícu-los que salen del Distrito y compararlos con medi-ciones realizadas en campo en una zona específica de la Ciudad.

Finalmente, se calcula el Coeficiente de Agresivi-dad Media, a partir del conocimiento del tráfico de vehículos pesados, tipología, uso y composición axial, teniendo en cuenta las observaciones realiza-das durante los años 2000 a 2004, suministradas por las diferentes concesiones ubicadas en las salidas del Distrito.

Espectros de carga vehicular para la zona urbana de Bogotá D.C.

A.P. Castellanos & J.P. Rojas Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia

RESUMEN: Por medio del presente trabajo se determinó la tipología de los vehículos de carga de la zona ur-bana de Bogotá, y se pudo determinar el tipo de carga que se está transportando en la Ciudad y la que sale y entra por la vía Bogotá – Melgar. Posteriormente, analizando solamente los vehículos de carga pesada (ca-miones) que salen de Bogotá por la vía a Briceño, se trazaron las curvas de espectros de carga para los mis-mos, teniendo en cuenta tanto el análisis para el peso bruto del vehículo como el análisis axial. Adicional-mente, con la información recopilada, se calculó el Coeficiente de Agresividad Media (CAM) para cada año.

ABSTRACT: This paper presents the typology of loads vehicles that transit inside of the urban zone of Bo-gota, moreover, it could be determinate the type of load that is being transported in the City and the one that exits and enters for the Bogota – Melgar way. Subsequently, analyzing only the vehicles of heavy load (trucks) that leave Bogota by the highway to Briceño, their load spectra curves were drawn, keeping in mind the analy-sis for the gross weight of the vehicle and the axial analysis. Additionally, the Coefficient of Average Aggres-siveness (CAM) was calculated for each year, with the compiled information.

2 NORMATIVIDAD SOBRE PESAJE EN COLOMBIA

En Colombia la entidad encargada de la regulación del tráfico pesado es el Instituto Nacional de Vias (INVIAS), el cual por medio de resoluciones deter-mina el peso máximo permitido para cada tipo de camión.

2.1 Resolución Nº 13791 de 21 de diciembre de 1988

Esta resolución es por la cual se determinan los lími-tes de pesos y dimensiones en los vehículos de carga para su operación normal en las carreteras del país. Tabla 1. Pesos máximos autorizados resolución 13791.

Tipo de eje

Observaciones

Eje direccional

Eje simple diferente al del tracto-camión tipo C3-S: 6 toneladas Eje simple del tractocamión tipo C3-S: 7 ton. Eje tándem: 14 toneladas

Eje simple De llanta sencilla: 6 toneladas De llanta doble: 11 toneladas

Eje tándem De llanta sencilla (4 llantas): 11 toneladas Mixto (6 llantas): 17 toneladas De llanta doble (8 llantas): 22 toneladas

Eje trídem De llanta doble (12 llantas) 24 toneladas

2.2 Resolución Nº 02501 de 22 de febrero de 2002.

“Por la cual se modifica parcialmente la Resolución 13791 de diciembre 21 de 1988” Esta resolución modifica los pesos máximos permitidos por la reso-lución 13791 de 1988.

Adicionalmente, permite el aumento de los pesos C2 a 19 ton y C3 a 30 ton, hasta 31 de mayo de 2002.

Tabla 2. Pesos máximos autorizados resolución 2501

Configuración Peso Bruto Vehicular

(Ton)

Máximo Peso Bruto vehicular con toleran-

cia (Ton) C3 tándem tras. mixto C3A tándem direcc.

C4 C2S1 C2S2 C3S1 C3S2 C3S3

R2 C2R2 C3 R2 C4 R4

23 23 36 27 37 29 48 52 16 31 44 48

23.70 23.70 37.00 27.80 38.10 29.90 49.40 53.60 16.50 31.90 45.30 49.40

2.3 Resolución Nº 2888 de 11 de marzo de 2002 Aclara el peso bruto vehicular establecido por la re-solución 2501 de 2002, para la configuración C2S2 y el esquema de los vehículos R2, C2R2 y C4R2. Tabla 3. Pesos máximos autorizados resolución 2888

Peso Bruto vehicu-

lar (ton) Máximo peso bruto vehicu-lar con tolerancia (ton)

C2S2 R2

C2R2 C4R2

32 16 31 48

33.00 16.50 31.90 49.40

Para la determinación de la tipología de los vehícu-los fue necesaria la realización de conteos en zonas específicas de la ciudad, que fueron tomadas de un estudio realizado por la Secretaría de Tránsito y Transporte de Bogotá (STT) en el año 2003, el cual fue expandido y actualizado por medio de un análisis estadístico, obteniendo los siguientes resultados: Tabla 4. Porcentajes de vehículos según tipología

Tipología Porcentaje de Vehículos

Buseta 45.70% Bus 17.53%

Bus(1) 4.08% C2_P 15.63% C2_G 9.38%

C3 3.29% C2-S1 0.12%

C4 0.07% C3-S1 0.13% C2-S2 0.44% C3-S2 1.60% C3-S3 2.02%

Teniendo en cuenta que el documento se va a centrar solamente en el estudio de vehículos de carga de bienes y servicios (camiones), los cuales están clasi-ficados por medio de la resolución 02888 de marzo 11 de 2002, se procedió a realizar una distribución porcentual de la muestra de la siguiente forma:

Fig. 1 Distribución porcentual de camiones según su tipo.

DISTRIBUCIÓN DE VEHÍCULOS DE CARGA EN ZONA URBANA

27,87%

4,99%3,60%

8,53%

52,57%0,38%

1,38%

0,47%

0,22%

C2 PEQ. C2 GRANDE C3C2-S1 C4 C3-S1C2-S2 C3-S2 C3-S3

Posteriormente, partiendo de la información sumi-nistrada por diferentes concesiones viales de la ciu-dad, se procede a graficar las curvas de espectros de carga de los camiones en estudio.

La información analizada es aquella recolectada en la vía Bogotá-Briceño por la concesión DEVINORTE, la cual registra el peso de los vehícu-los que salen de Bogotá, y la de la vía Bogotá-Melgar suministrada por el INVIAS, que registra tanto los vehículos que entran como los que salen de la ciudad.

Adicionalmente, se tomó una muestra de 50 ob-servaciones en un punto representativo del tráfico de camiones, dicho pesaje se realizó solamente a ca-miones C2, debido a las especificaciones de la bás-cula.

Fig. 2. Esquema de la báscula utilizada.

A continuación, por medio de un análisis estadístico de la información, se procede a graficar los espectros de carga para cada tipo de camión encontrado, dicho análisis se realizó para cada uno de los años de estu-dio de los cuales se presentan los resultados obteni-dos para el año 2004.

Fig. 3 Espectro de carga para camiones C2 , 2004.

Fig. 4 Espectro de carga para camiones C2-S1. 2004

Fig. 5 Espectro de carga para camiones C2-S2, 2004

Fig. 6 Espectro de carga para camiones C3, 2004.

0.60 m

0.70 m

Categoría C2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

500 2500 5000 6500 6000 8000 8800 9000 11100 12000 12900 14500

Peso bruto Kg.

Pe

rce

nt

Fig. 7. Espectro de carga para camiones C3-S1, 2004.

Fig. 8 Espectro de carga para camiones C3-S2, 2004

.

Fig. 9 Espectro de carga para camiones C3-S3, 2004.

Fig. 10 Espectro de carga para camiones C4, 2004.

A continuación se presenta una prueba de hipótesis por medio de la cual se pretende comprobar que los peso promedio de los camiones no sobrepasan los permitidos por las resoluciones vigentes del INVIAS

Tabla 5. Prueba de hipótesis para el peso bruto en Kg. por ca-tegoría, 2004

Catego-ría

Peso pro-medio

kg.

Estadístico prueba

Prob.>z

X 10 -7

Peso bruto max. permi-

tido Kg.

C2 C2-S1 C2-S2

C3 C3-S2 C3-S3

C4

5789.205 11601.95 12576.19 10278.70 15508.01 14391.35 12676.93

427.059584 19.0533948 46.9247507 159.696516 171.348342 292.452577 35.5757464

<1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

16000 27000 32000 28000 48000 52000 36000

En todos los casos se rechaza la hipótesis nula de que el promedio por clase es mayor que el peso bru-to máximo permitido

Fig. 11. Espectro de carga para camiones C2, muestra 2004.

Peso bruto Kg.

La muestra tomada se realizó en un periodo de 10 horas en un día hábil, para camiones C2, a continua-ción se presenta la curva del espectro de carga.

Adicionalmente, posterior al análisis de los tipos de carga transportados por los camiones, se procedió a determinar los usos más representativos. Los cuales fueron discriminados teniendo en cuenta la localiza-ción del la muestra.

En la vía Bogotá-Melgar, el comportamiento de los usos es el siguiente:

Tabla 6. Usos representativos por tipo de camión

Fig. 12. Porcentaje de vehículos según uso y tipología.

Fig. 13. Porcentaje de camiones C2 según su uso.

Partiendo de la información recolectada el 1 de oc-tubre de 2004, en los pesajes realizados a 50 camio-nes C2, en el sector de la Calle 13 entre Carreras 68 y 68D, se pudieron determinar los usos característi-cos de los camiones C2, en la figura anterior.

Finalmente, se calculó el Coeficiente de Agresividad Media (CAM) para cada uno de los años de estudio, dicha información se presenta en la siguiente tabla. Tabla 7. Resultados de cálculo del CAM.

AÑO CAM

2000 2001 2002 2003 2004

0.3 0.29 0.31 0.27 0.36

3 CONCLUSIONES

Del estudio realizado se puede concluir lo siguiente:

El porcentaje de vehículos de pasajeros es mayor al de vehículos de carga en general para todos los sec-tores de estudio.

Las busetas conforman el 69% de los vehículos de pasajeros que transitan por la zona urbana de la ciu-dad.

El mayor porcentaje de camiones que circulan por Bogotá son los C2 pequeños, que conforman el 52.6% del volumen de vehículos de carga, seguidos por el C2 grande en un porcentaje de 27.9%.

Las pruebas de hipótesis planteadas en lo referente al cumplimiento de las normas sobre pesajes fueron positivas, lo cual quiere decir que la muestra está dentro de los límites permitidos por la resolución vi-gente, esto se presenta en todos los años objeto del estudio.

El tipo de camión más representativo es el C2 duran-te todos los años de estudio y el que menos se pre-senta es el C3-S1.

Después de un análisis estadístico se encontró que el coeficiente de variación de la muestra se encuentra en rangos desde 21.01% hasta 105.23%, lo cual in-dica una alta variabilidad que puede atribuirse al amplio rango del tipo de carga transportada, lo ante-rior, debido a que en las observaciones se tienen da-tos de camiones que van vacíos hasta aquellos que contienen maquinaria y equipo de construcción.

Uso Alimentos Varios Vacío Envíos Papel Con-tainer

C2 C3 C4

C2-S1 C2-S2 C3-S1 C3-S2 C3-S3

80,1% 8,29% 0,00% 0,00% 0,23% 0,00% 3,99% 7,42%

83,5% 8,98% 0,33% 0,07% 0,31% 0,00% 2,33% 4,53%

60,1% 8,29% 0,12% 0,16% 0,56% 0,08% 13,1% 17,6%

70,9% 5,25% 0,00% 0,06% 1,23% 0,00% 19,5% 3,13%

47,5% 47,5% 0,42% 0,00% 0,05% 0,00% 1,54% 2,93%

0,00% 0,00% 1,24% 0,07% 8,85% 0,14% 47,3% 42,4%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

PO

RC

EN

TA

JE

ALIMENTOS VARIOS VACIO ENVIOS PAPEL CONTAINER

USO

PORCENTAJE DE VEHÍCULOS SEGÚN USO Y TIPOLOGÍA

C2 C3 C4 C2-S1 C2-S2 C3-S1 C3-S2 C3-S3

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

18%

En

vío

s

Caj

as

Gas

eosa

Hie

rro

Ag

ua

Bas

ura

Mad

era

Alim

ento

s

Bal

do

sas

USO

PORCENTAJE DE C2 SEGÚN USO

Teniendo en cuenta que el mayor valor posible del CAM es 1.0, lo cual indica que las repeticiones de ejes equivalentes que transitan por el pavimento ge-neran el mayor daño a la estructura, por medio del presente estudio se puede establecer que las cargas aplicadas en las zonas de análisis el daño surgido por causa de la fatiga de las capas es mínimo. Lo ante-rior, puede explicarse al observar que el promedio de las cargas está cumpliendo con las normas estableci-das para que el daño sea leve.

Después de analizar los datos, encontramos que aunque en el año 2004 se presentan los valores mí-nimos de peso bruto promedio, en este año el CAM es el más alto, lo que puede ocasionarse debido a la distribución de la carga en los ejes del vehículo, lo cual representa mayor agresividad en el daño de la estructura de pavimento en estudio.

Del análisis de las curvas de espectros de carga, ob-servamos que la mayoría de ellas está sesgada a la izquierda, lo cual puede ocasionarse por múltiples razones:

La mayoría de vehículos van con cargas muy bajas o vacíos.

Pueden estar siendo tomados como C2 vehículos con características inferiores a las establecidas por la normatividad del INVIAS, razón por la cual los cálculos se ven afectados, llevando esto a unos co-eficientes de agresividad menores a los esperados.

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