INTRODUCCIÓN A LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO

7/26/2019 INTRODUCCIN A LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO

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MDULO - ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS

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DEFINICIONES DE PAVIMENTOS

Un pavimento est constituido por un conjunto de capas superpuestas,relativamente horizontales, que se disean y construyen tcnicamente conmateriales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras

estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una va, obtenida por elmovimiento de tierras en el proceso de exploracin y que han de resistiradecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del trnsito le transmitendurante el perodo para el cual fue diseada la estructura de pavimento.(Ingeniera de pavimentos para carreteras, Alfonso Montejo Fonseca).

Estructura multicapa diseadas para soportar el paso repetido de las cargasgeneradas por el paso de vehculos comerciales y los camiones en las condicionesambientales durante un periodo de tiempo de diseo que varia entre 15 y 40 aos.

Estructura que separa las llantas de los vehiculos del suelo de la subransante. La

base sobre la cual reposa la estructura tambin puede ser de concreto estructuralo la plataforma de acero de un puente (Croney, 1998)

HISTORIA DE LOS PAVIMENTOS

Siglo XX: nacimiento y desarrollo de la construccin de vas para transportemotorizado.

Las necesidades de las guerras mundiales (I y II) aceleraron el desarrollo de laingeniera de caminos.

El crecimiento anual del trfico pesado aumento en ms del 20%.

El desarrollo de la ingeniera tuvo diferentes enfoques:

EUROPA:Actualiza la red de caminos en lugar de construir una nueva.

- Se inician investigaciones sobre materiales para pavimentos y tcnicas dediseo.

- En 1909 (Paris) se realiza la primera reunin internacional sobre el tema:Permanent International Association of Road Congress (PIARC).

USA:Necesidad de construir nuevas vas.

- Se crean los Departamentos Estatales de Vas responsables de todas lasactividades de infraestructura (DOT).

- En 1898 se crea la American Society for Testing Materials (ASTM)y en 1914se crea la Assocoation of Satate Highway Officials (AASHO). Son los


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responsables de preparar especificaciones y procedimientos para materiales decarreteras.

- A final de la dcada de 1970 aumenta la investigacin en Transporte, lo quemotiva el cambio de laAASHOa laAASHTO(and Transportation).

DISEOS RECIENTES DE PAVIMENTOS

El suelo de fundacin ha sido fundamental en el diseo de pavimentos desde susinicios: CBR (California Bearing Ratio).

CBR: Resistencia de un suelo con respecto a la resistencia de un suelo estndar(ensayo de penetracin con cargas y condiciones conocidas).

Presin necesaria para que el suelo penetre cierta profundidad con un pistn de cargay rea conocidas, dividido por la presin necesaria para lograr la misma penetracin

en un suelo estndar de buena calidad.

Con el CBR se seleccionan materiales granulares para bases y subbases, y para laclasificacin de la calidad de la subrasante.

Durante la II Guerra Mundial: el cuerpo de Ingenieros de la Armada de USA adoptel CBR como una relacin entre la resistencia de la capa y su desempeo en campo:relacion las cargas de los ejes con los requisitos de espesores de capas.

Desde 1946 el CBR fue empleado a nivel mundial.

CARACTERSTICAS DE UN PAVIMENTO:

Un pavimento debe reunir las siguientes caractersticas para cumplir la funcin parala cual es diseado:

Resistencia a la accin de las cargas impuestas por el trnsito. Resistencia a la intemperie o agentes climticos. Textura superficial adaptada a las velocidades previstas de circulacin de los

vehculos.

Resistencia al desgaste producido por el efecto abrasivo de las llantas de losvehculos.

Presentar regularidad superficial, tanto superficial, como transversal, quepermitan una adecuada comodidad a los usuarios.

Ser durable. Condiciones adecuadas de drenaje.

Ser econmico. Color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos y ofrecer una adecuada

seguridad al trnsito.


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Figura N 1. Partes de una va vehicular.

FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEO DE PAVIMENTOS

- TRNSITO:

Es importante considerarlo para el dimensionamiento en funcin de las cargas mspesadas por eje (simple, tndem, tridem) esperadas en el carril de diseo durante elperodo de diseo adoptado. La repeticin de las cargas y las deformacionesproducidas son fundamentales para el clculo.

- SUBRASANTE:

De la calidad de esta capa depende el espesor que debe tener el pavimento. Paraevaluar esta capa se utiliza la capacidad de soporte o resistencia a la deformacin poresfuerzo cortante producida por las cargas del trnsito. Se requiere considerar lasensibilidad del suelo a la humedad.

- CLIMA:

En nuestro medio el pavimento se ven muy afectados por las lluvias y los cambios detemperatura.

Las lluvias por la elevacin del nivel fretico que influye en la resistencia, lacompresibilidad y los cambios volumtricos del suelo de subrasante. Tambin influyedurante la construccin en el movimiento de tierras y en la colocacin y compactacinde las capas granulares y asflticas.

Los cambios de temperatura afectan a los pavimentos rgidos ocasionando esfuerzosmuy elevados que en algunos casos son superiores a los producidos por las cargas delos vehculos que circulan sobre ellos. En los pavimentos flexibles puede ocasionar


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una modificacin sustancial en el mdulo de elasticidad de las capas asflticasgenerando deformaciones o agrietamientos que afectan el nivel de servicio de la va.

- MATERIALES:

Los materiales disponibles son determinantes en la seleccin de la estructura delpavimento. Se deben considerar los agregados disponibles tanto en calidad como encantidad, as como la facilidad en su explotacin y el costo. Adems se debenconsiderar los materiales bsicos de mayor costo: ligantes y conglomerantes.

Figura N 2. Clasificacin Tradicional de Pavimentos.

Figura N 3. Estructuras de Pavimento Flexibles y Rgidos.


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Las causas de las deficiencias de la red vial incluyen, entre otros:

Problemas de estabilidad de la subrasante y deficiencia general en la calidad de losmateriales.

Deficiencias en los sistemas de drenaje.

Deficiencias en los procedimientos de diseo.

Ausencia de mantenimiento. Deficiencias en las metodologas de contratacin. Calidad de los materiales y deficiencias en los procesos de diseos de mezclas. Deficiencias en los mtodos constructivos.

1. TRANSITO

Esta es quizs la variable de mayor importancia para calcular los espesores delpavimento. El trnsito que soportar la va durante el periodo para el cual se hadimensionado es siempre difcil de prever, motivo por el cual se recomienda disponer

de estaciones de pesaje o cables piezmetros que mantengan informacin de lascargas. Si se presentan variaciones en el transit, el cual puede aumentar en formadistinta de lo previsto a causa del cambio de las condiciones econmicas de la regin,el diseo estar SUBDIMENSIONADO, por lo que se deber reforzar la estructuraprogresivamente.

En general, una calzada se debe dimensionar para un periodo de quince aos antes desu deterioro, sin tener en cuenta los refuerzos.

El objetivo bsico en el diseo de los pavimentos es permitir la circulacin de losvehculos con unas cargas dadas, durante un periodo fijado por las condiciones de

desarrollo y los criterios de las autoridades pertinentes acerca del manejo de la redvial.

El enunciado anterior indica la necesidad de determinar el nmero de vehculos, sutipo y el peso con que van a circular por la va a la que se le busca disear elpavimento, durante un nmero de aos que puede ser alto.

Al observar una va cualquiera, inmediatamente se pone en evidencia la gran variedadde vehculos, desde autos familiares capaces de transportar 500 o 600 kilos, hastacamiones con remolques que transportan ms de 50. 000 kilos. El diseador depavimentos debe convertir todos esos vehculos y sus cargas en tablas o nmeros que

permitan tener acceso a los diferentes mtodos de diseo de pavimentos.

La determinacin de la variable transito se puede hacer en forma precisa o en grandessimplificaciones; el criterio depende del grado de importancia de la va a pavimentar yde los riesgos que se puedan correr en el diseo del pavimento.

Los mtodos ms precisos parten del pesaje de una muestra representativa de losvehculos que van a circular por la va. Los ms simplificados son estimativos hechos


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con base en consideraciones sobre la utilizacin de la va. Pero cualquiera que sea laaproximacin, debido a las simplificaciones y extrapolaciones involucradas, no sepuede tener la certeza respecto a esta variable.

CONCEPTOS BASICOS

CONFIGURACION DE EJES

Las cargas de los vehculos se transmiten al pavimento a travs de llantas, dispuestasen grupos de lneas de rotacin llamados ejes, stos se clasifican de la siguientemanera:

Simple

Con una sola lnea de rotacin.

-

De llanta sencilla: Cuando es de dos llantas.-

De llanta doble: Cuando es de cuatro llantas.

Tndem

Conformado por dos lneas de rotacin, separadas entre 1,0 y 1,6 metros y dotado deun dispositivo de distribucin de cargas entre sus dos lneas de rotacin.

-

De llanta sencilla: Cuando el conjunto es de cuatro llantas, dos por lnea derotacin.

-

De llanta doble: Cuando el conjunto es de ocho llantas, cuatro por lnea de

rotacin.- Mixto: Cuando el conjunto tiene una lnea de rotacin de llanta sencilla y otra

de llanta doble (seis llantas en el conjunto).

Trdem o Tnden Triple

Conformado por tres lneas de rotacin, igualmente separas en un espacio entre 2,0 y3,2 metros y con un dispositivo de distribucin de cargas entre las mismas.

- De llanta sencilla: Cuando el conjunto es de seis llantas.- De llanta doble: Cuando el conjunto es de doce llantas.-

Mixto: Cuando tiene una combinacin de lneas de rotacin con llanta sencilla yllanta doble y el conjunto tiene ocho o diez llantas.


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Figura N 4. Configuracin de los diferentes tipos de ejes.

Fuente: Diseo, Construccin y Mantenimiento de Pavimentos de Concreto. Ing. Civil Cipriano A.Londoo N.

REPARTICIN DEL TRNSITO

Si la ruta tiene menos de 7 m de ancho, se toma el total del trnsito en los dos (2)sentidos de circulacin. Si la va tiene ms de 7 m o si las vas son de circulacinunidireccional, el trnsito se considera en el carril ms cargado.

PESO MXIMO DEL EJE

Las estructuras propuestas estn previstas para soportar el eje simple estndar de130kN de referencia y un porcentaje de sobrecargas que no exceda el 10%.

CLASES DE TRNSITO

Las clases de trnsito retenidas se definen de muchas maneras, en funcin del gradode precisin de los datos disponibles:

-Trnsito Promedio Diario (TPD).

-Trnsito acumulada de vehculos pesados (carga superior a cinco toneladas)-Trnsito Acumulado, calculado segn las equivalencias de los ejes.

DEFINICIONES:

- Vehculos Livianos: Aquellos con capacidad menor a 5 toneladas. Automviles,camionetas, camperos, etc.


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- Vehculos Comerciales: Aquellos de ms de 5 toneladas de capacidad. Camiones,buses, remolques, etc.

- Volumen de trnsito: Nmero de vehculos que circulan en ambas direcciones poruna seccin de va durante un perodo de tiempo.

- Trnsito promedio diario TPD: Volumen de trnsito durante un perodo detiempo, dividido por el nmero de das del perodo considerado que puede ser ao,mes o semana.TPDA: Trnsito Promedio Diario AnualTPDM: Trnsito Promedio Diario MensualTPDS: Trnsito Promedio Diario Semanal

- Trnsito existente: Aquel que presenta la va antes de ser pavimentada.

- Trnsito inducido: Es la suma del trnsito atrado y el trnsito generado.

- Nivel de servicio: Medida de la calidad del flujo de trnsito por una va. Se tienen encuenta la velocidad, el tiempo de recorrido, las interrupciones del trnsito, la libertadde manejo, la seguridad y los costos de operacin.

- Volumen de servicio: Es el volumen de trnsito que le corresponde a cada nivel deservicio.

- Capacidad: La capacidad de una va o de un carril corresponde al nmero mximode vehculos que puede circular durante un perodo de tiempo establecido sin que sepresenten demoras ni restricciones en la libertad de movimiento de los vehculos.

COMPONENTES DEL TRNSITO

Para cuantificar adecuadamente los volmenes de trnsito en un proyecto vial sedivide en tres componentes:

- Trnsito Normal Es el que se produce en la zona de influencia del proyecto comoconsecuencia de la evolucin previsible de sus parmetros caractersticos y coincide,por tanto, con el que circular por la red si no se realizara el proyecto. Estacomponente se determina a travs del anlisis de la serie histrica de trnsito, si estaexiste, o de un conteo vehicular.

- Trnsito Atrado Es el que utilizar el proyecto, por las ventajas o beneficios queofrece, y hoy hace uso de otra infraestructura. Esta componente se determina a travsde encuestas de preferencia a usuarios y modelos de seleccin modal o de ruta.

- Trnsito Generado Es el que se origina por el proyecto mismo, debido a mejorescondiciones de oferta. Generalmente se refiere al trnsito nuevo por efecto del


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desarrollo del rea de influencia. Esta componente se determina a travs del anlisissocio-econmico.

En una carretera se debe determinar cules de las tres componentes se van presentaruna vez se inicie la operacin del proyecto.

Se pueden presentar muchas combinaciones, que se pueden asimilar a una de lassiguientes situaciones.

- Situacin 1: Proyecto de mejoramiento (pavimentacin) en zona con alto potencialde desarrollo econmico. Para esta situacin se podra esperar la presencia de las trescomponentes.

- Situacin 2: Proyecto de mejoramiento (pavimentacin) en zona con bajo potencialde desarrollo econmico. Para esta situacin se podra esperar la presencia detrnsito normal y atrado.

- Situacin 3: Proyecto nuevo en zona con alto potencial de desarrollo econmico. Enesta situacin las componentes que se podran dar en el trnsito son la de trnsitoatrado y la del generado.

- Situacin 4: Proyecto nuevo en zona con bajo potencial de desarrollo econmico. Enesta situacin las componentes que se podran dar en el trnsito son la de trnsitoatrado.

Dada la naturaleza de cada proyecto se deber establecer cuales componentes detrnsito se debern cuantificar, utilizando para ello, procedimientos o

recomendaciones que se indican ms adelante en este Captulo.

NOMENCLATURA DE LOS VEHCULOS

Con el objeto de clasificar los vehculos en un nmero razonable de categoras, sedividen en tres grandes grupos as:

TIPO A: En este grupo se clasifican los automviles, camperos, camionetas ymicrobuses. Se designa con la letra A.

TIPO B:En este grupo se clasifican las busetas y los buses. Se designa con la letra B.

TIPO C: En este grupo se clasifican los camiones, que son aquellos vehculosdestinados al transporte con ms de dos (2) toneladas de carga. En esta categora seencuentran; los rgidos, cuando soportan sobre sus ejes nicamente el pesotransportado por s mismo y los articulados, si el camin est compuesto por dosunidades, una de ellas tractora y la otra un semirremolque. Se designan con la letra C.


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La diferencia entre el semirremolque y el remolque radica en que el primero letransmite parte de la carga a la unidad tractora, mientras que el remolque no.

Se nombra en su orden el tractocamin con la letra C, el semirremolque con la letra S yel remolque con la letra R, a continuacin de cada letra el nmero de lneas de

rotacin de la unidad vehicular correspondiente.

CARGA MXIMA LEGAL

Debido a la variedad en las caractersticas de los vehculos que van a circular sobre unpavimento durante su perodo de diseo, se toma como carga patrn o estndar un ejesencillo de 8,2 toneladas.

DETERMINACIN DEL TRNSITO EXISTENTE

Para cuantificar el trnsito existente se requiere la siguiente informacin:

- Trnsito Promedio Diario Semanal TPDS- Nmero, tipo y peso de les ejes de los vehculos comerciales

El TPD se establece haciendo el conteo de los vehculos durante una semana, eltrnsito total se divide entre los siete das para obtener el TPDS, discriminndose envehculos livianos y comerciales (buses y camiones), los cuales se tienen en cuentapara el diseo del pavimento.

Ejemplo:

Se tiene un TPDS de 1.152 vehculos con una distribucin porcentual de vehculos59%, buses 4% y camiones 37%. Calcular el volumen de trnsito de cada tipo devehculo.Solucin:

Automviles: 1152 * 0,59 = 679,68 = 680Buses: 1152 * 0,04 = 46,08 = 46Camiones: 1152 * 0,37 = 426,24 = 426

La determinacin del nmero, tipo y peso de los vehculos comerciales se haceutilizando bsculas para el pesado de los ejes de todos los vehculos clasificados como

comerciales.


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Figura N 5. Clasificacin de Ejes.



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FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR TIPO DE VEHCULO

El factor de equivalencia de carga por tipo de vehculo comercial representa el mayoro menor dao que un tipo de vehculo causa a un pavimento. El factor representa elnmero de veces que pasa el eje normalizado de 8.2 Toneladas por cada pasada del

tipo de vehculo considerado.

Las frmulas que se utilizan para el clculo del factor de equivalencia de carga por ejeson las siguientes:

Tabla N 1. Formulas Simplificadas para el clculo del factor de equivalencia de cargapor eje (AASHTO).


DETERMINACIN DEL FACTOR CAMIN

Se entiende por factor camin el nmero de aplicaciones de ejes sencillos con carga

equivalente de 8.2 toneladas, correspondientes al paso de un vehculo comercial (buso camin).

En nuestro medio son utilizadas tres metodologas para la obtencin del factorcamin: por conteo y pesaje de los vehculos comerciales, por el mtodo MOPT-INGEROUTE y por el propuesto por la Universidad del Cauca.

Si bien el pesaje constituye el medio ms preciso para determinar las caractersticasde equivalencia del trnsito real con respecto a ejes sencillos de 8.2 Toneladas, locostoso que resultan estos estudios impiden efectuarlos para todos los diseos depavimento que se deban acometer.

DETERMINACIN DEL FACTOR CAMIN POR LOS MTODOS MOPT-INGEROUTE YLA UNIVERSIDAD DEL CAUCA

Los factores de equivalencia promedio utilizados ms frecuentes en Colombia son losobtenidos por el MOPT-INGEROUTE y la Universidad del Cauca, tales valores sepresentan en la tabla N 2.


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A partir de estos valores se puede estimar el factor camin, para cualquier tramo de lared nacional de carreteras, teniendo en cuenta que durante los conteos manuales queanualmente realiza el INVIAS, se hace una discriminacin de la manera como estcompuesto el trnsito de camiones.

Tabla N 2. Factores de equivalencia.TIPO DE VEHCULO MOPT-INGEROUTE

UNIVERSIDADDEL CAUCA

C-2 pequeo 1.141.4 (prom.)

C-2 grande 3.44C-3 2.4 3.76

C2-S1 3.37C4 3.67 6.73

C3-S1 2.22C2-S2 3.42

C3-S2 4.67 4.40C3-S3 5.0 4.72

Bus P-600 0.400.2 (prom.)

Bus P-900 1.0Buseta 0.05

Fuente: Ingeniera de Pavimentos para Carreteras. Ing. Alfonso Montejo Fonseca.

Ejemplo:

Determinar el factor camin de un tramo de carretera cuyo TPDS es 1.368 vehculosde los cuales el 78% son automviles, el 4% son buses y el 18% son camiones, eltrnsito de camiones est distribuido as: C-2=25%, C-3=21%, C-4=30%, C-5=15% ymayores de C-5=9%. Utilizar los factores de equivalencia propuestos por el MOPT-Ingeroute.

1. Calculo del factor camin (FC) de los camiones:

()=25 1.4 + 21 2.4 + 30 3.67 + 15 4.67 + 9 525 + 21 + 30 + 15 + 9

()=3.10

2. Teniendo en cuenta que el factor de equivalencia del bus es de 0.2, entonces elfactor camin de buses y camiones ser:

=4 0.2 + 18 3.104 + 18 = 2.57


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CONVERSIN DE VEHCULOS A EJES EQUIVALENTES DE 80 KN. FACTORES DEDAO POR TIPO DE VEHCULO.

Los factores de dao se indican en la Tabla N 3, y sern los que se debern aplicarpara calcular los ejes equivalentes de 80 kN. Los Factores de Dao (FD) indicados son

el resultado del anlisis de las cargas por eje de aproximadamente trescientos milvehculos evaluados en los operativos de pesaje realizados por el INVIAS en las vas asu cargo durante el perodo 2000 -2006.

Tabla N 3. Factor dao por tipo de vehculo.

Fuente: Manual de diseo de pavimentos asflticos para vas con bajos volmenes de trnsito. INVIAS.

Trnsito en el carril de diseo en funcin del ancho de la calzada. Factordireccional (Fd)

La mayora de los mtodos de dimensionamiento de pavimentos asflticos slo tienenen cuenta el trnsito que circula por un carril, llamado carril de diseo, y el presente

mtodo no es la excepcin. Sin embargo, es preciso considerar las peculiaridades delas vas para las cuales se va a utilizar. Por ello, si la calzada va a tener menos de cinco(5) metros de ancho, se deber considerar en el clculo todo el trnsito esperado enlos dos sentidos, pues salvo en el momento en que se crucen, los vehculos circularncentrados y tendern a producir una sola zona de canalizacin.

Si la calzada va a tener seis (6) metros o ms, se considerar como trnsito de diseola mitad del total, y si el ancho es igual o mayor de cinco (5) metros y menos de seis(6) metros, se tomar el 75% del total. En la Tabla N 4 se indica el Factor Direccional(Fd) por adoptar para el diseo segn el ancho de la calzada.

Tabla N 4. Factor Direccional (Fd).



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TRNSITO ACUMULADO EN EJES EQUIVALENTES DE 80 KN, EN EL CARRIL DEDISEO DURANTE EL PERODO DE DISEO

Pronstico de la componente de trnsito normal

El Manual de Diseo de Pavimentos de Alto y Medio Volmenes de Trnsito delInstituto Nacional de Vas, define dos casos o situaciones para la proyeccin deltrnsito.

CASO 1: CUANDO EXISTE EN EL TRAMO DE VA UNA ESTACIN DE CONTEO CON

SERIE HISTRICA DE TRNSITO.

El Instituto Nacional de Vas tiene asignada una estacin de conteo vehicularcontrolada para cada tramo de va a su cargo. En cada estacin de conteo anualmentese contabilizan la cantidad de vehculos que circulan durante una semana,discriminados por hora y por grupo vehicular.

Este caso se tiene en cuenta cuando en el tramo de va analizado se encuentra unaestacin de conteo de trnsito controlada, la cual posea, por lo menos, informacincontinua de cinco aos.

Tambin se podr tener en cuenta este caso cuando en el tramo de va no se tieneestacin de conteo controlada pero existe una va de similares condiciones de trficoque cuenta con serie histrica de trnsito cuya informacin pueda ser asumida para eltramo de va en estudio.

El procedimiento a seguir para la determinacin del trnsito normal es el descrito a

continuacin.

1. Identificacin de la serie histrica del trnsito en la estacin de conteo seleccionada.

Tabla N 5. Informacin general de la serie histrica del trnsito para una estacin deconteo seleccionada

AO TPDSAUTOS BUSES CAMIONES

Porcentajes deCamiones

%A %B %C C2P C2G C3-C41995 84 50 44 6 40,1 40,0 19,91996 86 53 39 8 40,2 40,0 19,8

1997 93 53 35 12 40,4 39,9 19,71998 96 52 35 13 40,5 40,0 19,51999 91 55 30 15 40,5 39,9 19,62000 98 52 32 16 40,2 40,1 19,72001 107 56 28 16 40,3 39,9 19,82002 115 56 29 15 40,4 39,7 19,92003 119 50 33 17 40,6 39,4 20,0


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AO TPDSAUTOS BUSES CAMIONES

Porcentajes deCamiones

%A %B %C C2P C2G C3-C42004 108 57 25 18 40,2 39,9 19,92005 120 52 28 20 39,8 40,4 19,8


2. Clculo del trnsito equivalente diario en cada ao.

El clculo de N80 kN para cada ao se realiza de la siguiente manera:Con los datos de la tabla anterior y los factores de equivalencia se aplica la siguienteecuacin, para obtener el trnsito equivalente diario expresado en ejes de 8.2toneladas.

Utilizar los valores de B, C, C2P, C2G y C3-C4 en porcentaje.

,= 84 (4 4 1 . 0 + 6 (40.1 1.01 40.0 2.72 + 19.9 3.72)100

100 )

, = 48,18 48,2 80 /

Como resultado de aplicar la ecuacin anteriormente descrita, en la siguiente tabla seresumen los valores calculados de trnsito equivalente en ejes simples de 80 kN para

cada ao de la serie histrica, sumadas ambas direcciones.

Tabla N 6. Valores de trnsito equivalente diario.



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3. Anlisis estadstico de la serie histrica

A la informacin dada en la Tabla N 6 se le realiza un anlisis de regresin (Modelolineal, logartmico, exponencial y potencial), buscando el modelo que mejor seajuste al comportamiento de los datos de trnsito equivalente observado. A travs de

Excel se grafican los valores, en el eje X (Horizontal) se grafican los aos, y en el eje Y(Vertical) se grafica el trnsito equivalente diario. En la Figura N 6 se muestra elmodelo de regresin evaluado.

4. Seleccin del modelo factible de crecimiento del trnsito

De los modelos analizados, se ha seleccionado el modelo lineal ya que representa elcomportamiento de los datos de forma ms acertada y coherente para el caso deestudio.

La ecuacin de comportamiento est dada por:

Y=3.743*X+42.888 (Ecuacin Modelo Lineal)

Figura N 6. Modelos de regresin evaluados.



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5. Estimacin del trnsito proyectado para el perodo de diseo, en el carril de diseo y

considerando un nivel de confianza predeterminado

Los pasos a seguir son los siguientes:

a)

Clculo del error estndar () del modelo de crecimiento del trnsito seleccionado.

La expresin para el clculo del error es la siguiente:

: Nmero de aos de la serie histrica, n=11 (correspondiente al perodo 1995-2005).:Nmero de ejes equivalentes de 80 kN por da en cada ao de la serie histrica.Corresponde al trnsito observado y que se encuentra consignado en la tabla N 6.

: Nmero de ejes equivalentes de 80 kN por da en cada ao de la seriehistrica, pero calculados con el modelo estadstico seleccionado.

Para el ao 1995 sera:


Nota: El valor X en la ecuacin del modelo lineal es la resta del ao 1 (en este caso1995) menos el ao 0 (para este caso es 1994), para el valor de X sera1996-1994=2 y as sucesivamente.

En la Tabla N 7 se presenta el resultado del clculo para cada uno de los aos de laserie histrica.


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Tabla N 7. Valores de trnsito equivalente diario calculado (Ambas direcciones)


El clculo del numerador que se encuentra dentro del radical de la expresinestadstica para determinar el error estndar del modelo () se indica en la Tabla N 8.

Tabla N 8. Clculo del numerador dentro del radical de la expresin para calcular elerror estndar del modelo ()


Con los datos anteriores se calcula el error estndar del modelo ()

b) Clculo del error estndar en la prediccin del trnsito, error de pronstico() ao por ao en el periodo de diseo.


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b.1) Determinacin del ao medio de la serie histrica

b.2) Clculo de la sumatoria de las diferencias al cuadrado de cada ao de la seriehistrica y el ao medio de dicha serie histrica:

En valor absoluto se realiza la resta es decir:

|(1995 2000)|= 25|(1996 2000)|= 16

En la Tabla N 9 se presentan los clculos correspondientes.

Tabla N 9. Clculo de la sumatoria de las diferencias al cuadrado de cada ao de laserie histrica y el ao medio de dicha serie histrica.



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b.3) Clculo del erro de pronstico para cada ao del perodo de diseo ()

(Se consideran 2 aos muertos (2006 y 2007) por desarrollo del estudio, gestin delfinanciamiento y por procedimientos de adjudicacin y construccin del proyecto).

= 2008Para un periodo de diseo de 10 aos. En la tabla N 10 se encuentra el clculo del

error de pronstico para cada uno de los aos del periodo de diseo.

Tabla N 10. Error de pronstico para cada uno de los aos del periodo de diseo.


Suponiendo que el ingeniero proyectista considera apropiado un nivel de confianzadel setenta por ciento (70%) en la estimacin de la componente del trnsito normal,segn la siguiente tabla se tiene:


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Tabla N 11. Valores del parmetro Zr (Suponiendo una distribucin normal).


A continuacin se presenta el valor de la correccin para cada ao del periodo dediseo (10 aos):

Tabla N 12. Valor de correccin Cj para cada ao del perodo de diseo.



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Del literal No. 4:


En seguida se presentan los valores de calculados para todo el perodo de diseo.

Tabla N 13. Valores de para todos los aos del periodo de diseo, conconfiabilidad del 70%.


e) Clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN acumulados durante el perodode diseo, sumadas ambas direcciones.


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f) Clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN acumulados en el carril de diseodurante el perodo de diseo, por concepto de la componente normal del trnsito.

En este caso se ha supuesto que el ancho de la calzada es de cinco con cincuenta (5.50)metros, es decir que el Factor Direccional Fd = 0.75

CASO 2. NO EXISTE SERIE HISTRICA DE TRNSITO

Una situacin bastante frecuente es la de carecer de la informacin de lascaractersticas del trnsito en las carreteras de bajos volmenes. Cuando este sea elcaso, la componente de trnsito normal se puede estimar con la realizacin de unconteo vehicular y con ajustes por estacionalidad, asuntos estos tratados con mayordetalle en los siguientes numerales.

1. Conteos de trnsito

El procedimiento propuesto para llevar a cabo el programa de conteos vehiculares enla carretera consta de:

- Divisin del tramo en subtramos con trnsito homogneo.- En cada uno de los subtramos se llevar a cabo un conteo vehicular, un da tpico desemana y un da tpico de mercado.- El conteo se debe realizar por sentido de circulacin, hora del da y por tipo devehculo, y en un perodo diario no inferior a las 18 horas.

- El trnsito promedio diario se calcular en forma ponderada a los das normales y demercado, tal como s e resea en el ejemplo para el Caso 2.- Si las pocas de produccin son muy marcadas se debe realizar un ajuste porestacionalidad, en los trminos sealados ms adelante.

La planeacin del Estudio de Transit en un proyecto de pavimentacin con bajosvolmenes de trnsito contempla la realizacin de un conteo vehicular a lo largo de


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dos das, uno en da normal y otro en da de mercado. Para el ejemplo que se describea continuacin el conteo se realiz en el mes de Agosto.

Los resultados obtenidos fueron:

Nmero de vehculos comerciales da normal: 35 vehculos/ambas direcciones.Nmero de vehculos comerciales da mercado: 85 vehculos/ambas direcciones.

En una semana tpica, el mercado solo se realiza en un da.

Por tanto, el volumen de vehculos comerciales en promedio, al da es:

[67 35] + [17 85] = 42.14 42

2. Correccin por estacionalidad

Existen meses en que las carreteras llevan mayores volmenes de trnsito,presentando variaciones notables. Por tal razn, los volmenes de trnsito promediodiarios que caracterizan cada mes son diferentes, dependiendo tambin, en ciertamanera, de la categora y del tipo de servicio que presten dichas carreteras. Sinembargo, el patrn de variacin de una va no cambia en forma significativa de ao aao, a menos que ocurran cambios importantes en los usos de la tierra, o seconstruyan nuevas carreteras que funcionen como alternas.

Para el ejemplo en el mes de Agosto se inicia una poca de baja actividad comercial enla regin, por lo que se hace necesario aplicar una correccin por estacionalidad. Para

ello se ha conseguido la informacin referente a una estacin permanente de conteo(estacin maestra), ubicado en una estacin de peaje, que recoge las variaciones de laeconoma regional. En la tabla N 14 se relaciona la informacin recopilada en laestacin maestra. El factor de correccin correspondiente a cada mes se calcula comoel cociente entre el TPD anual y el TPD mensual.

Para el mes de Agosto el factor de correccin es 1,05. Por tanto, el volumen devehculos pesados es 42*1,05=44,1 44 vehculos comerciales/da/ambas direcciones.

3. Definir otros parmetros de diseo

Asumiendo que las caractersticas del proyecto son las siguientes:

- Perodo de diseo (n): 10 aos- Tasa de crecimiento anual (r): 3%- Ancho de la calzada: 6 metros- Factor direccional (Fd): 0.5


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- Composicin de los vehculos comercialesBuses: 40%C2P:15%C2G:45%

- Factor de Dao (FD) (Ver tabla N 3)- Confiabilidad: 70% (Zr=0.524)

Tabla N 14. Factores de correccin por estacionalidad.

4.

Calcular el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo (transito normal) enel ao base mediante la siguiente expresin:

5.

Calcular el nmero acumulado de ejes equivalentes en el carril de diseo para elperiodo de diseo (n) (transito normal).

Conociendo la tasa de crecimiento anual (r), se acumula el transito equivalente enel carril de diseo para los aos del periodo de diseo (n), utilizando la siguienteexpresin:


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6.

Calcular el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo durante el perodode diseo (transito normal) con el nivel de confianza dado.

REFERENCIAS

DISEO, CONSTRUCCIN Y MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO.Ing. Civil Cipriano A. Londoo N.

INGENIERA DE PAVIMENTOS PARA CARRETERAS. Ing. Alfonso Montejo Fonseca.

MANUAL DE DISEO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS PARA VAS CON BAJOSVOLMENES DE TRNSITO. INVIAS.

DISEO RACIONAL DE PAVIMENTOS. Ing. Fredy Alberto Reyes Lizcano.

ESTIMACIN DEL TRANSITO DE DISEO EJEMPLOS ILUSTRATIVOS PARAPAVIMENTOS FLEXIBLES Y RIGIDOS. Ing. Carlos Hernando Higuera Sandoval.

ESTIMACIN DEL TRNSITO DE DISEO. Ing. Jorge Nevardo Prieto Muoz.

INTRODUCCIÓN A LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO

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