Transito en Pavimentos

Presentación del tema: "Transito en Pavimentos"— Transcripción de la presentación:

1 Transito en Pavimentos
Prof. Johannes Briceño

2 El transito es la variable mas importante en el diseño de pavimentos, sin embargo es la variable menos estudiada y a la que se le da menos importancia. Para el dimensionamiento de un pavimento es necesario determinar los efectos que las cargas de estos vehículos causa sobre el pavimento, por lo cual debemos conocer el número y tipo de vehículo que circulan por la vía, así como la intensidad de la carga y la configuración del eje que la aplica. Transito: Efecto que produce las cargas de vehículos sobre el pavimento. Trafico: Número de vehículos o de otros tipos.

3 La norma COVENIN 614 establece las siguientes recomendaciones de carga máxima: 1) 6000 Kg en eje simple 2 cauchos. 2) Kg en eje simple 4 cauchos. 3) Kg en 2 ejes simples consecutivos de 4 cauchos c/u. 4) Kg en 3 ejes simples consecutivos de 4 cauchos c/u. En nuestro país no existe un control de cargas eficiente y estas restricciones son violadas constantemente, trayendo como consecuencia el deterioro prematuro de las vías pavimentadas.

4 Información del transito para diseño de pavimentos:
Volumen de Transito. Composición del Transito. Intensidad de la carga. Configuración de los ejes que transmiten la carga al pavimento. El canal de circulación que servirá como patrón de diseño. Volumen del transito: Número de vehículos que circulan por la vía, determinado en función de las estadísticas, estudios de transito o mediciones reales. Debe conocerse tanto para el año inicial de diseño, como la tasa de crecimiento inter anual para el periodo de diseño. Volumen de Transito Actual: Volumen de trafico que circula en el momento en que se ponga el pavimento en servicio, lo determina el Ministerio correspondiente. Tasa de crecimiento del trafico o rata: 3,4,10%.

5 2) Composición del Transito: Número de vehículos de pasajeros, número y tipo de vehículos pesados, obtenido de mediciones. 600 Autobuses  60% 200 Pick-Up  20% 150 Buses  15% 50 Camiones  5% 1000 veh/dia 3) Intensidad de la Carga: El peso total del vehículo, tanto vacío como cargado, el cual se obtiene de estaciones de peaje, tanto para el peso bruto del vehículo como el peso por eje. 4) Configuración de los ejes que transmiten carga al pavimento: Una de las piezas de información mas importantes en cuanto al trafico, es la manera como se aplicará la carga sobre el pavimento, es decir, cuantos ejes y de que tipo son los ejes (# de ruedas por eje, # de ejes y presión de inflado). 20% Camiones

6 *Ejes bajo una misma suspensión:
Eje sencillo rueda sencilla. Eje sencillo rueda doble. Eje Tandem, es el conjunto de 2 ejes sencillos de 4 ruedas separadas entre m. Eje Tridem, es el conjunto de 3 ejes sencillos de 4 ruedas separadas entre m.

7 Pc=Presión de contacto ≈Presión de inflado. Pc=P/Ac
- Presión de Inflado: A medida que el neumático tiene menor presión de inflado, el área de contacto es mayor. Pc=Presión de contacto ≈Presión de inflado. Pc=P/Ac Ac= Área de contacto. 5) Canal de circulación que servirá como patrón de diseño: Se debe conocer como se distribuirá el transito en ambos sentidos de la vía. Transito Balanceado: Condiciones similares en ambos sentidos. P Pc

8 Canal de Diseño: Canal de la vía que estará sometido a condiciones más severas de carga. 1 2 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 Canal de Diseño: 1 y 2 Canal de Diseño: 1 y 4 Canal de Diseño: 1 y 6

9 Carga Equivalente = 18000 Lb=8.2 ton
Efectos de las cargas transmitidas por diferentes ejes sobre el pavimento: El efecto de las cargas es el factor que presenta mas variabilidad, ejemplo, un mismo camión puede circular cargado o vacío, y puede ir cargado de cemento, livianos u otros, o diferentes tipos de camiones. En consecuencia, es necesario transformar toda esa gama de formas e intensidades de cargas a un valor de carga estándar o normalizada. Así se define el eje patrón, en Venezuela como en la gran mayoría de países occidentales se utiliza el eje sencillo rueda doble de lb. Carga Equivalente = Lb=8.2 ton Eje Equivalente=Eje sencillo de rueda doble 9000 Lb 4.1 ton 9000 Lb 4.1 ton

10 El eje que más se repite en carga pesada es el eje sencillo de rueda doble, por lo que la carga que más se repite por eje es Lb (8,2 Ton) A este eje equivalente se le asignó un factor de daño igual a 1. Por lo que se convierten los vehículos en ejes sencillos de rueda doble con carga Lb (8,2 ton). Tipo de Camiones

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12 O3E 2RD 2S1 2S2 3S2 3R3 E=Eje, S=Sencillo, R=Rueda, D=Doble
Ejemplo: 2S1 = 2 ejes, S=semi remolque, 1 eje en el semi remolque ES RS ED RD O3E 2RD ES RS RD ES RS RD 2S1 ES RS RD ED 2S2 ES RS ED RD 3S2 ES RS ED RD 3R3

13 Factores de Equivalencia de Carga (FE), convertir cualquier eje en eje equivalente:
Son valores numéricos que definen el daño que causan al pavimento el paso de un vehículo, o eje determinado, relativos al daño que causa el paso del eje patrón. Transformar las repeticiones de un eje cualquiera a un número de repeticiones de eje patrón. FEES,RS=(Carga en el eje i/6.6)4 FEES,RD=(Carga en el eje i/8.2)4 FEEJE TANDEM=(0.57.Carga en el eje i/8.2)4 FEEJE TRIDEM=(Carga en el eje i/23)4.22

14 Ejemplo: Determinar el número de ejes equivalentes de un vehículo 3S3 cargado con 48 Ton.
P1=0.13=13%  0.13*48t=6.24 ton ETandem: (ED, RD) P2= 0.18=18% 0.18*48= 8.64 P3=0.18=18% 0.18*48= 8.64 17.28 ton Etridem: P4= 0.17=17% 0.17*48= 8.16 P5=0.17=17% 0.17*48= 8.16 P6=0.17=17% 0.17*48= 8.16 ton Total = 48 Ton Usar Fig. 4 3S3 48 ton P1 P2 P3 P4 P5 P6

15 FEES,RS=(6.24/6.6)4=0.80 FEE.Tandem=(0.57*17.28/8.2)4=2.08 FEE.Tridem=(24.48/23)4.22=1.28 Total= =4.16 e.e (daño), número de ejes equivalentes, es decir, causan 4.16 veces el daño que un eje patrón. Si son 20 gandolas iguales a esta, entonces el daño sería: 4.16x20=83.2 e.e

16 Ejemplo: Determinar el número de ejes equivalentes de un vehículo 3S3 cargado con 96 Ton.
P1=0.13=13%  0.13*96t=12.48 ton ETandem: (ED, RD) P2 y P3= 0.36=36% 0.36*96= ton Etridem: P4, P5 y P6= 0.51=51% 0.51*96= ton Total = 96 Ton Usar Fig. 4 3S3 96 ton P1 P2 P3 P4 P5 P6 FEES,RS=(12.48/6.6)4=12.78 FEE.Tandem=(0.57*34.57/8.2)4=33.35 FEE.Tridem=(48.96/23)4.22=24.25 Total= e.e (daño), número de ejes equivalentes, es decir, causan veces el daño que un eje patrón.

17 Ejemplo: Determinar el número de ejes equivalentes de un vehículo 3S2 cargado con 48 Ton.
P1=0.12=12%  0.12*48t=5.76 ton ETandem: (ED, RD) P2 y P3= 0.34=34% 0.34*48= ton Etridem: P4 y P5 = 0.54=54% 0.54*48= ton Total = 48 Ton Usar Fig. 4 3S2 48 ton P1 P2 P3 P4 P5 FEES,RS=(5.76/6.6)4=0.58 FEE.Tandem=(0.57*16.32/8.2)4=1.66 FEE.Tridem=(0.57*25.92/8.2)4=10.54 Total= e.e (daño), número de ejes equivalentes, es decir, causan veces el daño que un eje patrón.

18 Factor Camión (FC) Es un valor que representa el daño promedio de cualquier vehículo pesado que transita sobre un pavimento en un día cualquiera del año. FC= Σ 𝐸𝑗𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 (𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎) # 𝐶𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 Ejemplo: La muestra es 3 camiones. Determinar el Factor Camión 1 3S3 con 48ton 1 3S3 con 96ton 1 3S2 con 48ton FC= =29.11 Representa cargas equivalentes, para cualquier camión que pase (es un factor estadístico) Determinar el número de e.e. de cada camión 3S3  4.16 e.e 3S3  e.e 3S2  e.e (Datos ejercicios anteriores)

19 # Ejes sencillo, rueda doble
Ejercicio: Determinar el factor camión de un conteo de transito que se hizo a partir de una distribución de frecuencia por rango de carga, muestra 1000. Rango de carga (Ton) # Ejes sencillo, rueda doble F.E (ES, RD) N° e.e # Eje Tandem Eje Tridem A B C D E F G H I J 3-4 625 0.029 18.125 - 4-5 210 0.085 17.85 98 0.007 0.686 5-6 157 0.197 30.929 12 0.015 0.18 6-7 100 0.395 39.50 7 0.030 0.21 9-10 28 1.801 50.428 121 0.146 17.67 30 0.024 0.72 10-11 59 2.637 232 0.222 51.50 25 0.037 0.925 11-12 109 3.710 404.39 235 0.325 76.38 20 0.054 1.08 15-17 12.9 (+) 1.266 (+) 39.99 15 0.218 (+) 3.27 20-25 56.69 (*) 94 4.775 (+) 448.85 10 0.936 (+) 9.39 Σ Σ733.47 Σ15.355 Tabla 10 BxC ExF HxI

20 2) (+) Se usa la media de carga
Notas: En este ejercicio se desprecia el eje sencillo, rueda sencilla, porque aporta muy poco. 2) (+) Se usa la media de carga 3) (*) En los casos que no aparezca en la tabla 10 se utiliza la ecuación, cae en la zona de (*) de la tabla 10. Carga 20 – 25  Usar la media 22.5 FEES,RD=(carga eje i /8.2)4= (22.5/8.2)4=56.69 FC= Σ 𝐸𝑗𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 # 𝐶𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 =( )/1000 =1.47 Es decir, cualquier camión que pase produce un daño de 1.47 ejes equivalentes, También se puede hallar por la tabla 15,16,17 y 18

21 Transito en Pavimentos
ESAL=N´t=PDT*%VP*FC*365*fuc*fds*A*Fp N´t= cargas totales equivalentes para el periodo de diseño. PDT= Transito diario promedio, en ambos sentidos o al menos que se mida en un solo sentido. %VP= Porcentaje de vehículos pesados. PDT y %VP se obtienen a través de conteos Ejes Equivalentes Vehículos Pesados Para llevar días a años

22 Índice de Servicapacidad o Servisibilidad:
Po=Condición inicial del pavimento (nuevo) con mucho cuidado se logra Pt= Condición final del pavimento, en carreteras secundarias se puede llevar a 2.0 y en carreteras importantes 2.5 n= Periodo de diseño. Nota: Cuando se habla de periodo de diseño, se refiere al primer periodo de diseño Po Pt 1°n 2°n 3°n Vida Útil Luego de hacer Mantenimiento Índice # años

23 Factor Camión (FC) FC= Σ 𝐸𝑗𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 (𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎) # 𝐶𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 365= Son los días del primer año de diseño del pavimentos que representan al PDT fds= Factor de distribución por sentido o canal en función del PDT. Depende de como se midió el PDT. Modo de medir PDT: Ambos sentidos  fds=0.5 Un sentido  fds= (Tabla 12)

24 fus= Factor de utilización de canal, valores recomendados tabla 20.
90% 10% 5% 15% 80% 2 canales 1 canal por sentido fuc=1 4 canales fuc=0.9 6 canales fuc=0.8 A= Factor de ajuste por trafico desbalanceado. Es un factor de mayoración de cargas equivalentes para vehículos pesados. A f( de la carga), Ejemplo: Camiones cargados de ida y descargados de regreso. Tabla 13. Transito Balanceado A=1

25 Fp= Factor que proyecta el transito al número de años que dura el pavimento.
Ecuación método AASHTO y Venezolano Fp= 1+𝑇𝑐 𝑛 −1 𝑇𝐶 Tc= Tasa de crecimiento automotriz Casos Particulares: N´t=PDT*%VP*FC*fuc*fds*A*D*Fp D= Número de días al año en que las variables son aplicables (generalmente 365 días), en función del PDT 365 días/año

26 365 días: 51 semanas al año, 7 días por semana, 5 días laborales por semana 51*5=255 Días Laborales 365 – 255 = 110 Días fines de semana 11 días fiesta nacional. Ejemplo: Si el PDT lo dan para menos días, ejemplo de Lunes a Viernes. 52 sem/año* 7 días  5 días L-V 2 días S-D 52x5=260 días Faltan 105 días 365 días/año

27 N´t=[PDTL-V*%VPL-V*FCL-V]*(260 +105.Fconv)fuc*fds*A*Fp
Fconv= Factor de conversión, depende del tipo de vía y del tipo de vehículos. Expresado como porcentajes de los valores correspondientes para días laborales. Fconv=0.483 e.e de L-V

28 Ejemplo: Determinar el número de ejes equivalentes para el diseño de un pavimento, a partir de los siguientes datos: PDT(2010)=5530 vpd =5530 veh/día, Periodo de Diseño = 20 años, via de dos canales, transito balanceado, %VP=15%, FC=1.25, TC=2% Solución: Como n=20 años, asumir que es desde el 2016—2036 Hay que proyectar el transito desde 2010 al 2016 PDTi=PDTo. (1+𝑇𝐶( 𝑜 𝑖 )) 𝑛( 𝑜 𝑖 ) PDT2016=PDT2010. (1+𝑇𝐶( )) 𝑛( ) PDT2016=5530. (1+0.02) 6 =6228 v/d fuc=1 (Porque todos los camiones van por un solo canal)

29 fds=0.5 (Se midió en ambos sentidos) A=1  Trafico Balanceado.
Fp= 1+𝑇𝑐 𝑛 −1 𝑇𝐶 Fp= − =24.30 Sustituir N´t=PDT*%VP*FC*365.fuc*fds*Fp=6228x0.15x1.25x365x1x0.5x1x24.30=5,18x10E6 e.e N´t=5,18x10E6 e.e

30 Ejemplo: Con los mismos datos del ejercicio anterior
Ejemplo: Con los mismos datos del ejercicio anterior. Determinar el número de ejes equivalentes si se estima que para el año 2022 la rata de crecimiento vehicular aumenta al 3%. N´t( ) =N´t( ) +N´t( ) 2%, 6 años %,14 años N´t( ) =6228x0.15x1.25x365x1x0.5x1x[ (1+0.02) 6 -1] 0.02 No cambia porque el crecimiento puede ser que no se vea afectado por los vehículos pesados

31 N´t( ) =1.344E6 e.e N´t( ) =? PDT2022=PDT2016. (1+𝑇𝐶( )) 𝑛( ) ; PDT2022=6228. (1+0.02) 6 =7014 v/d Otra forma PDT2022=PDT2010. (1+𝑇𝐶( )) 𝑛( ) ; PDT2022=5530. (1+0.02) 12 =7014 v/d N´t( ) =7014x0.15x1.25x365x1x0.5x1x[ (1+0.03) 14 -1] 0.03 N´t( ) =4.1E6 e.e N´t( ) =N´t( ) +N´t( ) =1.344E6+4.1E6= N´t( ) =5.44E6 e.e

32 Ejemplo: N´t(2016-2036)=5.18E6 e.e. Pero en el año 2032 el pavimento falló ¿Qué pasó?
Asumir que fue la tasa de crecimiento que varió sin haber sido considerada una posible eventualidad. N´t( )=? Índice Po Si falló el ya se acumularon todos los eje equivalentes , en vez de haber sido en el Lo que pudo pasar fue un imprevisto que afectó la tasa de crecimiento o el factor camión junto con el porcentaje de vehículos pesados. Pt 2032 2036 # años

33 N´t (2016-2036) =PDT*%VP*FC*365*fuc*fds*A*Fp
Constante 5.18E6=ctte. [ (1+𝑇𝐶) 𝑛 -1] = N´t( ) TC 24.31= [ (1+𝑇𝐶) 𝑛 -1] 24.31= [ (1+𝑇𝐶) 16 -1]  Dando valores a TC hasta que se aproxime TC a 24.31 TC≈5.33%

34 Ejemplo: Determinar el número de ejes equivalentes para una vía
cuyos datos son: PDT2012=17500 v/d, cuatro canales, transito desbalanceado, TC=3.5% hasta el 2025, TC= 5% desde 2025, %VP=20% hasta 2022, %VP=30% desde 2022, FC=3.8, n=20 años. Solución: Analizar ( ) N´t( ) =N´t( ) +N´t( ) +N´t( ) TC= TC= TC=5% %VP= %VP= %VP=30 PDT PDT PDT2025 PDT2016=PDT2012. (1+𝑇𝐶( )) 𝑛( ) = ( ) 4 = v/d PDT2022=PDT2012. (1+𝑇𝐶( )) 𝑛( ) = ( ) 10 = v/d PDT2025=PDT2012. (1+𝑇𝐶( )) 𝑛( ) = ( ) 13 = v/d

35 N´t (2016-2022) =PDT 2016*%VP*FC*365*fuc*fds*A*Fp
= x0.20x3.8x365x0.5x0.81x1.20x[ ( ) 6 -1] 0.035 =1.77E7 e.e N´t( )= x0.30x3.8x365x0.5x0.79x1.20x[ ( ) 10 -1] =1.51E7 e.e N´t( )= x0.30x3.8x365x0.5x0.78x1.20x[ (1+0.05) 11 -1] 0.05 =7.57E7 e.e N´t( ) =N´t( ) +N´t( ) +N´t( ) =1.77E7+1.51E7+7.57E7=1.09E8 e.e Tabla 12 Tabla 13 Tabla 20 Con PDT/2