CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO

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1 CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO

2 CONTENIDO Definiciones Período de diseño del pavimento Caracterización de las cargas del tránsito Equivalencia de cargas por eje Equivalencias de carga por vehículo Conversión del tránsito mezclado en aplicaciones equivalentes del eje de referencia Tendencia histórica y proyección del tránsito

3 EL TRÁNSITO AUTOMOTOR

4 CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO DEFINICIONES

5 DEFINICIONES Tránsito promedio diario Número de vehículos que circulan durante determinado periodo, dividido por el número de días del periodo Vehículo comercial Vehículo automotor, de cuando menos dos ejes, que comprende buses, busetas, volquetas y camiones con o sin acoplado Vehículo liviano Vehículo automotor de dos ejes simples con sistema de rueda simple

6 DEFINICIONES Carril de diseño Carril por el cual se espera la circulación de mayor número de cargas de diseño Período de diseño Lapso que transcurre desde que un pavimento se da al servicio hasta que alcanza su índice de servicio terminal

7 DEFINICIONES Índice de servicio presente Valor numérico, entre cero y cinco, que da una indicación del comportamiento del pavimento desde el punto de vista del usuario Índice de servicio inicial Índice de servicio de un pavimento en el instante en el cual se acaba de construir o de rehabilitar Índice de servicio terminal Menor índice de servicio que es tolerado por el usuario antes de exigir la rehabilitación del pavimento

8 DEFINICIONES ÍNDICE DE SERVICIO PRESENTE

9 CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO PERÍODO DE DISEÑO DEL PAVIMENTO

10 PERÍODOS DE DISEÑO Los períodos de diseño suelen ser diferentes según se trate de pavimentos asfálticos o rígidos: En los pavimentos asfálticos depende de la importancia de la vía y suelen variar entre 10 y 20 años Los pavimentos rígidos se acostumbran diseñar para períodos de 20 años, independientemente de la importancia de la vía, por cuanto los incrementos de espesor y de costo al duplicar el período de diseño no suelen exceder de 10%

11 PERÍODOS DE DISEÑO PERÍODOS DE DISEÑO RECOMENDADOS POR INVÍAS PARA LOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE LAS CARRETERAS NACIONALES DESCRIPCIÓN Autopistas Caminos principales CATEGORÍA DE LA CARRETERA I II III IV interurbanas, Colectoras interurbanas, Caminos rurales con interurbanos Caminos rurales e tránsito medio, industriales principales Caminos estratégicos Pavimentos especiales e innovaciones Rango TPD inicial Periodo de diseño recomendado (años)

12 CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO

13 TRÁNSITO MEZCLADO Diferentes tipos de vehículos Diferentes magnitudes de carga por eje Diferentes configuraciones de ejes Diferentes presiones de contacto neumático - pavimento Diferente velocidad vehicular CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO El efecto que producen los vehículos sobre un pavimento es muy complejo de evaluar, debido a que el tránsito es muy mezclado:

14 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS Vehículo pesado Vehículo liviano?

15 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS EN COLOMBIA

16 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTES MAGNITUDES DE CARGA POR EJE P 1 P 2 P 3 P 4

17 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO CONFIGURACIONES USUALES DE LOS EJES Y DE LAS RUEDAS DE LOS VEHÍCULOS AUTOMOTORES

18 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTES CONFIGURACIONES DE EJES Eje simple - rueda doble Eje tándem rueda doble Eje triple rueda doble

19 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTES CONFIGURACIONES DE EJES Eje simple - rueda simple Eje simple - rueda.?

20 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTES PRESIONES DE CONTACTO En los pavimentos asfálticos, el efecto de la presión de contacto es particularmente importante en la parte superior de la estructura, aunque no afecta el espesor total requerido de pavimento. Cuando las presiones de inflado y de contacto son altas, se requieren materiales de mejor calidad en las capas asfálticas En los pavimentos rígidos, mayores presiones de inflado y de contacto generan mayores esfuerzos y exigen espesores de pavimento superiores

21 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTES PRESIONES DE CONTACTO EFECTO DE LA CARGA POR RUEDA Y DE LA PRESIÓN DE CONTACTO SOBRE LOS ESFUERZOS VERTICALES EN UN PAVIMENTO ASFÁLTICO

22 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTES PRESIONES DE CONTACTO EFECTO DE LA CARGA POR RUEDA Y DE LA PRESIÓN DE CONTACTO SOBRE LOS ESPESORES REQUERIDOS EN UN PAVIMENTO RÍGIDO

23 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTE VELOCIDAD VEHICULAR La velocidad vehicular es inversamente proporcional al tiempo de aplicación de la carga sobre la superficie del pavimento Los materiales de las diferentes capas de un pavimento presentan un mayor módulo de elasticidad a menor tiempo de aplicación de la carga Por lo tanto, las magnitudes de las deformaciones en el pavimento se reducen al incrementarse la velocidad

24 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO DIFERENTE VELOCIDAD VEHICULAR EFECTO DE LA VELOCIDAD SOBRE LAS DEFORMACIONES EN UN PAVIMENTO ASFÁLTICO PARA DIVERSAS MAGNITUDES DE CARGAS POR EJE

25 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO INFORMACIÓN DE TRÁNSITO REQUERIDA PARA EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO El número de ejes por carril y su distribución en diferentes grupos de carga durante el periodo de diseño del pavimento El efecto destructivo de los vehículos circulantes y la incidencia estructural de unos ejes con respecto de otros de diferente magnitud y configuración

26 CARACTERIZACIÓN DE LAS CARGAS DEL TRÁNSITO MANERAS DE CARACTERIZAR EL TRÁNSITO Emplear cargas equivalentes por eje, convirtiendo las cargas reales esperadas a un número equivalente de aplicaciones de un eje normalizado, generalmente el eje simple de 80 kn. Este es el procedimiento utilizado en Colombia para el diseño de pavimentos asfálticos Emplear el espectro de carga real de ejes simples, tándem, triples y cuádruples. Este espectro incluye el número de ejes en una serie de grupos de carga, durante intervalos de tiempo prolongados. Este es el procedimiento corriente para el diseño de pavimentos rígidos

27 CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE

28 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Factor numérico que relaciona el número de aplicaciones de las carga por eje de referencia que produce en el pavimento un determinado deterioro y el número requerido de aplicaciones de otra carga por eje para producir el mismo deterioro El deterioro se mide en términos de la pérdida de índice de servicio presente

29 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Ejemplo Establecer el factor de equivalencia de carga por eje (FECE) para la siguiente situación: La acción de 100,000 aplicaciones de un eje de 80 kn produjo en un pavimento una caída del índice de servicio presente de 4.2 a 2.5, en tanto que otro pavimento idéntico soportó 10,000 aplicaciones de un eje de 142 kn para sufrir la misma caída en serviciabilidad

30 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Solución FECE = 100,000/10,000 = 10 Es decir, que una pasada de un eje simple de 142 kn produce en un pavimento la misma pérdida de índice de servicio que 10 pasadas de un eje simple de 80 kn

31 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Los factores de equivalencia de carga por eje (FECE) dependen de: Tipo de pavimento Condición estructural del pavimento Sistema de eje vehicular Índice de servicio final de la estructura Tablas con valores de los factores de equivalencia de carga por eje para diversas combinaciones de estas variables, aparecen en el manual de diseño AASHTO-93

32 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE SEGÚN AASHTO (SN = 5 y p t = 3) Carga por eje (kip) Pavimento asfáltico SN=5, p t =3.0 Factores de equivalencia de carga por eje Simple Tándem Triple

33 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Los FECE se pueden expresar en términos de la magnitud de las cargas involucradas, las cuales deben corresponder a una misma configuración de ejes y número de llantas. FECE = (P i /P r ) n P i = Carga por eje considerada P r = Carga por eje de referencia n = Coeficiente empírico

34 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Ejemplo Establecer el coeficiente exponencial empírico para las cargas por eje simple de 80 kn y de 142 kn, tomando como referencia la primera 10 = (142/80) n n = 4.01

35 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Según se determinó en el ensayo AASHTO, el valor n en pavimentos asfálticos oscila en un entorno mas o menos restringido ( ), lo que ha llevado a los diseñadores a adoptar un valor igual a 4.0 en la solución de los problemas rutinarios con estos pavimentos Por ese motivo, la relación FECE = (P i /P r ) 4 se conoce como Ley de la Cuarta Potencia

36 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE En el mismo ensayo AASHTO se determinó que en pavimentos rígidos, la agresividad de una carga por eje respecto de la de referencia seguía una ley similar, pero el coeficiente n era mayor que en el caso de los pavimentos asfálticos, entre 4.0 y 4.4

37 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE CARGAS POR EJE DE REFERENCIA En el AASHO ROAD TEST se adoptó como carga de referencia por eje simple con sistema de rueda doble una de magnitud igual a 80 kn (18 kip) y se supuso que ella producía en el pavimento un daño unitario Las magnitudes de carga aplicadas con otros sistemas de ejes y/o de rueda, que produzcan en un pavimento el mismo deterioro que el eje simple de rueda doble de 80 kn, se consideran también como cargas de referencia

38 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE CARGAS POR EJE DE REFERENCIA CARGAS DE REFERENCIA ADOPTADAS POR INVIAS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Tipo de eje Configuración Carga de referencia de ruedas kn kip t Simple Simple Simple Doble Tándem Doble Triple Doble 225* 50.7* 23.0* * La carga de referencia adoptada por la AASHTO es de aproximadamente 48 kip

39 EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE SEGÚN LA LEY DE LA CUARTA POTENCIA

40 CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO

41 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO CONCEPTO DE LA EQUIVALENCIA DE CARGA El método más utilizado para estimar el tránsito con fines de diseño de pavimentos consiste en convertir las repeticiones esperadas del tránsito real a un número de aplicaciones del eje de referencia normalizado (80 kn) que produciría el mismo deterioro en el pavimento Debido a la reducida magnitud de las cargas por eje de los vehículos livianos, éstas se suelen ignorar en los cómputos de tránsito con fines de diseño de pavimentos

42 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO CONCEPTO DE LA EQUIVALENCIA DE CARGA

43 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO EJES EQUIVALENTES GENERADOS POR DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS (datos U.S.A.)

44 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO FACTOR CAMIÓN Es el parámetro empírico que permite convertir el tránsito real en aplicaciones equivalentes del eje de referencia para diseño de pavimentos asfálticos El factor camión es el número de ejes simples equivalentes de referencia (80 kn) que producirían en el pavimento un daño equivalente al de una pasada de un vehículo comercial promedio El factor camión se puede determinar de manera individual para cada tipo de vehículo comercial o como promedio de todo el flujo de tránsito pesado

45 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO DETERMINACIÓN DEL FACTOR CAMIÓN Se pesan los ejes de los vehículos comerciales que circulen por la vía durante cierto lapso Se tabulan por grupos los valores de carga por eje obtenidos para los diversos sistemas de ejes (espectro de carga) Los valores tabulados son afectados por los factores de equivalencia de carga por eje (FECE), aplicando los factores de AASHTO o empleando la ley de la cuarta potencia, si no se dispone de ellos

46 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO DETERMINACIÓN DEL FACTOR CAMIÓN EJEMPLO DE CÁLCULO

47 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO DETERMINACIÓN DEL FACTOR CAMIÓN EJEMPLO DE CÁLCULO (cont.)

48 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO VALORES DE FACTOR CAMIÓN POR TIPO VEHÍCULO

49 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO COMENTARIOS SOBRE EL FACTOR CAMIÓN El factor camión es un valor cuya magnitud cambia con el tiempo en una determinada carretera, debido a diversos factores: Desarrollo de la industria de fabricación de buses y camiones Modificaciones en los límites de carga legal Cambios en la distribución del parque de vehículos pesados El valor numérico del factor camión está relacionado directamente con la intensidad de la sobrecarga vehicular

50 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO EFECTOS DE LA SOBRECARGA VEHICULAR

51 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO EFECTOS DE LA SOBRECARGA VEHICULAR

52 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO EFECTOS DE LA SOBRECARGA VEHICULAR SOBRE EL USUARIO

53 EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO EFECTOS DE LA SOBRECARGA VEHICULAR SOBRE EL PAVIMENTO

54 CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO CONVERSIÓN DEL TRÁNSITO REAL EN APLICACIONES EQUIVALENTES DEL EJE DE REFERENCIA

55 CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES EN UN AÑO i Este procedimiento se aplica en evaluaciones de tránsito para el diseño de pavimentos asfálticos NESEi Nú Número de aplicaciones de carga del eje de referencia en el carril de diseño en el año i TPDi Tránsito promedio diario en ambas direcciones, durante el año i VC Proporción del TPD que está constituida por vehículos comerciales (en cifras decimales) DD Distribución direccional del tránsito de vehículos comerciales (en cifras decimales) DC Proporción de los vehículos comerciales circulantes en una dirección, que utilizan el carril de diseño (en cifras decimales) FC Factor camión 365 Número de días de un año

56 CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES EN UN AÑO i DISTRIBUCIÓN DIRECCIONAL DEL TRÁNSITO DE VEHÍCULOS COMERCIALES (DD) Generalmente se supone que DD = 0.50 La guía de rehabilitación de pavimentos asfálticos del INVÍAS recomienda emplear DD = 0.55

57 CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES EN UN AÑO i PROPORCIÓN DE LOS VEHÍCULOS COMERCIALES QUE CIRCULAN EN UNA DIRECCIÓN, QUE UTILIZAN EL CARRIL DE DISEÑO (DC)

58 CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES EN UN AÑO i EJEMPLO DE CÁLCULO Datos Carretera de dos carriles Tránsito promedio diario = 1200 vehículos Livianos = 40%; Buses =15%; Camiones 45% Factor camión = 2.40 Solución VC = 15% + 45% = 60% = 0.60 DD = 0.5 (distribución direccional) DC = 1.0 (un carril por dirección) NESE i = 1200*0.6*0.5*1.0*2.40*365 = 315,360 ejes

59 CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO TENDENCIA HISTÓRICA Y PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO

60 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL TRÁNSITO ECUACIONES DE TENDENCIA Si se dispone de información sobre la evolución del tránsito, se calculan los NESE durante los últimos años Se establecen tendencias de crecimiento de tipo matemático y se adopta aquella que presente mejor coeficiente de correlación Las ecuaciones de tendencia más aplicadas para estudiar el tránsito automotor son la exponencial y la lineal recta

61 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL TRÁNSITO ECUACIONES DE TENDENCIA

62 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL TRÁNSITO EJEMPLO DE CÁLCULO Definir las tendencias de crecimiento exponencial y lineal recta para los datos de NESE que presenta la tabla

63 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL TRÁNSITO Solución EJEMPLO DE CÁLCULO Aplicando los procedimientos de la estadística, se obtienen las siguientes ecuaciones de tendencia: Exponencial NESE x = 276,239*(1.061) x (r=0.94) Lineal recta NESE x = 275,074+19,033x (r= 0.95)

64 PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO La proyección del tránsito para el diseño de un pavimento requiere la siguiente información: Año inicial de servicio del pavimento (j) Período de diseño del pavimento Ecuación de crecimiento adoptada A partir de dicha información se estima: NESEj, empleando la ecuación de tendencia con x = j El número acumulado de ejes simples equivalentes de referencia (80 kn) en el carril de diseño durante el período de diseño (N), a partir del año j

65 PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO CÁLCULO DEL TRÁNSITO DE DISEÑO (N) El tránsito acumulado de diseño (N) se determina integrando la ecuación de tendencia de crecimiento del tránsito Si la tendencia elegida es exponencial: N NESE j n (1 i) ln(1 Si la tendencia elegida es recta: N NESE j * n 1 i) m* 2 2 n

66 PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO EJEMPLO DE CÁLCULO DE N Ejemplo 1 Ecuación de crecimiento exponencial NESE x = 276,239*(1.061) x (x = 0 en 2001) Si el pavimento se pone en servicio en 2008 (x = j = 7) NESE j = 276,239*(1.061) 7 = 418,112 ejes equivalentes Periodo de diseño del pavimento = 10 años

67 PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO EJEMPLO DE CÁLCULO DE N Solución del ejemplo 1 Como la ecuación de crecimiento es exponencial N NESE j n (1 i) ln(1 i) 1 10 ( ) 1 N 418,112 5,704, 210 ln ( ) ejes equivalentes

68 PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO EJEMPLO DE CÁLCULO DE N Ejemplo 2 Ecuación de crecimiento lineal recta NESE x = 275, x (x = 0 en 2001) Si el pavimento se pone en servicio en 2008 (x = j = 7) NESE j = 275,074+19,033*7 = 408,305 ejes equivalentes Periodo de diseño del pavimento = 10 años

69 PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO EJEMPLO DE CÁLCULO DE N Solución del ejemplo 2 Como la ecuación de crecimiento es lineal recta N NESE j * n m* 2 2 n 2 19,033*10 N 408,305*10 5,034,700 ejes equivalentes de 80kN 2

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