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ESTUDIO DEL TRANSITO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS
CARGAS Y VOLUMEN DE TRAFICO
EL VEHÍCULO Y SU INFLUENCIA EN LA VIA L a función básica de la vía es servir al transito, por tanto, esta debe de tener condiciones que le permita la circulación del vehículo con la máxima seguridad, economía y eficacia; para ello debe de satisfacer condiciones técnicas tales como:
Probablemente la variable mas importante en el diseño de una vía es el transito, pues , si bien el volumen y dimensiones de los vehículos influyen en su diseño geométrico, el numero y peso de los ejes de estos son factores determinantes en el diseño de la estructura del pavimento.
CLASIFICACIÓN POR TIPO DE VEHÍCULO Expresa en porcentaje la participación que le corresponde en el IMD a las diferentes categorías de vehículos, debiendo diferenciarse por lo menos las siguientes:
Un buen trazo en planta y perfil y una sección transversal apropiada de manera que le permita al vehículo salvar económicamente sus pendientes y pasar sus curvas con una seguridad completa.
Vehículos Ligeros: Automóviles, Camionetas hasta 1,500 Kgs.
La superficie de la carretera deberá tener la resistencia apropiada para no deteriorarse bajo la acción de los vehículos.
Camiones: Unidad Simple para Transporte de Carga.
Todo esto obliga a estudiar el vehículo en dos aspectos. De su condición en marcha: Es la que determina la que el trazado y las secciones de la carretera debe de cumplir. De sus acción sobre el pavimento: que servirá para fijar las condiciones de resistencia de la estructura del pavimento.
Usuario de la vía El conjunto de los diferentes vehículos y los peatones constituyen el trafico que la vía va a servir. El vehículo automotor constituye el usuario fundamental de la carretera. Desde el punto de vista del proyecto dela carretera, tiene importancia las siguientes características de los vehiculos: Dimensión de los diferentes tipos de vehículo: Por el espacio que ocupan, el ancho del vehículo adoptado incide en el ancho del carril de las bermas y de los Ramales, la distancia entre los ejes influyen en el ancho y los radios mínimos internos y externos de los carriles en los ramales Su manejabilidad: Radios de giro mínimo para que puedan inscribirse las curvas. Su peso: Por la acción destructiva , la relación de peso bruto total/potencia guarda relación con el valor de pendiente admisible e incide en la determinación de la necesidad de una vía adicional parasubida y, para los efectos de la capacidad, en la equivalencia en vehículos ligeros.
Transporte Colectivo: Buses Rurales e Interurbanos. Semirremolques y Remolques: Unidad Compuesta para Transporte de Carga. Según sea la función del camino la composición del tránsito variará en forma importante de una a otra vía. En países en vías de desarrollo la composición porcentual de los distintos tipos de vehículos suele ser variable en el tiempo.
DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE – AASHTO El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado durante 2 años en el Estado de Illinois. A partir de los deterioros que experimentan representar las relaciones deterioro - solicitación para todas las condiciones ensayadas. Los modelos matemáticos respectivos también requieren de una calibración para las condiciones locales del área donde se pretenden aplicar.
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Se realizaron 6 circuitos de prueba, todos eran tramos de dos carriles y tenían la
ROAD TEST DE ASSHO (1958 – 1960)
mitad del tramo en pavimento de concreto y la otra en pavimento flexible.
• Último
El Circuito 1 se dejo sin cargas para evaluar el impacto del Medio Ambiente en
los pavimentos. El Circuito 2 se utilizó con aplicaciones de cargas de camiones ligero. En los Circuitos de 3 al 6 se realizaron aplicaciones de carga con camiones pesados. Los circuitos 5 y 6 tuvieron idénticas configuraciones y combinaciones de carga.
gran ensayo realizado en EEUU • Introdujo el concepto de serviciabilidad como medida de calidad de servicio al usuario • Se estudiaron pavimentos rígidos y flexibles • Se dedujeron ecuaciones en base a relaciones empíricas de estados de solicitación
ESQUEMA DE PISTAS DE PRUEBA AASHO ROAD TEST
AASHO Road Test
Picture from: Highway Research Board Special Report 61A-G
Picture from: Highway Research Board Special Report 61A-G
OBJETIVOS DEL ROAD TEST DE AASHO • Determinar relaciones entre repeticiones de carga y espesores
requeridos
• Determinar el efecto del peso de los vehículos en puentes • Estudio de bases granulares y estabilizadas • Mantener la sección de estudio en buenas condiciones lo
máximo posible
• Desarrollar instrumentos, procedimientos de ensayo, datos,
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES EN RL ROAD TEST AASHO • Pavimentos flexibles: • • •
Subrasante A-6 (limo/arcilla), CBR entre 2 y 4 % Subbase, mezcla arena y grava, CBR ente 28 y 51 % Base, piedra chancada, CBR 100.0 % en promedio Carpeta, HMA mezcla densa, asfalto PEN 85 - 100
• Pavimentos Rígidos: • Cemento Tipo I • Resistencia a los 14 días: f´c= 3500 psi (245 Kg/cm2) y S´c: 550 (39 Kg/cm2) • Tamaño máximo: 1.5 – 2.5 pulgadas
tablas, gráficos y fórmulas
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SECCIONES TÍPICAS EN EL ROAD TEST AASHO
CARGAS DE TRÁFICO EN EL ROAD TEST ASSHO • Inicio en Nov. 1958
• Pavimentos flexibles:
• Loops 3-6:
• Carpeta, entre 1 – 6 pulgadas
6 veh/carril 10 veh/carril (Ene 1960) • Operación: • 18 hr. 40 min. • 6 días/semana • Total Carga • 1,114,000 Aplicaciones • EAL Promedio: 6.2 millones • Máximo EAL: 10 millones (Flexible) •
• Subbase, entre 0 y 16 pulgadas
•
• Base, entre 0 y 9 pulgadas
• Rígidos: • Espesor de losa: entre 2.5 y 12.5 pulgadas • Subbase, entre 0 y 9 pulgadas • Todas las secciones contaban con barras de transferencia de carga (dowels) de tamaños variados
AASHO Road Test
Trucks
TRAFICO EN EL ROAD TEST AASHO Eje simple máximo
Eje Tandem máximo Picture from: Highway Research Board Special Report 61A-G
La Serviciabilidad La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una calificación para pavimento intransitable y 5 (cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una medida subjetiva de la calificación del pavimento, sin embargo la tendencia es poder definirla con parámetros medibles como los son: el índice de perfil, índice de rugosidad internacional, coeficiente de fricción, distancias de frenado, visibilidad, etc.
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ECUACIÓN DE DISEÑO PARA PAVIMENTO FLEXIBLE 1986-93
El modelo de ecuación de diseño está basado en la pérdida del índice de servicialidad (ΔPSI) durante la vida de servicio del pavimento; siendo éste un parámetro que representa las bondades de la superficie de rodadura para circular sobre ella.
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FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJES
factor de distribución por carril (DL)
n ESAL= ESAL0 . 365 . Dd . Dl . { 1+ r - 1}
r
Donde: ESALo = Repeticiones del eje de carga equivalente actual. Dd = Factor de distribución direccional, por lo general se considera 0.5 Dl = Factor de distribución de carril. r = tasa de crecimiento anual n = Periodo de diseño
Fuente : AASHTO
ESAL = W18 = Equivalent Single Axle Load = Cantidad pronosticada de repeticiones del eje de carga equivalente de 18 kips (8,16 t = 80 kN) para el periodo analizado. El factor equivalente de carga EALF (Equivalent Axle Load Factor). Se define
como el daño al pavimento causado por cualquier carga y que se hace corresponder al daño introducido por un numero de pasadas de la carga estandar de diseño eje simple de 18,000 libras SAL (Single Axle load). El diseño de los pavimentos se basa en el numero total de pasadas de la
carga de estándar de diseño, la sumatoria se denomina ESAL (Equivalent Single Axle load). m
ESALo= Σ Fi. Ni i=1
El factor equivalente de carga usado depende de las condiciones del pavimento tales como: servicio Terminal (Pt) y coeficiente estructural (SN).
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Capacidad máxima permisible
Los tipos de ejes legalmente reconocidos son: Eje simple : un único eje Eje tándem: grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor de dos metros Eje tridem: grupo de tres ejes sucesivos y equidistantes cuya distancia entre centros es menor de 2.00 metros
SIMPLE
TÁNDEM DUAL
TRÍDEM DUAL TÁNDEM DUAL
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2. Solicitaciones
Configuración de vehículo C2 (eje delantero sencillo y trasero dual)
10’
TRÍDEM
11 TON
7 TON
Configuración de vehículo C3 (eje delantero sencillo y traseros duales)
10’ 7 TON
10’
4’ 18 TON
Configuración de vehículo T3-S2 (eje delantero sencillo y traseros duales en el tractocamión y ejes duales en el semiremolque)
7 TON
18 TON
Configuración de vehículo C4 (eje delantero sencillo y traseros duales)
18 TON
7 TON
4’
4’
25 TON
Configuración de vehículo T3-S3 (eje delantero sencillo y traseros duales en el tractocamión y ejes duales en el semiremolque)
25 TON
18 TON
7 TON
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Configuración de vehículo C2 (eje delantero sencillo y trasero dual)
Configuración de vehículo T3-S2 (eje delantero sencillo y traseros duales en el tractocamión y ejes duales en el semiremolque)
10’ 11 TON
7 TON 0.516 ESAL
2.89 ESAL
+
7 TON =
3.406 ESAL
Calcular el eje equivalente ESAL de una carretera con las siguientes características. Doble via Índice medio diário IMD = 1,328 vpd Tasa de crecimiento medio anual, g = 4% Periodo de diseño, t = 15 años
% COMPOSICION
18 TON 2.03 ESAL
+
=
4.576 ESAL
W18 = ESAL SN (asumido) = 4,0 ; Pt = 2.50 Tipo de vehículo
B2
C2
B2
C3
C4
T3-S2
TOTAL
c3 120 9.04 %
720 54.22 %
360 27.10 %
80 6.02 %
Estabilidad Marshall (E.T.G. – MOP) = 1000 libras CBR BASE = 60% EBS = 27000 psi CBRSUB BASE = 25% ESB = 14000 psi CBRSUB RASANTE = 2% MR = 3000 psi
48 3.62 %
1328 100 %
Ejes de carga (Ton)
(1)
c2
CANTIDAD
2.03 ESAL
RESOLUCION:
EJEMPLO:
TIPO DE VEHICULO
18 TON
0.516 ESAL +
c4 T3-S2
7.0 11.0 7.0 11.0 7.0 18.0 7.0 25.0 7.0 18.0 18.0
ESALo = 4,181.59
Ejes de carga (kips)
% composición
Factor de equivalencia
Repeticiones diarias
Ejes equivalentes
(2)
(3)
(4)
(5)=ADTx(3)
(6)=(5)x(4)
15 24 15 24 15 40 15 55 15 40 40
9.04% 9.04% 54.22% 54.22% 27.10% 27.10% 6.02% 6.02% 3.62% 3.62% 3.62%
0.5165 2.8900 0.5165 2.8900 0.5165 2.0300 0.5165 1.7800 0.5165 2.0300 2.0300
120 120 720 720 360 360 80 80 48 48 48 TOTAL
61.98 346.80 371.88 2,080.80 185.94 730.80 41.32 142.40 24.79 97.44 97.44 4,181.59
Extraer factor equivalente de carga para pavimentos flexibles, Pt=2.50
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RESOLUCION: W18 = ESAL SN (asumido) = 4,0 ; Pt = 2.50 ESALo = 4,181.59 Calculamos las ejes por año w18 = ESAL0 x 365 = 4,181.59 x 365 = 1’526,280.35 Afectamos por el factor de direccion y de carril W18 = Dd x Dl x w18 = 0.50 x 1.00 x 1’526,280.35 = 763,140.175 Calculamos los ejes equivalentes al año horizonte
W18 = 763,140.175 { W18 =
1+ 0.04 ^15-1
}/0.04 = 15’280,804.174
ESAL = 15’280,804.174 = 15.28 x 106
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