REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÈCNICA DE LA FUERZAS ARMADAS UNEFA NÙCLEO – GUANARE
CRITERIOS DE DISEÑO.
Profesor:
Bachilleres:
Ing. Gustavo Hernaiz
Cesar Uzcategui Nohemí Rodríguez Albert Rosales Carlos Pacheco Domingo Montilla Juan Velásquez Génesis Chirinos Ing. Civil sección “A”. Semestre VII
Guanare, Mayo de 2014
Introducción
La función de un pavimento es la de proveer una superficie de rodamiento adecuada al tránsito y distribuir las cargas aplicadas por el mismo, sin que se sobrepasen las tensiones admisibles de las distintas capas del pavimento y de los suelos de fundación. Un buen diseño debe cumplir con las condiciones enunciadas precedentemente al menor costo inicial y con un mínimo de conservación durante la vida útil del pavimento. El objetivo del diseño de un pavimento es el de calcular el mínimo espesor necesario de cada una de las capas para que cumplen con las exigencias anteriores, teniendo en cuenta los valores económicos de las mismas para lograr la solución técnico-económica más conveniente.
Criterio de diseño de pavimentos.
En la metodología adoptada, las cargas en la superficie del pavimento producen dos tensiones que, son críticas para propósitos de diseño. Estas son la tensión horizontal, εt, en la parte inferior de la capa más baja de asfalto limitado,
de concreto asfáltico o de emulsión asfáltica tratada, y el esfuerzo vertical de compresión, εc, en la superficies de la capa de la subrasante. Si la tensión horizontal, εt, es excesiva, la capa tratada se agrietará. Si el esfuerzo vertical de compresión, εc, es excesivo, un a deformación permanente
será el resultado en la superficie de la estructura del pavimento por la sobrecarga de la subrasante. La deformación excesiva en las capas tratadas es controlada por los límites en las propiedades de los materiales. Análisis de tránsito.
Para el dimensionamiento de un pavimento es necesario determinar los efectos que las cargas de estos vehículos causarán sobre el pavimento, por lo cual se debe conocer el número y tipo de vehículos que circularán por una vía, así como la intensidad de la carga y la configuración del eje que la aplica. El objeto de este es presentar la metodología para la determinación de los parámetros de tránsito que se requieren para el diseño estructural de los pavimentos en carreteras y autopistas interurbanas. En el país los bienes de producción y consumo se transportan básicamente por carretera. La Norma COVENIN 614 actualizada en el año 1997, establece la siguiente reglamentación en cuanto a cargas máximas:
6.000 kg. en eje simple de 2 cauchos.
13.000 kg. en eje simple de 4 cauchos.
20.000 kg en dos ejes simples consecutivos de 4 cauchos cada uno.
27.000 kg en tres ejes simples consecutivos de 4 cauchos cada uno.
No existe en Venezuela un control de cargas eficiente; lo dispuesto en la Ley y Reglamentos de Tránsito es "letra muerta", y por ello estas disposiciones son violadas constantemente, lo que ha traído como consecuencia el deterioro prematuro de centenares de kilómetros de vías pavimentadas, causando pérdidas apreciables al Patrimonio Nacional. A continuación se presentan una serie de definiciones de términos referentes a los vehículos y cargas que se sirven de una vía, y que serán empleados en los procesos de diseño de pavimentos. Estos términos han sido tomados de la publicación "NORVIAL: Vocabulario Vial", la cual fue editada por el Ministerio de Transporte y Comunicaciones en Mayo de 1977.
Tránsito (Tráfico): Los vehículos de todo tipo, con sus respectivas cargas, considerados aisladamente o en conjunto, mientras utilizan cualquier vía.
Volumen de Tránsito: Número de vehículos que pasan por una sección dada de un canal o vía, durante un período determinado.
Promedio Diario de Tránsito (PDT o TPDA): volumen promedio de tránsito en veinticuatro (24) horas, obtenido al dividir el volumen total durante un determinado tiempo, generalmente un (1) año, por el número de días del mismo período.
Volumen de tránsito Actual: es aquel que circulará por una vía si ella estuviera abierta al tránsito. En el caso de vías existentes, donde se cuenta con datos estadísticos, el tránsito actual se puede obtener proyectando para la fecha en consideración la tendencia de los registros históricos. En el caso de vías que van a ser mejoradas, el tránsito actual estará compuesto por el existente antes de la mejora, más el tránsito atraído de otras vías cercanas por las ventajas que ésta ofrece. En el caso de vías nuevas todo el tránsito será atraído.
Tasa de Crecimiento (TC): Es el incremento anual del volumen de tránsito en una vía, expresado en porcentaje. Se determina en base a los datos de las estaciones de conteo, extrapolando la tendencia de los datos estadísticos.
Proyección de Tránsito: El volumen de tránsito para un año cualquiera se determina empleando la siguiente ecuación: PDTn =
PDTo * (1+ TC) n(E-1)
En donde:
PDTn = Volumen diario de vehículos para el año "n".
PDTo = Volumen diario de vehículos para el año inicial del período considerado.
TC = Tasa de Crecimiento para el período de años en análisis, expresada en forma decimal.
n = Número de años del período considerado.
Composición del Tránsito: es la relación porcentual entre el volumen de
tránsito correspondiente a cada diferente tipo de vehículos, expresado en función del volumen de tránsito total. Vehículos Livianos: son todos los vehículos de dos ejes y cuatro ruedas,
tales como: automóviles, camionetas y camiones de dos ejes con ruedas traseras sencillas. Vehículos Pesados: son todos los autobuses y camiones, con no menos
de seis ruedas y/o tres o más ejes individuales (eje trasero con cuatro ruedas, en el caso de vehículos de dos ejes). Se clasifican de acuerdo a diferentes categorías señaladas en la Tabla 1, donde se indica tanto la nomenclatura que utiliza la Oficina de Planificación del Transporte Terrestre (O.P.T.T) del Ministerio de Infraestructura, como la establecida en la Norma "COVENIN 2402-86. El principal objetivo del estudio es cuantificar los volúmenes actuales de tránsito, con las condiciones presente y pronosticar los volúmenes que serán atraídos y generados como resultado de su rehabilitación y mejoras, también determinar los Niveles de Servicio en que operara esta carretera durante su vida útil.
Obtención de los valores de tránsito para el diseño de pavimentos
Normalmente el Ingeniero Proyectista de pavimentos recibe la información de tránsito que ha sido obtenida y procesada por la OPTT, o por especialistas consultores en esta área de la ingeniería; sin embargo, su responsabilidad es la de procesar adecuadamente tal información, y muchas veces, realizar mediciones en el sitio, con el fin de ajustar o verificar la información recibida. Debido a la importancia de este tema, se considera que en cualquier diseño de pavimentos debe participar un especialista en tráfico, con el fin de que esta variable de diseño, tan importante, o quizás más que la información de suelos y materiales, sea la más ajustada a las expectativas futuras de la facilidad vial. Es la opinión del Autor que en Venezuela no se le ha dado la importancia que realmente tiene la recolección y procesamiento de la información de tránsito para el diseño de pavimentos, y que se debe profundizar en los estudios de esta variable para cada diseño particular. A continuación se describe muy brevemente el proceso empleado en Venezuela para la obtención de la información de tránsito para el diseño de pavimentos: 1. Volumen y tipo de vehículos
a) Sistema de Primera Generación La antigua Oficina de Planeamiento Vial, adscrita al desaparecido Ministerio de Obras Públicas, implementó, desde el año 1963 y hasta el año 1976, un Sistema de Conteos de Tránsito en 1.606 puntos de la red vial nacional de carreteras, mediante el empleo de sistemas mecánicos por detectores neumáticos tales como los que se muestran en las siguientes figuras:
Los sistemas mecánicos por bandas neumáticas presentan la ventaja de su economía, pero su mayor limitación es que no clasifican los tipos de vehículos que sobre ellas circulan, por lo cual sus mediciones siempre deben ser corregidas por observaciones visuales, de tal manera que el n úmero de “ejes registrados” se haga coincidir con los “ejes reales”. Esta corrección se hace a lo largo de un tiempo determinado, y su “factor de corrección” se aplica a toda la medición,
independientemente del tiempo que en que esta haya sido realizada. Cada tipo de estación tiene la siguiente característica: -
Estaciones Permanentes (67 puntos de registro en la red vial):
Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito en forma continua, mediante dispositivos mecánicos (todas las horas del día y todos los días del año). Estas estaciones han sido hoy en día sustituidas por los puntos de peaje. -
Estaciones de Cobertura 1(395 puntos de registro en la red vial): Son
aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas o no, sobre las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos mecánicos en días laborales de 24 horas de duración, cada mes del año. -
Estaciones de Cobertura 5 (1259 puntos de registro en la red vial): Son
aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos mecánicos en días laborales de 24 horas de duración, tres veces al año (una vez cada cuatro meses). -
Estaciones Especiales: Son aquellas localizaciones en carreteras o vías
urbanas, señalizadas o no, sobre las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos mecánicos en días laborales o no, de 24 horas de duración, en cualquier momento. c) Sistemas de segunda generación
Los sistemas de conteo vehicular por medios mecánicos ha sido mejorado gracias al desarrollo de equipos que utilizan diversos sistemas: eléctricos, fotoeléctricos, piezo-eléctricos, de radar, magnéticos, ultrasónicos, infrarrojos, etc.
Desde comienzos de la década de los años 90, cuando se implementa en Venezuela el sistema de las “Concesiones de Mantenimiento”, se han instalado cerca de 62 “Estaciones de Peaje”, en los corredores viales de las troncales y
autopistas, que emplean fundamentalmente los medios piezo-eléctricos o magnéticos para la obtención de la información de tránsito.
Estas estaciones de peaje han venido a reemplazar las “estaciones de conteo permanente” y registran la información diaria, no sol o de número de
vehículos, sino también clasifican los diferentes tipos de vehículos que atraviesan un peaje determinado. Su gran ventaja es que permiten registrar todos y cada uno de los diferentes vehículos que transitan por el punto de medición; en su contra se esgrime el argumento de que presentan un mayor costo de ejecución. c) Conteos visuales
Aun cuando lo ideal es que el conteo vehicular –clasificado o no – se realice mediante el empleo de equipos, en el caso de que esto no sea posible, por razones de tiempo o carencia de recursos, siempre se podrá recurrir al sistema de contar los vehículos mediante la simple observación visual del paso del flujo vehicular. El conteo visual permite no solo determinar el total de vehículos que circulan por el punto d e medición, sino que se obtiene un “conteo clasificado” ya que se contabiliza el número de cada tipo de vehículo que pasa por esa sección durante el tiempo de la medición.
Definición de cargas.
Las cargas estructurales son definidas como la acción directa de una fuerza concentrada o distribuida actuando sobre el elemento estructural y la cual produce estados tensiónales sobre la estructura. Clasificación de las cargas
Según la superficie de acción: Cargas puntuales o concentradas: Son aquellas cargas que actúan en
una superficie muy reducida (5% máximo) con respecto al área total. Ejemplo: Una Columna, un nervio sobre una viga de carga, el anclaje de un
tensor, un puente grúa sobre una vía, entre otros. Cargas distribuidas: Son aquellas cargas que actúan de manera continua
a lo largo de todo el elemento estructural o parte de él. Ejemplo: Peso propio de una losa, presión del agua sobre el fondo de un
deposito, pared sobre la losa, entre otras. Ing. Oswaldo D. Centeno
Según la permanencia: Carga muerta o carga permanente: Son cargas por gravedad de
magnitudes constantes que actúan de manera permanente sobre la estructura. Ejemplo: Peso propio de la losa, paredes, piso, ventanas, aires
acondicionados, entre otros. Carga viva o variable: Son aquellas cargas cuyas magnitudes o posiciones
o ambos aspectos a la vez varían según el uso de la estructura. Para ello la COVENIN, en función a ciertos ensayos, han propuesto unos pesos referenciales para cada tipo de edificación. Ejemplo: Vivienda: 175 kg/m2 Escuelas: 300 kg/m2 aulas y 400 kg/m2 en
corredores Construcciones Deportivas (GRADAS): 500 kg/m2 Carga especiales: Son aquellas cargas dinámicas que varían rápidamente
en el tiempo y en el momento que actúan el estado de movimiento es considerable.
Ejemplo: Sismo, carga de viento, cambios de temperatura, acciones hidráulicas,
entre otras. Cargas equivalentes.
Con el objeto de evaluar el efecto, en un pavimento flexible, de las cargas diferentes a la estándar de 8.2 toneladas, equivalente a una tándem de 14.5 toneladas, se han determinado factores de equivalencia de carga por eje, que se han obtenido a partir de los resultados del AASHTO ROAD TEST. Los resultados obtenidos en el camino de prueba de la AASHTO han permitido determinar que la equivalencia entre cargas diferentes transmitidas al pavimento por el mismo sistema de ruedas y ejes, se expresa como:
Factor de equivalencia de carga =
Dónde: Po = carga estándar P1= carga cuya equivalencia con la estándar se desea calcular. Ejemplo:
Calcular el factor de equivalencia de una carga por eje simple de 15 ton con relación a la estándar de 8.2 ton. Solución:
Factor de equivalencia de carga =
A continuación se reproducen las tablas del Apéndice “D” de la Guía de
Diseño AASHTO- 93, donde se indican LEFs para distintos tipos de ejes, distintos tipos de pavimentos y distintas serviciabilidades finales.
Variables regionales
Las variables regionales son aquellos aspectos característicos de cada región en particular que delimitan la manera en que las carreteras y el tipo de asfalto sean colocados. Y aunque a nivel nacional puede existir un lineamiento que rige el cómo se van a establecer las construcciones y vertido de pavimento regionalmente debe existir algo llamado ordenamientos urbanos que especifican las normativas estructurales de construcción en cada región determinada. Dentro de estas variables podemos encontrar: -
Lluvias, precipitaciones para calcular drenaje y subdrenaje.
-
Cambios de temperatura, ya que en pavimentos rígidos se pueden presentar los fenómenos de expansión, contracción y alabeo, y en pavimentos flexibles afectan la resistencia disminuyéndola.
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Topografía.
-
Índices regionales (Humedad, presión atmosférica).
Conclusión
La aplicación de criterios de sostenibilidad en los pavimentos de carreteras está impulsando el estudio de nuevos conceptos en su diseño para prolongar sustancialmente la vida de los mismos de modo que no aparezcan daños estructurales y que su mantenimiento sólo requiera una renovación periódica de la capa de desgaste o rodadura por requerimientos de seguridad y comodidad (características superficiales). La creciente intensidad de tráfico, especialmente de vehículos pesados, que soportan las carreteras en los países más industrializados exige el diseño de firmes capaces de cumplir las expectativas de incremento de tráfico. Además de las implicaciones económicas que supone la rehabilitación de estas infraestructuras, en el caso de pavimentos que soportan grandes intensidades de tráfico las restricciones al tráfico que implican las reparaciones hacen que el dilatar el periodo en el que éstas sean necesarias se convierta en un criterio crucial en el diseño. Según los criterios convencionales de diseño de firmes, al aumentar las previsiones de intensidad de tráfico la respuesta inmediata es un aumento en el espesor de capas que lo componen.
Bibliografía.
Practica Recomendable para la Construcción de Pavimentos y Bases de Concreto (ACI-316 –74) Instituto Mexicano del Concreto. A.C. 1977 México D.F. Pág. 73, 76,75. Editorial Abeja S.A.
Pavimentos de Concreto para Carreteras. Volumen 1. Proyecto construcción. Primera edición. Instituto Mexicano del Cemento y Concreto A.C.
