25/04/2012
ESTIMACIÓN DEL TRÁNSITO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS CURSO DE PAVIMENTOS PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
ESTUDIO DE TRÁNSITO • En lo posible debe ser siempre realizado por un especialista en el área.
• Se realiza con base en: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫
Conteos vehiculares en la vía Análisis de series históricas Proyecciones de crecimiento económico Analogías con vías de condiciones similares Estudios de origen-destino y de capacidad vial
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ESTUDIO DE TRÁNSITO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS • Para el diseño de pavimentos es fundamental determinar: ▫ El tránsito promedio diario actual (TPDs, TPDm, TPDa) y su composición. ▫ Los factores para proyectar el tránsito futuro (TE, TI=TA+TG, tasas de crecimiento [r], número de ejes y distribución de peso por eje para cada tipo de vehículo comercial). ▫ Factores geométricos y de capacidad de la vía.
Es bastante complicado estimar el tránsito futuro!
DEFINICIONES GENERALES • Eje Sencillo • Eje Tándem • Eje Trídem
En ejes tándem y trídem la distancia entre los centros de las llantas no debe ser mayor a 2 m.
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DEFINICIONES GENERALES • Vehículos livianos Capacidad menor a 5 toneladas
• Vehículos comerciales (B+C) Capacidad mayor a 5 toneladas
DEFINICIONES GENERALES • Tránsito Promedio Diario (TPDS, TPDM y TPDA) • Tránsito Existente • Tránsito Atraído • Tránsito Generado • Tránsito Inducido (TI = TA + TG)
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DEFINICIONES GENERALES • Capacidad (qmáx): Tasa máxima de flujo de una vía • Nivel de servicio (A, B, C, D, E y F): Describe las condiciones de operación de un flujo vehicular y como lo perciben los usuarios.
• Volumen de servicio: Volumen correspondiente a cada nivel de servicio.
CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS Según el Instituto Nacional de Vías (INVIAS):
• A = Vehículos livianos •B = Buses •C = Camiones En Colombia las dimensiones y cargas máximas por eje y tipo de vehículo están establecidos en la Resolución 4100 de 2004
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Resolución 4100 del 28 de diciembre 2004 “Por la cual se adoptan los límites de pesos y dimensiones en los vehículos de transporte terrestre automotor de carga por carretera, para su operación normal en la red vial a nivel nacional”
Resolución 4100 del 28 de diciembre 2004 Peso Bruto Vehicular (PBV)
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Resolución 4100 del 28 de diciembre 2004 Peso Bruto Vehicular (PBV)
CLASIFICACIÓN DE LOS CAMIONES
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO Período de Diseño ≈ Período de Análisis Normalmente se recomienda: • Pavimentos flexibles
Pd = 10 - 15 años
• Pavimentos rígidos
Pd = 20 - 40 años
• Pavimentos articulados
Pd = 10 - 20 años
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Carga Equivalente para Diseño ▫ Cada vehículo causa un deterioro mínimo en las diferentes capas del pavimento y la subrasante
▫ A medida que las repeticiones de carga se acumulan también lo hacen las repeticiones de deterioro. ▫ Diferentes tipos de vehículos y de configuraciones de ejes producen efectos diferentes Distintos niveles de deterioro.
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factor de Equivalencia de Carga por Eje ▫ Eje de referencia AASHTO: 80 kN (8,2 Ton ó 18 Kips)
◦ n≈ 4,0 para pavimentos flexibles “Ley de la Cuarta Potencia” Para pavimentos flexibles con capas hidráulicamente ligadas n>4
◦ n≈ 4,0-4,4 para pavimentos rígidos
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factor de Equivalencia de Carga por Eje ▫ Eje de referencia AASHTO: 80 kN (8,2 Ton ó 18 Kips) ◦ n≈ 4,0 para pavimentos flexibles
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factor de Equivalencia de Carga por Eje ▫ Eje de referencia AASHTO: 80 kN (8,2 Ton ó 18 Kips)
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factor Camión ▫ Número de aplicaciones de ejes sencillos con cargas equivalentes de 8,2 toneladas, correspondientes al paso de un vehículo comercial..
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Obtención de información de cargas por eje y cargas vehiculares
Básculas estáticas Básculas portátiles
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Obtención de información de cargas por eje y cargas vehiculares Básculas de peso en Movimiento (WIM) Weight -In-Motion Miden el efecto de La carga dinámica (más precisas)
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores vehiculares de deterioro obtenidos a partir de algunas “encuestas” realizadas durante los últimos años.
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores camión por dirección en algunas carreteras colombianas (encuestas del año 2000)
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Variabilidad entre los factores vehiculares de deterioro obtenidos en algunos tramos de la red Nacional
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Ejemplo de cálculo del factor camión
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Determinación del número de ejes equivalentes de 80 kN (8,2 toneladas) en el carril de diseño y durante el período de diseño.
A B ( 1 r )n 1 N TPD 365 F .C . 100 100 Ln( 1 r ) TPD A B r n F.C.
= Tránsito promedio diario para el año inicial = Porcentaje estimado de vehículos pesados = Porcentaje vehículos pesados que emplean el carril de diseño = Rata anual del crecimiento del tránsito = Período de diseño = Factor camión
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Conversión del tránsito mixto en aplicaciones equivalentes del eje de referencia
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Conversión del tránsito mixto en aplicaciones equivalentes del eje de referencia
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Tránsito Promedio Diario, TPD
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Tránsito Promedio Diario, TPD
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Proporción de vehículos (Composición vehicular) ▫
▫
comerciales,
VC
Normalmente se obtiene de los conteos anuales INVIAS (Cartilla de Conteos) y de la información disponible de las vías concesionadas con estaciones de peaje. Se debe hacer un análisis estadístico del comportamiento de la serie histórica para poder proyectar con cierto nivel de confianza el tránsito para el período de diseño definido.
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Proporción de vehículos (Composición vehicular)
comerciales,
VC
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Distribución Direccional, DD (Factor direccional) ▫ Debe obtenerse a partir del estudio de tránsito. ▫ Es común pero muchas veces desacertado suponer 50% en cada dirección (50/50).
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Proporción de vehículos comerciales que utiliza el carril de diseño, DC (Factor carril)
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Proporción de vehículos comerciales que utiliza el carril de diseño, DC (Factor Carril)
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Proporción de vehículos comerciales que utiliza el carril de diseño, DC (Factor Carril)
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factor vehicular de deterioro, FC (Factor camión) Factores de daño para el tránsito colombiano Primera fase de la investigación Nacional de Pavimentos
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factor vehicular de deterioro, FC (Factor camión) Factores equivalencia promedio
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factor vehicular de deterioro, FC (Factor camión) Se obtiene ponderando el factor de daño de cada vehículo por su porcentaje respecto al volumen de vehículos comerciales.
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Tasas de crecimiento de los vehículos comerciales
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores de crecimiento de tránsito ▫ Se recomienda hacer un análisis estadístico de regresión con los datos de la serie histórica.
▫ La tendencia actual es calcular el número de ejes para cada año de la serie histórica y proyectarlo. ▫ No es conveniente ni acertado proyectar el TPD de vehículos comerciales y mucho menos el TPD total.
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores de crecimiento de tránsito ▫ Tampoco se recomiendan las proyecciones logarítmicas y potencial. La proyección exponencial no es aconsejable para periodos de diseño o análisis mayores a 5 años. 2800
2600 y = 1227.e0.022x R² = 0.481
2400 2200 2000
y = 34.12x + 1210. R² = 0.461
1800 1600 1400 1200 0
5
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25
30
35
AÑOS
▫ Debe verificarse que los volúmenes futuros no excedan la capacidad de la vía.
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores de crecimiento de tránsito ▫ Si la información disponible no presenta una tendencia definida o un buen ajuste (coeficiente de correlación) estadísticamente pueden eliminarse hasta 3 datos atípicos de una serie de 10 o proporcional para series mayores. 2000
3500
1900
3000
1800
y = -2.575x + 1618. R² = 0.000
2500
1700
y = 34.12x + 1210. R² = 0.461
2000 1600 1500 y = 1503.e0.003x R² = 0.001
1000
y = 1227.e0.022x R² = 0.481
1500 1400
500
1300
0
1200 0
2
4
6
8
10
12
AÑOS
14
16
0
2
4
6
8
10
12
14
16
AÑOS
▫ También pueden hacerse análisis de crecimiento económico, zonas de condiciones de desarrollo similares y series de tiempo.
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores de crecimiento de tránsito Crecimiento exponencial
Crecimiento lineal recto
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores que afectan la precisión de las proyecciones y estimaciones del tránsito 1. Validez de los factores de equivalencia AASHO Medio ambiente frío (incluido ciclo de congelamiento). Grandes espesores de capas asfálticas sobre subrasantes débiles. Ensayos acelerados con gran intensidad de cargas pesadas. Cargas máximas menores a las usuales en países en desarrollo. 133 kN (13,6 t) para ejes simples. 214 kN (21,8 t) para ejes tándem. No circularon ejes trídem. Existen diferencias considerables entre las diversas interpretaciones que se han dado a los resultados del ensayo.
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores que afectan la precisión de las proyecciones y estimaciones del tránsito 1. Validez de los factores de equivalencia AASHO No se identificó el criterio con que fallaban los pavimentos después de cierto número de repeticiones (ahuellamiento o agrietamiento). No existe una ley general de equivalencia de cargas en relación con su poder destructivo sobre los pavimentos. El exponente de equivalencia para los pavimentos de tipo flexible y semiflexible depende tanto del mecanismo de falla escogido (ahuellamiento, agrietamiento o pérdida de serviciabilidad), como de las características de la estructura y de la configuración de los ejes de los vehículos (número de ejes y de ruedas, espaciamiento entre ejes y tipo de neumáticos).
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SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores que afectan la precisión de las proyecciones y estimaciones del tránsito 1. Validez de los factores de equivalencia AASHO Estudios posteriores del Trucking Research Institute (TRI), destinados al reanálisis de los datos del AASHO ROAD TEST, llegaron a concluir que los FECE deben ser mayores que los recomendados por AASHTO cuando las cargas son livianas, y menores que éstos para las cargas más pesadas.
SUPUTACIÓN DEL TRÁNSITO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO • Factores que afectan la precisión de las proyecciones y estimaciones del tránsito 2. Efectos de las condiciones de aplicación de carga
Tránsito canalizado.
Presiones de inflado y de contacto.
La presión de contacto y el factor de equivalencia de carga.
Ejes con neumáticos de banda ancha.
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PRINCIPALES FUENTES DE INFORMACIÓN REQUERIDAS PARA CARACTERIZAR EL TRÁNSITO
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