Estudio Del Efecto de Los Vehiculos Cañeros en El Deterioro

ESTUDIO DEL EFECTO DE LOS VEHÍCULOS VEHÍCULOS CAÑEROS EN EL DETERIORO DEL PAVIMENTO

Ing. Ary Fernando Bustamante Muñoz Magíster Ing.Vias Terrestres Universidad del Cauca [email protected]

Ing. Carlos Alberto Benavides Bastidas Magíster Ing.Vias Terrestres Universidad del Cauca [email protected] Profesores Facultad de Ingeniería Civil Universidad del Cauca

ABSTRACT As part of the inter-administrative agreement no. 315 of 2003, subscribed between the ‘National Institute of Roads- INVIAS” and the ‘ University of Cauca’, this particular study evaluated ‘The action action of the loads of sugarcane trains, on the pavement structures, in two lines roads, located in the the influencing zones of cultivation, crop and sugar cane exploitation.’ In this document the basic theoretical aspects that were considered in the study are initially presented, followed by the characteristics of the sugarcane transporting vehicles, the characteristics of the pavement structures, the calculation of the load equivalence factors of each type of sugarcane vehicle and finally the analysis of all the processed information that establish the final conclusions of the action of these vehicles.

1. RESUMEN Como parte del convenio interadministrativo No. 315 de 2003, suscrito entre el Instituto Nacional de Vías y la Universidad del Cauca”, se realizó el estudio particular de la acción de las cargas de los trenes cañeros, sobre las estructuras estructuras de pavimento, en las vías de dos carriles, localizadas en las zonas de influencia del cultivo, cosecha y explotación de caña de azúcar. En este trabajo se presentan presentan inicialmente los aspectos aspectos teóricos básicos considerados en el estudio, estudio, posteriormente se consignan las características de los vehículos transportadores de caña, las características de las estructuras de pavimento, Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

el cálculo de los factores factores de equivalencia de carga por cada tipo de vehículo cañero y un análisis de toda la información procesada donde se establecen las conclusiones finales de la acción de estos vehículos.

2. ALCANCE DEL ESTUDIO Determinar el efecto destructivo de los vehículos cañeros que transitan por las vías de dos carriles de los departamentos de Cauca, Valle y Risaralda, mediante la determinación determinación de los factores de equivalencia equivalencia de carga y de los factores daño por vehículo cañero, utilizando dos metodologías, con criterios diferentes, la primera basada en los estudios a nivel de campo de la metodología AASHTO y la segunda basada en criterios mecanicistas.

3. METODOLOGÍA DEL ESTUDIO Para la realización del estudio se siguió básicamente la siguiente metodología Recolección de información sobre vehículos típicos de transporte de caña. Determinación de las vías a estudiar. Recolección de información sobre las estructuras típicas típicas de pavimento pavimento de cada vía. vía. Determinación de los métodos para cuantificar el efecto efecto destructivo de los vehículos. Cálculo de los factores de equivalencia equivalencia de carga por eje y de los factores daño de cada vehículo utilizando los diferentes métodos de cálculo. Evaluación y análisis de los resultados. • • • • •

•

4. ASPECTOS TEÓRICOS BÁSICOS CONSIDERADOS EN EL ESTUDIO 4.1 Factor de Equivalencia de Carga Carga (FEC) Es un valor numérico que expresa la relación entre la pérdida de serviciabilidad causada por una carga dada de un tipo de eje y la producida por el eje estándar de 8.2 Toneladas (80 KN ó 18 Kips). Considerando que en los estudios de AASHTO (1), el comportamiento de los pavimentos se determinó con base en la curva que relaciona las variaciones de los índices de capacidad de servicio, con el aumento de las aplicaciones de carga por eje, en forma simplificada el concepto de factor de equivalencia de carga (FEC) se puede expresar mediante la siguiente relación: Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

el cálculo de los factores factores de equivalencia de carga por cada tipo de vehículo cañero y un análisis de toda la información procesada donde se establecen las conclusiones finales de la acción de estos vehículos.

2. ALCANCE DEL ESTUDIO Determinar el efecto destructivo de los vehículos cañeros que transitan por las vías de dos carriles de los departamentos de Cauca, Valle y Risaralda, mediante la determinación determinación de los factores de equivalencia equivalencia de carga y de los factores daño por vehículo cañero, utilizando dos metodologías, con criterios diferentes, la primera basada en los estudios a nivel de campo de la metodología AASHTO y la segunda basada en criterios mecanicistas.

3. METODOLOGÍA DEL ESTUDIO Para la realización del estudio se siguió básicamente la siguiente metodología Recolección de información sobre vehículos típicos de transporte de caña. Determinación de las vías a estudiar. Recolección de información sobre las estructuras típicas típicas de pavimento pavimento de cada vía. vía. Determinación de los métodos para cuantificar el efecto efecto destructivo de los vehículos. Cálculo de los factores de equivalencia equivalencia de carga por eje y de los factores daño de cada vehículo utilizando los diferentes métodos de cálculo. Evaluación y análisis de los resultados. • • • • •

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4. ASPECTOS TEÓRICOS BÁSICOS CONSIDERADOS EN EL ESTUDIO 4.1 Factor de Equivalencia de Carga Carga (FEC) Es un valor numérico que expresa la relación entre la pérdida de serviciabilidad causada por una carga dada de un tipo de eje y la producida por el eje estándar de 8.2 Toneladas (80 KN ó 18 Kips). Considerando que en los estudios de AASHTO (1), el comportamiento de los pavimentos se determinó con base en la curva que relaciona las variaciones de los índices de capacidad de servicio, con el aumento de las aplicaciones de carga por eje, en forma simplificada el concepto de factor de equivalencia de carga (FEC) se puede expresar mediante la siguiente relación: Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

FEC =

Número de Ejes de 8.2 toneladas que producen una pérdida de serviciabilidad --------------------------------------------------------------------------Número de Ejes de X toneladas que producen la misma pérdida de serviciabilidad

4.2 Factor Daño Por Vehículo Comercial (FDV) Es un parámetro que indica el número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas que se originan en una estructura de pavimento por el paso de cada vehículo, el cual se obtiene acumulando los factores de equivalencia de carga de cada uno de los ejes correspondientes a la configuración de cada vehículo FDV = FECi 4.3 Métodos Para Cuantificar los Factores de Equivalencia de Carga por Eje Dentro de este estudio para la determinación de los factores de equivalencia de carga por eje (FEC), se utilizaron básicamente tres métodos, primero el método general de AASHTO, el método simplificado de AASHTO y posteriormente el método mecanicista.

4.3.1 Cuantificación Según Recomendaciones de AASHTO Los FEC del procedimiento AASHTO fueron obtenidos empíricamente a partir de los resultado del ensayo vial, llevado a cabo en Ottawa estado de Illinois entre los años de 1958 y 1960, donde se construyeron numerosas secciones experimentales de pavimentos rígidos y flexibles aplicando cargas de ejes simples de 9 a 134 KN y de 107 a 214 KN para los ejes tandem (1). El deterioro del pavimento fue cuantificado en términos de la pérdida de serviciablilidad, la cual fue correlacionada estadísticamente, con el número de aplicaciones de carga, así como con otros factores como el tipo de eje, el nivel de carga, y la capacidad estructural, lo que permitió definir un procedimiento para la determinación de los FEC entre cualquier carga por eje (simple, tandem o tridem) y la del eje simple de rueda doble de 80 KN o 8.2 toneladas. En pavimentos flexibles, las ecuaciones desarrolladas en el ensayo AASHO que permiten obtener las relaciones entre cualquier carga por eje (simple tandem, tridem) y la del eje simple de 80 KN, se realiza en función de los siguientes parámetros y utilizando las siguientes expresiones (1): Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

FEC =

Número de Ejes de 8.2 toneladas que producen una pérdida de serviciabilidad --------------------------------------------------------------------------Número de Ejes de X toneladas que producen la misma pérdida de serviciabilidad

4.2 Factor Daño Por Vehículo Comercial (FDV) Es un parámetro que indica el número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas que se originan en una estructura de pavimento por el paso de cada vehículo, el cual se obtiene acumulando los factores de equivalencia de carga de cada uno de los ejes correspondientes a la configuración de cada vehículo FDV = FECi 4.3 Métodos Para Cuantificar los Factores de Equivalencia de Carga por Eje Dentro de este estudio para la determinación de los factores de equivalencia de carga por eje (FEC), se utilizaron básicamente tres métodos, primero el método general de AASHTO, el método simplificado de AASHTO y posteriormente el método mecanicista.

4.3.1 Cuantificación Según Recomendaciones de AASHTO Los FEC del procedimiento AASHTO fueron obtenidos empíricamente a partir de los resultado del ensayo vial, llevado a cabo en Ottawa estado de Illinois entre los años de 1958 y 1960, donde se construyeron numerosas secciones experimentales de pavimentos rígidos y flexibles aplicando cargas de ejes simples de 9 a 134 KN y de 107 a 214 KN para los ejes tandem (1). El deterioro del pavimento fue cuantificado en términos de la pérdida de serviciablilidad, la cual fue correlacionada estadísticamente, con el número de aplicaciones de carga, así como con otros factores como el tipo de eje, el nivel de carga, y la capacidad estructural, lo que permitió definir un procedimiento para la determinación de los FEC entre cualquier carga por eje (simple, tandem o tridem) y la del eje simple de rueda doble de 80 KN o 8.2 toneladas. En pavimentos flexibles, las ecuaciones desarrolladas en el ensayo AASHO que permiten obtener las relaciones entre cualquier carga por eje (simple tandem, tridem) y la del eje simple de 80 KN, se realiza en función de los siguientes parámetros y utilizando las siguientes expresiones (1): Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

FEC = WT18 / WT X Log (WTX/ WT18) = 4.79 log (18 + 1) – 4.79 Log ( L X + L2) + 4.33 log (L2) + Gt /B18– Gt / B X Donde : FEC = Factor de Equivalencia de Carga por eje WTX = Número de aplicaciones de carga por eje de magnitud X en un tiempo t WT18 = Número de aplicaciones de carga por eje de magnitud 18 Kips en un tiempo t G = Función representativa de la pérdida de capacidad de servicio Gt = log (( 4.2 – P t) / (4.2 –1.5) Pt = Índice de serviciabilidad final B = Pendiente de la curva de comportamiento Bx= 0.40+ (0.081 ( L X + L 2) 3.23 / (S N+ 1)* L 2 3.23 ) B18 = Valor de BX cuando L X es igual a 18 Kips y L 2e s igual a 1 LX = Magnitud de la carga por eje en Kips L2= Código de la carga por eje (1 para eje simple, 2 para eje Tandem y 3 para eje tridem) SN= Número estructural

4.3.2 Cuantificación Según Método Simplificado de AASHTO (2) Las expresiones simplificadas para el cálculo del factor de equivalencia de carga por eje, recomendadas por AASHTO relacionan las magnitudes de carga con respecto a unas cargas de referencia en cada tipo de eje y esta relación se eleva normalmente a la cuarta Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

FEC = WT18 / WT X Log (WTX/ WT18) = 4.79 log (18 + 1) – 4.79 Log ( L X + L2) + 4.33 log (L2) + Gt /B18– Gt / B X Donde : FEC = Factor de Equivalencia de Carga por eje WTX = Número de aplicaciones de carga por eje de magnitud X en un tiempo t WT18 = Número de aplicaciones de carga por eje de magnitud 18 Kips en un tiempo t G = Función representativa de la pérdida de capacidad de servicio Gt = log (( 4.2 – P t) / (4.2 –1.5) Pt = Índice de serviciabilidad final B = Pendiente de la curva de comportamiento Bx= 0.40+ (0.081 ( L X + L 2) 3.23 / (S N+ 1)* L 2 3.23 ) B18 = Valor de BX cuando L X es igual a 18 Kips y L 2e s igual a 1 LX = Magnitud de la carga por eje en Kips L2= Código de la carga por eje (1 para eje simple, 2 para eje Tandem y 3 para eje tridem) SN= Número estructural

4.3.2 Cuantificación Según Método Simplificado de AASHTO (2) Las expresiones simplificadas para el cálculo del factor de equivalencia de carga por eje, recomendadas por AASHTO relacionan las magnitudes de carga con respecto a unas cargas de referencia en cada tipo de eje y esta relación se eleva normalmente a la cuarta Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

potencia o a una potencia n, que es función del tipo de eje, la magnitud de la carga, el número estructural y la serviciabilidad final. En la tabla No. 1 se presentan las expresiones recomendadas.

TABLA No.1 EXPRESIONES PARA LA ESTIMACIÓN DE LOS FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA. TIPO DE EJE

Simple de Rueda Simple Simple de Rueda Doble

FORMULAS PARA EL CALCULO DEL FACTOR DE EQUIVALENCIA FEC = FEC =

Tandem

FEC =

Tridem

FEC =

Carga del eje (Ton) --------------------------6.6 Ton Carga del eje (Ton) --------------------------8.2 Ton Carga del eje (Ton) --------------------------15 Ton Carga del eje (Ton) --------------------------23 Ton

4

4

4

4

4.3.3 Cuantificación Utilizando Método Mecanicista La determinación del factor de equivalencia de carga para un eje especifico utilizando el método mecánico empírico, está basado en la utilización de un modelo de respuesta estructural, que permita calcular esfuerzos y deformaciones en diferentes puntos de la estructura y en la utilización de unas leyes de fatiga o de comportamiento, para lo cual una vez calculadas las solicitaciones criticas en la estructura del pavimento, se determinan con base en las leyes de fatiga, el número de repeticiones permitidas hasta la falla, tanto para el eje en cuestión y para el eje estándar y de la comparación de este número de repeticiones, se determina el factor de equivalencia de carga mediante la siguiente expresión:

Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

potencia o a una potencia n, que es función del tipo de eje, la magnitud de la carga, el número estructural y la serviciabilidad final. En la tabla No. 1 se presentan las expresiones recomendadas.

TABLA No.1 EXPRESIONES PARA LA ESTIMACIÓN DE LOS FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA. TIPO DE EJE

FORMULAS PARA EL CALCULO DEL FACTOR DE EQUIVALENCIA

Simple de Rueda Simple

FEC =

Simple de Rueda Doble

FEC =

Tandem

FEC = FEC =

Tridem

Carga del eje (Ton) --------------------------6.6 Ton Carga del eje (Ton) --------------------------8.2 Ton Carga del eje (Ton) --------------------------15 Ton Carga del eje (Ton) --------------------------23 Ton

4

4

4

4

4.3.3 Cuantificación Utilizando Método Mecanicista La determinación del factor de equivalencia de carga para un eje especifico utilizando el método mecánico empírico, está basado en la utilización de un modelo de respuesta estructural, que permita calcular esfuerzos y deformaciones en diferentes puntos de la estructura y en la utilización de unas leyes de fatiga o de comportamiento, para lo cual una vez calculadas las solicitaciones criticas en la estructura del pavimento, se determinan con base en las leyes de fatiga, el número de repeticiones permitidas hasta la falla, tanto para el eje en cuestión y para el eje estándar y de la comparación de este número de repeticiones, se determina el factor de equivalencia de carga mediante la siguiente expresión:


FEC =

Número de ejes de 8.2 toneladas que producen la falla --------------------------------------------------------------------------Número de ejes de X toneladas que producen la falla

En este estudio se utilizaron programas de calculo estructural de tipo multicapa elástico lineal, entre ellos: BISAR (4) (Programa desarrollado por la SHELL), EVERSTRS (5) (Desarrollado por el Departamento de Transporte del Estado de Washington) e INPACO (6) desarrollado en la Universidad del Cauca, utilizando la base de cálculo del programa Francés ALIZE. Estos programas permiten calcular esfuerzos, deformaciones y desplazamientos en sistemas elásticos multicapas, inducidos por una o mas cargas circulares uniformes.

4.3.3.1. Leyes De Fatiga o De Comportamiento Una ley de fatiga o de comportamiento establece una relación matemática, entre cierta magnitud de respuesta estructural y el número de repeticiones permitidas hasta la falla o agotamiento de los materiales, tal como lo representa la siguiente ecuación (7): Nf = K * (1/ ) C Donde : Nf = Número de repeticiones de carga admisibles k, C = Coeficientes determinados por experiencias de campo y laboratorio    =Magnitud de la deformación unitaria calculada Normalmente en los pavimentos flexibles se consideran dos mecanismos de deterioro •

•

Fisuración por fatiga de la mezcla asfáltica considerada mediante la deformación horizontal de tracción en el fondo de la capa asfáltica ( r ) Acumulación de deformaciones permanentes considerada mediante la deformación vertical de compresión de la subrasante ( z)

Las principales leyes de fatiga o de comportamiento utilizadas a nivel internacional y consideradas en este estudio son las siguientes. Tabla No.2 (8):


FEC =

Número de ejes de 8.2 toneladas que producen la falla --------------------------------------------------------------------------Número de ejes de X toneladas que producen la falla

En este estudio se utilizaron programas de calculo estructural de tipo multicapa elástico lineal, entre ellos: BISAR (4) (Programa desarrollado por la SHELL), EVERSTRS (5) (Desarrollado por el Departamento de Transporte del Estado de Washington) e INPACO (6) desarrollado en la Universidad del Cauca, utilizando la base de cálculo del programa Francés ALIZE. Estos programas permiten calcular esfuerzos, deformaciones y desplazamientos en sistemas elásticos multicapas, inducidos por una o mas cargas circulares uniformes.

4.3.3.1. Leyes De Fatiga o De Comportamiento Una ley de fatiga o de comportamiento establece una relación matemática, entre cierta magnitud de respuesta estructural y el número de repeticiones permitidas hasta la falla o agotamiento de los materiales, tal como lo representa la siguiente ecuación (7): Nf = K * (1/ ) C Donde : Nf = Número de repeticiones de carga admisibles k, C = Coeficientes determinados por experiencias de campo y laboratorio    =Magnitud de la deformación unitaria calculada Normalmente en los pavimentos flexibles se consideran dos mecanismos de deterioro •

•

Fisuración por fatiga de la mezcla asfáltica considerada mediante la deformación horizontal de tracción en el fondo de la capa asfáltica ( r ) Acumulación de deformaciones permanentes considerada mediante la deformación vertical de compresión de la subrasante ( z)

Las principales leyes de fatiga o de comportamiento utilizadas a nivel internacional y consideradas en este estudio son las siguientes. Tabla No.2 (8):


TABLA No.2 LEYES DE FATIGA O DE COMPORTAMIENTO CRITERIO FISURACION DE CAPA ASFALTICA AHUELLAMIENTO SUBRAS N = f 1 ( t) – f2*(E) -f3 N = f 4 ( z ) -f5 SHELL N =0.0685 ( t) – 5.671 *(E) 2.363 N =1.94*10 - 7 ( z) - 4.0 – 3.291 0.854 INST. ASFALTO N =0.0796 ( t) *(E) N =1.365*10 - 9( z)- 4.477 UNIVERSIDAD DE NOTTINGHAN N =1.13*10 - 6( z)- 3.571 ORGANISMO

5. RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN SOBRE LOS VEHÍCULOS TÍPICOS DE TRANSPORTE DE CAÑA Para la realización de este estudió se consultaron las empresas fabricantes de trenes cañeros IMECOL de Cali, Agroequipos Palomino de la ciudad de Palmira y algunos ingenios participantes, sobre las características geométricas y condiciones de operación de los diferentes vehículos, normalmente utilizados para el transporte de caña, desde los sitios de cosecha hacia a los ingenios o sitios de producción.

5.1 Magnitudes de Cargas Vehiculares Los tipos de vehículos contemplados en el estudio y las magnitudes de carga en las condiciones cargados y vacíos, al igual que la carga neta transportada, se obtuvieron de la información consignada en los planos respectivos de cada vehículo y se verificaron en las mediciones realizadas para los vehículos tipo, en las básculas de los ingenios Cauca y Mayagüez valores que se resumen en la siguiente tabla No.3 (9).

TABLA No.3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE VEHÍCULOS CAÑEROS TÍPICOS (9) NOMENCLATURA C3-S2-R4 C3-S2-R3-R3-R3

PESO BRUTO VEHICULAR ARGADO (Kg) VACIO (Kg) 90100 34100 127900 47900

CARGA NETA Kg. 56000 80000


TABLA No.2 LEYES DE FATIGA O DE COMPORTAMIENTO CRITERIO FISURACION DE CAPA ASFALTICA AHUELLAMIENTO SUBRAS N = f 1 ( t) – f2*(E) -f3 N = f 4 ( z ) -f5 SHELL N =0.0685 ( t) – 5.671 *(E) 2.363 N =1.94*10 - 7 ( z) - 4.0 – 3.291 0.854 INST. ASFALTO N =0.0796 ( t) *(E) N =1.365*10 - 9( z)- 4.477 UNIVERSIDAD DE NOTTINGHAN N =1.13*10 - 6( z)- 3.571 ORGANISMO

5. RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN SOBRE LOS VEHÍCULOS TÍPICOS DE TRANSPORTE DE CAÑA Para la realización de este estudió se consultaron las empresas fabricantes de trenes cañeros IMECOL de Cali, Agroequipos Palomino de la ciudad de Palmira y algunos ingenios participantes, sobre las características geométricas y condiciones de operación de los diferentes vehículos, normalmente utilizados para el transporte de caña, desde los sitios de cosecha hacia a los ingenios o sitios de producción.

5.1 Magnitudes de Cargas Vehiculares Los tipos de vehículos contemplados en el estudio y las magnitudes de carga en las condiciones cargados y vacíos, al igual que la carga neta transportada, se obtuvieron de la información consignada en los planos respectivos de cada vehículo y se verificaron en las mediciones realizadas para los vehículos tipo, en las básculas de los ingenios Cauca y Mayagüez valores que se resumen en la siguiente tabla No.3 (9).

TABLA No.3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE VEHÍCULOS CAÑEROS TÍPICOS (9) NOMENCLATURA C3-S2-R4 C3-S2-R3-R3-R3

PESO BRUTO VEHICULAR ARGADO (Kg) VACIO (Kg) 90100 34100 127900 47900

CARGA NETA Kg. 56000 80000


C3-S1-R2-R2-R2-R2

104500

44500

60000

T3-R3-R3-R3 T2-R3-R3-R3-R3 T3-R3-R3-R3-R3 T2-R2-R2-R2-R2-R2 T2-R3-R3-R3-R3-R3

76576 77722 93052 108068 94198

42776 43722 50752 48068 51698

33800 34000 42300 60000 42500

C2-R3-R3-R3-R3-R3 C2-S2-R2-R2-R2-R2 C2-R2-R2-R2-R2-R2 C3-S2-R3-R3-R3-R3

89500 129000 107000 115200

39500 67000 41000 63200

50000 62000 66000 52000

5.2 Magnitudes de Cargas por Eje de Cada Vehículo La información suministrada de cada vehículo se presenta en forma resumida en la tabla No.4 ., donde se incluyen los tipos y las magnitudes de carga en los respectivos ejes. 5.3 Magnitudes de las Presiones de Inflado de las Llantas Teniendo presente la importancia que tiene la magnitud de la presión de inflado de las llantas por cada tipo de eje, que junto con la magnitud de carga permiten determinar el área de contacto, se recolectó información de campo por tratarse de llantas que operan en condiciones de presión diferentes a las normalmente usadas por los vehículos tradicionales de transporte de carga. Está información fue oportunamente solicitada a los diferentes ingenios por intermedio de ASOCAÑA. Además, se realizaron mediciones de comprobación y registro a los vehículos, que arribaban con caña a las instalaciones de los ingenios Cauca y Mayagüez. En la tabla No.5 se resumen las magnitudes de presión de inflado con las cuales operan las llantas de los diferentes ejes de cada vehículo y en cada tipo de vagón.


C3-S1-R2-R2-R2-R2

104500

44500

60000

T3-R3-R3-R3 T2-R3-R3-R3-R3 T3-R3-R3-R3-R3 T2-R2-R2-R2-R2-R2 T2-R3-R3-R3-R3-R3

76576 77722 93052 108068 94198

42776 43722 50752 48068 51698

33800 34000 42300 60000 42500


89500 129000 107000 115200

39500 67000 41000 63200

50000 62000 66000 52000

5.2 Magnitudes de Cargas por Eje de Cada Vehículo La información suministrada de cada vehículo se presenta en forma resumida en la tabla No.4 ., donde se incluyen los tipos y las magnitudes de carga en los respectivos ejes. 5.3 Magnitudes de las Presiones de Inflado de las Llantas Teniendo presente la importancia que tiene la magnitud de la presión de inflado de las llantas por cada tipo de eje, que junto con la magnitud de carga permiten determinar el área de contacto, se recolectó información de campo por tratarse de llantas que operan en condiciones de presión diferentes a las normalmente usadas por los vehículos tradicionales de transporte de carga. Está información fue oportunamente solicitada a los diferentes ingenios por intermedio de ASOCAÑA. Además, se realizaron mediciones de comprobación y registro a los vehículos, que arribaban con caña a las instalaciones de los ingenios Cauca y Mayagüez. En la tabla No.5 se resumen las magnitudes de presión de inflado con las cuales operan las llantas de los diferentes ejes de cada vehículo y en cada tipo de vagón.


Cuadro No. 4. Magnitudes de las cargas por eje de los vehículos cañeros típicos UNIDAD TRACTORA TIPO DE VEHICULO

EJE DELANT

C3-S1-R2-R2-R2-R2

SRS

T2-R2-R2-R2-R2-R2 T2-R3-R3-R3-R3-R3 T2-R3-R3-R3-R3 C3-S2-R4 T3-R3-R3-R3-R3 C3-S2-R3-R3-R3

REMOLQUE REMOLQUE 1

EJE DOS EJE TRES

TRD

4789 Kg 13836 Kg

T3-R3-R3-R3

SEMIREMOLQUE

~ ~

SRS

SRS

SRS

14046 Kg

65 51Kg

6551 Kg

SRS

SRS

6500

5318

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

SRS

SRS

6500

5318

SRS

SRS

6500

5318

SRS

TRD

6392

20685

EJE 1

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ SRS

SRS

8875 Kg

REMOLQUE 3

REMOLQUE 4

REMOLQUE 5

EJE2

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

SRS

REMOLQUE 2

10810 Kg 10810 Kg

SRS

SRS

SRS

14046 Kg

65 51Kg

6551 Kg

~ ~

~ ~

SRS

TRD

SRS

14758

~ ~

SRS

6302

8670

8670

EJE 1

EJE 2

EJE 3

EJE 1

EJE 2

EJE 3

EJE 1

EJE 2

EJE 3

EJE 1

EJE 2

EJE 3

EJE 1

EJE 2

EJE 3

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

9625 Kg

9625 Kg

9625 Kg

9625 Kg

~ ~

SRS

9625 Kg

~ ~

SRS

9625 Kg

~ ~

9625 Kg

9625 Kg

~ ~ ~ ~ ~ ~

~ ~ ~ ~

~ ~

~ ~ ~ ~ ~ ~

6904 Kg

6904 Kg

~ ~

SRS

SRS

SRS

9625 Kg

~ ~

SRS

9625 Kg

9625 Kg

9625 Kg

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

SRS

SRS

SRS

9625 Kg

~ ~

SRS

9625 Kg

9625 Kg

9625 Kg

~ ~

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

SRS

SRS 2668 Kg

SRS 6904 Kg

SRS 6904 Kg

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

SRS

SRS 10810

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

10963 Kg 9418 Kg

9418 Kg 10963 Kg 9418 Kg

SRS

SRS 2668 Kg SRS

SRS 6904 Kg SRS

9418 Kg 10963 Kg 9418 Kg

SRS 6904 Kg SRS 9418 Kg

7


SRS

SRS 6904 Kg

6904 Kg

10810

SRS

SRS 2668 Kg

SRS

TRD

SRS

SRS

2668 Kg

19778

SRS

SRS

SRS 2668 Kg

~ ~

SRS

SRS 6904 Kg

~ ~


~ ~ SRS 6904 Kg

~ ~

SRS

SRS

9625 Kg

9625 Kg

SRS 2668 Kg

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

SRS

SRS

6904 Kg

6904 Kg

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

Cuadro No. 4. Magnitudes de las cargas por eje de los vehículos cañeros típicos UNIDAD TRACTORA TIPO DE VEHICULO

EJE DELANT

C3-S1-R2-R2-R2-R2

SRS

T2-R2-R2-R2-R2-R2 T2-R3-R3-R3-R3-R3 T2-R3-R3-R3-R3 C3-S2-R4 T3-R3-R3-R3-R3 C3-S2-R3-R3-R3

REMOLQUE REMOLQUE 1

EJE DOS EJE TRES

TRD

4789 Kg 13836 Kg

T3-R3-R3-R3

SEMIREMOLQUE

~ ~

SRS

SRS

SRS

14046 Kg

65 51Kg

6551 Kg

SRS

SRS

6500

5318

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

SRS

SRS

6500

5318

SRS

SRS

6500

5318

SRS

TRD

6392

20685

EJE 1

EJE2

SRS

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

SRS

SRS

8875 Kg

10810 Kg 10810 Kg

SRS

SRS

SRS

14046 Kg

65 51Kg

6551 Kg

~ ~

~ ~

SRS

TRD

SRS

14758

~ ~

SRS

6302

8670

8670

REMOLQUE 2

REMOLQUE 3

REMOLQUE 4

REMOLQUE 5

EJE 1

EJE 2

EJE 3

EJE 1

EJE 2

EJE 3

EJE 1

EJE 2

EJE 3

EJE 1

EJE 2

EJE 3

EJE 1

EJE 2

EJE 3

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

9625 Kg

9625 Kg

9625 Kg

9625 Kg

~ ~

SRS

9625 Kg

~ ~

SRS

9625 Kg

~ ~

9625 Kg

9625 Kg

~ ~ ~ ~ ~ ~

~ ~ ~ ~

~ ~

~ ~ ~ ~ ~ ~

6904 Kg

6904 Kg

~ ~

SRS

SRS

SRS

9625 Kg

~ ~

SRS

9625 Kg

9625 Kg

9625 Kg

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

SRS

SRS

SRS

9625 Kg

~ ~

SRS

9625 Kg

9625 Kg

9625 Kg

~ ~

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

SRS

SRS 2668 Kg

SRS 6904 Kg

SRS 6904 Kg

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

~ ~

SRS

SRS 10810

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

2668 Kg

6904 Kg

6904 Kg

SRS

SRS

SRS

SRS

SRS

10963 Kg 9418 Kg

9418 Kg 10963 Kg 9418 Kg

SRS

SRS 2668 Kg SRS

SRS 6904 Kg SRS

9418 Kg 10963 Kg 9418 Kg


SRS

SRS 6904 Kg

6904 Kg

10810

SRS

SRS 2668 Kg

SRS

TRD

SRS

SRS

2668 Kg

19778

SRS

SRS

SRS 2668 Kg

~ ~

SRS

SRS 6904 Kg

~ ~


~ ~ SRS 6904 Kg

~ ~

SRS

SRS

9625 Kg

9625 Kg

SRS 2668 Kg

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

7


TABLA No.5 RESUMEN DE LAS MAGNITUDES DE PRESIÓN DE INFLADO DE LAS LLANTAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE EJES DE LOS VEHÍCULOS CAÑEROS. Presión VEHICULO EJE Dimensión Diseño Psi Direccional 12 R * 22.5 Normal 90 Tandem dual en C3 12 R * 22.5 Normal 90 C3 – S2 – R4 Tandem dual en R4 12 R * 22.5 Normal 90 Tandem simple en 23.1 * 26 All Weather 40 C3 Tractocañera 36 Rueda 620/75 R 34 R-2 Tracción 20 Tractor T2 Simple simple Direccional 23.1 * 26 All Weather 40 Camión Tractor T3 Tandem simple en 23.1 * 26 All Weather 40 C3 Delantero 1100 * 20 Normal 70 Carretón Trasero eje simple o All Weather 40 eje tandem 23.1 * 26 Tractocañera 36 Simple Rueda All Weather 40 Vagón simple 23.1 * 26 Tractocañera 36 Milenio Simple Rueda All Weather 40

SRS

SRS

6904 Kg

6904 Kg

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

TABLA No.5 RESUMEN DE LAS MAGNITUDES DE PRESIÓN DE INFLADO DE LAS LLANTAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE EJES DE LOS VEHÍCULOS CAÑEROS. Presión VEHICULO EJE Dimensión Diseño Psi Direccional 12 R * 22.5 Normal 90 Tandem dual en C3 12 R * 22.5 Normal 90 C3 – S2 – R4 Tandem dual en R4 12 R * 22.5 Normal 90 Tandem simple en 23.1 * 26 All Weather 40 C3 Tractocañera 36 Rueda 620/75 R 34 R-2 Tracción 20 Tractor T2 Simple simple Direccional 23.1 * 26 All Weather 40 Camión Tractor T3 Tandem simple en 23.1 * 26 All Weather 40 C3 Delantero 1100 * 20 Normal 70 Carretón Trasero eje simple o All Weather 40 eje tandem 23.1 * 26 Tractocañera 36 Simple Rueda All Weather 40 Vagón simple 23.1 * 26 Tractocañera 36 Milenio Simple Rueda All Weather 40 Simple 23.1 * 26 Tractocañera 36 Vagón Transmilenio Tandem Rueda All Weather 40 Simple 23.1 * 26 Tractocañera 36 6. DETERMINACIÓN DE LAS VÍAS A ESTUDIAR Teniendo en cuenta el alcance del estudio, el cual está enfocado básicamente a evaluar el efecto de los vehículos cañeros, sobre las vías de dos carriles, se determinó de la red vial de los departamentos de Cauca, Valle y Risaralda las siguientes vías o tramos utilizadas para el transporte de Caña que cumplían las características geométricas fijadas en el estudio (10). En la tabla No.6 se resumen las vías con sus correspondientes longitudes, consideradas en este estudio. TABLA No. 6. VÍAS EVALUADAS EN EL ESTUDIO

TRAMO

Longitud Km

TRAMO

Longitud Km

Villarrica- Jamundi Villarrica - Puerto Tejada Puerto Tejada - Candelaria Cavasa – Candelaria Candelaria – Crucero Industrl Crucero Industrial - Pradera

16 10 25 6 12

Amaime -Cerrito Cerrito - Guacari Guacarí – Buga Mediacanoa – Buga La Paila – Zarzal

12 6 22 7 8

10

Zarzal - Obando

24


Palma Seca-Crucero Guajira Rozo – Cerrito Candelaria - Palmira Palmira – Amaime TOTAL

28 28 17 8

Ansermanuevo –La virginia Yumbo – Vijes Vijes – Mediacanoa Mediacanoa - Riofrio 337 Kms

21 14 28 35

7. CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS PAVIMENTOS Considerando los parámetros requeridos para la realización del estudio, se recolectó de las vías seleccionadas, la información estructural del pavimento, relacionada con las características de la subrasante, de la estructura inicial y de las correspondientes obras de rehabilitación, que han tenido a lo largo de su tiempo de servicio. Esta información se obtuvo de las seccionales del Instituto Nacional de Vías y de la firma Concesionaria de la Malla Vial de los Departamentos de Cauca y Valle del Cauca (11).

7.1 Número Estructural De la información recopilada de la estructura inicial de pavimento, se consideró conveniente considerar para cada sector los valores de número estructural inicial correspondientes a las condiciones promedio y 85 % percentil. Con base en las anteriores consideraciones, y para facilitar el análisis de la información en cada sector y en cada vía, se agruparon las abscisas con características homogéneas en el valor del número estructural, estableciéndose tres niveles de aporte estructural, en los cuales se clasificaron y se agruparon los sectores analizados en las distintas vías. En la tabla No. 7 se presentan los grupos, con sus rangos y los sectores correspondientes.

TABLA No. 7. NÚMEROS ESTRUCTURALES PROMEDIOS AGRUPADOS PARA LAS DIFERENTES VÍAS Grupo

1

Rango SN Totales

4-6

Vía Villa Rica – Puerto Tejada Puerto Tejada - Candelaria Candelaria - Palmira Amaime - Cerrito Cerrito – Guacari Guacari - Buga Yumbo – Vijes Vijes – Mediacanoa Cencar - Aeropuerto Palmaseca – Roso - El Cerrito Promedio

SN Promedios Prome Percentil dio 85 5.35 4.95 5.00 4.70 5.50 5.00 6.25 5.40 5.70 5.00 6.70 5.70 6.10 5.50 7.00 6.00 5.00 4.60 4.80 4.20 5.74 5.11


2

6-7

3

7-8

Villarrica – Puerto Tejada Palmira - Amaime Palmaseca – Roso - El Cerrito Promedio Guacari - Buga Promedio

7.10 7.20 6.50 6.93 9.00 9.00

6.70 6.20 6.10 6.33 7.65 7.65

Tomando como referencia los anteriores análisis de número estructural se adoptaron para el estudio los valores correspondientes al 85% percentil, determinándose los siguientes tres niveles que se sintetizan en la tabla No.8

TABLA No. 8. NIVELES DE VALORES DE NÚMEROS ESTRUCTURALES GRUPOS

Rango de Valores especificados

1 2 3

4-6 6 -7 7 -8

Rango de valores obtenidos Percentil 85% Rango Valor medio 4.20 – 6.00 5.1 6.10 – 6.70 6.3 7.65 7.6

7.2 Modelos Estructurales de los Pavimentos. Teniendo en cuenta que la determinación del factor de equivalencia de carga por el método mecánico requiere el conocimiento de las características dinámicas y espesores de los diferentes materiales que constituyen la estructura del pavimento y la capa subrasante, se realizó un procesamiento de la información proporcionada por la firma concesionaria de la Malla Vial, correspondiente a la evaluación geotécnica y estructural para obtener los modelos estructurales iniciales que combinados con las características mecánicas y espesores de los materiales de las soluciones de refuerzo ejecutadas, servirán de base, para la evaluación de las cargas de los trenes cañeros sobre estas estructuras de pavimento. Evaluando en forma general la información procesada, se consideró conveniente agrupar en cada vía, sectores que presenten características estructurales similares en cuanto a la información de resistencia de la subrasante, espesores y módulos del pavimento existente y espesores de las capas de refuerzo, obteniéndose 6 grupos de estructuras típicas las cuales se presentan en la tabla No. 9 con sus correspondientes características mecánicas.


TABLA No.9. MODELOS ESTRUCTURALES TÍPICOS SELECCIONADOS ESTRUCTURA EXISTENTE GRUPO DE ESTRUCTURAS TIPICAS

Modulo de la Subrasante 2

Kg/cm

Modulo Pavimento 2

Kg/cm

REFUERZO Espesor Total Pavimento (cm)

BASE

CARPETA

H (cm)

Modulo

H (cm)

Modulo

40

23

5000

10

10000

4938

59

40

4938

10

10000

4670

3759

40.5

13

10000

1366

5096

3334

67

11

10000

1584

1004

11172

7249

65.5

8

10000

1737

1007

21732

13195

62

8

10000

Promedio

Percentil 85

Promedio

Percentil 85

1

1281

982

3711

2635

2

1148

915

6546

3

1358

1092

4

1917

5 6

2

Kg/cm

2

Kg/cm

8. CÁLCULO DE FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Y FACTOR DAÑO VEHICULAR SEGÚN MÉTODO AASHTO Utilizando los algoritmos y expresiones establecidas por el método AASHTO, inicialmente se determinaron los factores de equivalencia de carga por eje y de acuerdo a la configuración de los vehículos, se determinó el factor daño vehicular, para cada grupo de número estructural (5.1, 6.3 y 7.6) y para niveles de serviciabilidad final (Pt 2.5 y 2.0), información que se presenta sintetizada en la tabla No.9 Por presentarse ejes con magnitudes de carga, presiones de inflado y espaciamiento longitudinal de llantas, diferentes a las normalmente utilizadas por los vehículos que transportan cargas en la mayoría de la red vial del país, se contempló en el análisis dos condiciones de cargas agrupada y aislada para el cálculo de los FEC de los ejes dobles o tandem. La condición agrupada de carga considera en forma conjunta la acción de los ejes que configuran un tandem de rueda simple, en cambio la condición aislada considera el efecto del anterior eje, como la acción de dos ejes simples consecutivos, actuando independientemente sobre el pavimento.

9. CÁLCULO DE LOS FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Y FACTOR DAÑO VEHICULAR SEGÚN MÉTODO AASHTO SIMPLIFICADO Considerando las magnitudes de carga por eje de cada vehículo de la tabla No.4 y las expresiones de calculo del método simplificado presentadas en la tabla No.1, para un valor del exponente n igual a la cuarta potencia, se calcularon inicialmente los factores de equivalencia de carga por eje y posteriormente integrando la acción de los diferentes ejes se determinó el factor daño por cada vehículo cañero. En la tabla No.9 se presentan los valores de factor daño, de cada tipo de vehículo analizado, para las dos condiciones de cargas, para ejes aislados y ejes agrupados. De los resultados obtenidos y consignados en la tabla No. 9, se puede concluir que los dos procedimientos sugeridos por AASHTO, conducen prácticamente a valores muy similares en la Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

mayoría de los vehículos, presentando mayor concordancia entre los dos métodos con los valores calculados para una serviciabilidad final de 2.5, y además que para una serviciabilidad final de 2.0, los valores del procedimiento AASHTO detallado son ligeramente mayores.

TABLA No.10 COMPARACIÓN DE LOS FACTORES DAÑO POR VEHÍCULO OBTENIDOS POR LAS INVESTIGACIONES AASHTO RESUMEN FACTORES DAÑO POR VEHICULO METODO AASTHO TIPO DE VEHICULO

C3-S2-R4

SERVICIABILIDAD FINAL SERVICIABILIDAD FINAL

METODO AASTHO SIMPLIFICADO

CARGAS CARGAS CARGAS CARGAS CARGAS CARGAS AISLADAS AGRUPADAS AISLADAS AGRUPADAS AISLADAS AGRUPADAS 21

15.7

22.1

16.5

20.8

16.2

C3-S2-R3-R3-R3

24.5

18.7

25.5

19.5

24.3

20.6

C3-S1-R2-R2-R2-R2

17.8

17.6

17.6

T3-R3-R3-R3

12.7

11.5

14.1

12.9

12.5

11.4

T2-R3-R3-R3-R3

4.3

3.2

4.2

3.3

4.7

3.6

T3-R3-R3-R3-R3

13.6

12.2

15

13.6

13.6

12.2

19.6

1 9.6

18.3

T2-R2-R2-R2-R2-R2

20

20.6

T2-R3-R3-R3-R3-R3

5.3

3.9

5.1

3.8

5.7

4.3

C2-R3-R3-R3-R3-R3

5.1

3.8

5.1

3.7

6.3

4.8

C2-S2-R2-R2-R2-R2

18.6

17.8

19.1

18.3

18.7

17.9

C2-R2-R2-R2-R2-R2

20

20.1

20.1

C3-S2-R3-R3-R3-R3

7.2

7.6

5.8

20.6 5.2

7.1

5.1

10. CÁLCULO DE FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE Y FACTOR DAÑO VEHICULAR SEGÚN MÉTODO MECANICISTA 10.1 Descripción del procedimiento de cálculo utilizado. Partiendo que el procedimiento mecanicista, para determinar los Factores de Equivalencia de Carga (FEC) por eje, está basado en la relación de la deformación unitaria de tracción en la fibra inferior de la carpeta o de la deformación unitaria vertical de compresión en la subrasante para una carga determinada, versus las magnitudes de las anteriores deformaciones, calculadas bajo la acción del eje estándar o de referencia. (80 KN, 18 Kips o 8.2 Toneladas), se resumen los pasos seguidos en la determinación de los factores daño de los trenes cañeros. 1. Para evaluar la acción destructiva de los diversos tipos de vehículos cañeros en las estructuras de pavimento, se determinaron las magnitudes de carga por eje y por llanta para cada eje del vehículo


2. En cada vehículo para los respectivos ejes, se determinaron las coordenadas superficiales de las cargas por llanta, su magnitud, presión de contacto y radio de área de carga 3. En forma similar, para la carga estándar de 8.2 ton o 80 KN, se determinaron las coordenadas superficiales de las cargas por llanta, su magnitud, presión de contacto y radio de área de carga 4. Para cada grupo de estructuras típicas de pavimento, se determinaron sus espesores y características dinámicas, mediante los valores de módulos y relaciones de Poisson de cada una de las capas de los modelos estructurales 5. Bajo la acción de los diferentes ejes de cada vehículo, en cada estructura, se determinaron las coordenadas tridimensionales, de todos los puntos de evaluación de esfuerzos y deformaciones, que permitan determinar los sitios críticos de control. Esta evaluación también se realizó bajo la acción del eje de referencia. 6. Con la ayuda de los programas elásticos anteriormente citados, y con la información de las estructuras y de las cargas, se realizó el calculo de esfuerzos y deformaciones en los diferentes puntos de control, información que sirvió para la obtención de las solicitaciones criticas. 7. Utilizando las leyes de fatiga o de comportamiento seleccionadas en el estudio, para controlar el agrietamiento de la capa de rodadura y el ahuellamiento de la subrasante, se determinaron por cada criterio los factores de equivalencia de carga por eje, comparando el número de repeticiones admisibles del eje estándar y el correspondiente número de repeticiones de cada uno de los ejes de los diferentes vehículos. 8. Finalmente acumulando el efecto de los factores de equivalencia de carga por eje, se determinó el factor daño de cada vehículo. Es importante anotar que esta metodología, implicó combinar en forma factorial, la acción de los diferentes vehículos sobre las seis estructuras típicas determinadas para este a nálisis.

10.2 Valores de Factor daño obtenidos por el método mecanicista Siguiendo el procedimiento anteriormente consignado, se obtuvieron en los diferentes modelos estructurales, los valores de factor daño vehicular, para las dos condiciones de cargas, para ejes aislados y ejes agrupados, en donde se puede apreciar que el efecto de agrupar las cargas, origina reducción en los valores de factor daño de cada vehículo entre 10 y 33%, por la cual para el análisis final, teniendo en cuenta la configuración de los trenes cañeros se tomará como referencia de estos cálculos, los valores más críticos de factor daño correspondientes a la condición de ejes aislados. Tabla No.11


TABLA No. 11 FACTORES DAÑO DE LOS TRENES CAÑEROS UTILIZANDO EL MÉTODO MECANICISTA

TIPO DE VEHÍCULO

C3-S2-R4 C3-S2-R3-R3-R3 C3-S1-R2-R2-R2-R2 T3-R3-R3-R3 T2-R3-R3-R3-R3 T3-R3-R3-R3-R3 T2-R2-R2-R2-R2-R2 T2-R3-R3-R3-R3-R3 C2-R3-R3-R3-R3-R3 C2-S2-R2-R2-R2-R2 C2-R2-R2-R2-R2-R2 C3-S2-R3-R3-R3-R3

VALORES DE FACTOR DAÑO POR VEHÍCULO CARGAS AGRUPADAS CARGAS CARGAS % de Reducción AISLADAS AGRUPADAS del valor del factor daño 20.12 13.89 31% 24.82 19.86 20% 19.77 19.77 11.54 10 13% 5.31 3.61 32% 16.13 14.27 12% 20.54 20.54 6.50 4.37 33% 6.72 19.52 20.75 8.59

4.59 18.54 20.75 6.02

32% 5.0% 30%

11. ANÁLISIS GENERAL DE LOS RESULTADOS Como resultado de este estudio se consignan los siguientes análisis:

11.1 Valores de factores daño obtenidos por las diferentes metodologías 11.1.1. Comparando los valores de factor daño determinados en cada vehículo, por las diferentes metodologías, se puede establecer que existe gran correspondencia entre los resultados de los métodos general y simplificado de AASHO, y además utilizando el método mecánico se obtiene valores muy similares 11.1.2. Como era de esperarse, al determinar los factores daño de los trenes cañeros, los valores finalmente adoptados presentados en la tabla No.12 superan los obtenidos en los vehículos convencionales de transporte de carga, obteniéndose en la mayoría de los casos, factores en un rango entre 14.1 y 25.5. y solamente dos vehículos presentan valores bajos en un rango de 4.7 a 6.5 similares a los que puede originar el paso de una tractomula circulando con las cargas máximas legales permitidas.

11.2. Determinación del Daño por tonelada neta transportada. Teniendo presente que la determinación de los factores daño por cada vehículo, tiene directa relación con las magnitudes de carga, el número de ejes y las configuraciones de los diferentes Centro de Convenciones Kualamaná – Melgar / Tolima – Marzo 9 al 13 de 2005

ejes, su efecto no se puede aislar de otras variables tales como: las magnitudes de carga neta que transportan, las longitudes totales de cada tren cañero que afectan la seguridad vial y de los análisis económicos de transporte y explotación de la industria de la caña de azúcar, razón por la cual considerando para cada vehículo los valores de factores daño más críticos obtenidos por los diferentes métodos de análisis, se realizó el cálculo del daño por tonelada neta transportada, en el cual se puede evidenciar la verdadera incidencia de cada vehículo sobre las estructuras de pavimento, que sumado a las evaluaciones económicas de operación vehicular podrán alentar o desestimular la selección de los vehículos más recomendables para el transporte de caña de azúcar.

TABLA No.12 FACTORES DAÑO FINALES ADOPTADOS PARA LOS DIFERENTES VEHÍCULOS VEHICULO

FACTOR DAÑO AASHO METODO SIMPLIFICAD MECANICISTA 20.8 20.1 24.3 24.8 17.6 19.8 12.5 11.5 4.7 5.3 13.6 16.1 19.6 20.5 5.7 6.5

C3-S2-R4 C3-S2-R3-R3-R3 C3-S1-R2-R2-R2-R2 T3-R3-R3-R3 T2-R3-R3-R3-R3 T3-R3-R3-R3-R3 T2-R2-R2-R2-R2-R2 T2-R3-R3-R3-R3-R3

METODO AASHO 22.1 25.5 18.3 14.1 4.2 15.0 20.6 5.1


5.1 19.1 20.6 7.1

6.3 18.7 20.1 7.6

6.7 19.5 20.8 8.6

C3-S2 C3-S3

8.4 6.7

8.4 6.5

-

Este análisis de daño por tonelada neta transportada, se presenta resumido en la tabla No.13, en la cual se puede observar y concluir que en general la mayoría de los vehículos cañeros producen un daño por tonelada neta entre 0.12 y 0.42, correspondiendo los menores valores a los vehículos T2-R3-R3-R3-R3-R3 y T2-R3-R3-R3-R3 y el mayor valor el vehículo T3-R3-R3R3. Los vehículos T3-R3-R3-R3 y T3-R3-R3-R3-R3 son unos vehículos que presentan valores altos de daño por tonelada neta comprendidos entre 0.35 a 0.42,


11.3. Incidencia de cada vagón en un tren cañero Con el fin de evaluar la verdadera incidencia de cada tipo de remolque en los trenes halados por tractor (T2) o por camión (C2), se realizó un análisis de su longitud y de factor daño sobre el pavimento, obteniéndose que cada tren si tiene incidencia, porque incrementa la longitud en un rango de 9.36 – 11.37m considerando los vagones mas utilizados actualmente y además incrementa el factor daño en los trenes en un valor comprendido entre 3.8 y 6.67 para los remolques milenio y transmilenio respectivamente. Este análisis se resume en la tabla No.14

TABLA No. 13. VALORES DE LOS FACTORES DAÑO POR TONELADA PARA LOS DIFERENTES VEHÍCULOS RESUMEN FACTORES DAÑO POR TONELADA FACTORES DAÑO POR CARGA TONELADA LON CARGA TIPO DE NETA METODO METODO G TOTAL METODO VEHICULO TRANSPORT AASTHO AASTHO (m) (Ton) MECANI ADA (Ton) SERVIC SIMPLIFIC CO FINAL 2.0 ADO C3-S2-R4 32.69 90.10 56.0 0.40 0.37 0.36 C3-S2-R3-R3-R3 48.45 127.90 80.0 0.32 0.30 0.31 C3-S1-R2-R250.10 104.50 60.0 0.31 0.29 0.33 R2-R2 T3-R3-R3-R3 39.18 76.58 33.8 0.42 0.37 0.34 T2-R3-R3-R3-R3 45.16 77.72 34.0 0.12 0.14 0.16 T3-R3-R3-R3-R3 48.67 93.05 42.3 0.35 0.32 0.38 T2-R2-R2-R253.97 108.07 60.0 0.34 0.33 0.34 R2-R2 T2-R3-R3-R354.66 94.20 42.5 0.12 0.13 0.15 R3-R3 C2-R3-R3-R3R3-R3 C2-S2-R2-R2R2-R2 C2-R2-R2-R2R2-R2 C3-S2-R3-R3R3-R3

TIPO DE VEHICULO

52.50 89.50

50.0

0.10

0.13

0.13

56.90 129.00

62.0

0.30

0.30

0.31

52.50 107.00

66.0

0.31

0.30

0.31

56.90 115.20

52.0

0.14

0.15

0.17

CARGA TOTAL

CARGA NETA

FACTORES DAÑO POR TONELADA


(Ton) TRANSPOR TADA (Ton) 48 28 52 30

C3-S2 C3-S3

Estudio

INP

INVIAS

0.30 0.22

0.16 0.16

0.13 0.16

TABLA No 14. ANÁLISIS GENERAL DE LOS REMOLQUES UTILIZADOS POR LOS TRENES CAÑEROS. TIPO DE REMOLQUE CARETON MILENIO TRANSMILENI O

LONGITUD m Vagón Acople 7.84 7.50 9.50

1.65 1.86 1.87

FACTOR DAÑO POR REMOLQUE

CARGA NETA Ton

1.03 3.80 6.67

8.5 12.0 20.0

FACTOR DAÑO POR TONELADA TRANSPOTADA 0.12 0.32 0.33

12. CONCLUSION FINAL Los anteriores análisis permiten concluir que la circulación de los trenes cañeros que transportan grandes volúmenes de cargas y la distribuyen sobre un mayor numero de ejes, no ocasionan un efecto destructivo demasiado elevado sobre las estructuras de pavimento, siendo más crítico su incidencia en la seguridad vial por las longitudes tan altas de los vehículos. Lo anterior no significa que se deba despreciar su efecto sobre el pavimento, antes por el contrario se debe tener muy en cuenta en la etapas de diseño, operación y mantenimiento de las vías, contabilizando con un mejor nivel de precisión su participación real en los volúmenes de transito, para lo cual considerando que existen diferentes tipos de vehículos cañeros con diferentes valores de factor daño se sugiere en los estudios de conteos periódicos clasificar independientemente la participación de cada tren cañero.

13. BIBLIOGRAFÍA 1. Raúl Valle Rodas. El experimento Vial AASHTO 1971. 2. Murgueitio Valencia Alfonso, Benavides Bastidas Carlos Alberto. Estudio de los factores daño de los vehículos que circulan por las carreteras Colombianas. XI Simposio Colombiano sobre Ingeniería de Pavimentos. 1997. 3. Yoder, E.J. and Witczak, M. W. Principles of pavement desing – 2 ed- New York: Jhon willey, 1975. 4. Shell International petroleum Company Limited, Bisar 3 .0 Program. London 1998. 5. WSDOT Washinton State Departament of Transportation. Everstress 5.0. A Layered Elastic Analysis Program. 6. Universidad del Cauca. Manual para el manejo del programa Depav. Popayán 1992.


7. CEDEX Centro de Estudios Experimentales de Obras Públicas. Estudio sobre leyes de Fatiga de Mezclas bituminosas. Dirección General de Carreteras, Madrid 1987. 8. Yang H Huang. Pavement Analysis and Desing. Prentice Hall. Inc. 1993. 9. Planos IMECOL S.A. Planos de los diferentes trenes cañeros. 10. AASTHO. American Association of state Highwoy and Transportation officials, the AASHTO Interim Guide for desing of pavement Structures. 11.Concesionaria de la Malla Vial de los Departamentos de Cauca y Valle del Cauca. 12. AASHTO. Guide for Design of Pavement Structures 1993. Pubished by the American Association of State Highway and Transportation officials. 1993. 13. Shell Pavement Desing Manual. Asphalt pavements and Overlays for road Traffic. Shell International petroleum Company Limited, London 1978. 14. Tesis: Universidad del Cauca. Tesis de Grado. Determinación de Módulos Dinámicos y leyes de fatiga de Concretos Asfálticos. Carlos Alberto Benavides y Eugenio Chavarro. 1992.


Estudio Del Efecto de Los Vehiculos Cañeros en El Deterioro

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