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DISEÑO DE PAVIMENTOS PROFESOR:GUSTAVO BOADA SEMESTRE: ENERO-MAYO 2019

PROF. GUSTAVO BOADA

CAP. II EL TRÁNSITO 2.1. Tipos de tráfico 2.2. Medición de las cargas de tráfico 2.3. Factor de equivalencia de carga a un eje simple 2.4. Presión de los neumáticos 2.5. Velocidad del camión

PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO

Las cargas que soportan los pavimentos provienen de los diferentes tipos de vehículos (mezclado) que circulan por su superficie durante su vida en servicio, por lo que es necesario realizar un adecuado estudio de tránsito y sus variables de crecimiento que dependen del desarrollo económico de la zona o región a la cual la vía prestará el servicio

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Medición?

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO

Manual

Influencia de la carga de tráfico en el pavimento

Automático

Bucle inductivo

120

100

Sensores piezoelectrico

80 60 40

Tubo de carretera (pulso de aire)

20 0 Carga Livianos

Detectores infrarrojos / radar

Pesados

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO Las cargas del tránsito varían en: •

Su configuración.

•

Su magnitud.

•

Sus repeticiones

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO Configuración: Clasificación de ejes

Si A = 8.16T, entonces es un eje simple Si A = 15.2T, entonces es un eje tandem Si A = 22.0T, entonces es un eje tridem

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO Magnitud:

Acuerdo Ministerial 036 Del 18 de mayo de 2012 MTOP

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO

Efectos

Efectos del tráfico en el pavimento

Tránsito fijo Vehículo fijo

y

Vehículo y tráfico variable

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO Tránsito fijo y Vehículo fijo Si el pavimento está sujeto a llantas-múltiples hay que convertir todas las cargas de llanta-simple-equivalente mediante el factor (ESWL), de tal forma que el método de diseño de llanta-simple sea aplicado

F.E.C (Factor equivalente de carga) = LEF (load equivalency factor) = Factor ESAL (equivalent single-axle load) Daño AASHTO The present serviceability index (PSI)

18,000 libras, W18 8.2 toneladas (80 KN), W8.2

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO Vehículo y tráfico variable Las cargas se dividen por número de grupos, y los esfuerzos, deformaciones unitarias y deflexiones de cada grupo pueden ser evaluadas con el fin de ser empleados en el diseño (Espectro de carga). Este procedimiento es típico de los Métodos de Diseño Mecanicistas, donde la respuesta del pavimento bajo diferentes estados de cargas pueden ser evaluados por medio de programas computacionales.

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO TPDA (Tráfico Promedio Diario Anual) Es el promedio del tránsito total diario (24 horas) que cruza por la sección transversal de una vía durante los 365 días del año. Tiene las siguientes características: • Es un tránsito mezclado. • Es en ambas direcciones.

Este valor puede ser proporcionado por Los Ministerios de Transportes o Fomento. Para camino nuevo, los valores de TPDA de tramos conocidos con características socioeconómicas similares.

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO Vehículo Comercial Vehículo con más de 2 ejes. (Buses, busetas, volquetas y camiones)

Vehículo Liviano Vehículo con 2 ejes simples con sistema de rueda simple.

Carril de diseño Carril en el cual se espera la mayor circulación de cargas de diseño.

Periodo de diseño Lapso que transcurre desde que un pavimento se da al servicio hasta que alcanza su índice de servicio terminal.

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO

F.E.C

Métodos de cálculo del factor equivalente de carga (F.E.C) L.E.F

Factor de equivalencia de carga y carga equivalente de un eje Método alternativo para Factor de equivalencia de carga y carga equivalente de un eje

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO INDICE DE SERCVICIO PRESENTE The present serviceability index (PSI) Capacidad de un pavimento de servir al tránsito que hace uso de él en un instante determinado desde el punto de vista del usuario

PSI Inicial (Po) 4.2 a 4.5

PSI Mínimo (Pt) 2.0 a 3.0

5.0 Muy Bueno 4.0 Bueno 3.0

Regular 2.0 Malo 1.0 Muy Malo 0.0

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO 1.

MÉTODO ALTERNATIVO PARA DETERMINAR EL FACTOR EQUIVALENTE DE CARGAS (LEF)(FEC)

Definición numérica de LEF

Número repeticiones para fatiga por fisuración por carga repetida

Factor equivalente de cargas LEF (FEC)

1/Na: daño debido al paso de ejes 1/Ns: daño debido al paso de ejes estándar

ɛt: es la deformación por tracción en la capa de mezcla de asfalto k1 y k2 : son constantes obtenidas trazando los datos experimentales (log ɛt frente a log Nf)

Ɛta; Wa: deformación y carga para el eje en cuestión Ɛts; Ws: deformación y carga para el eje estándar. PROF. GUSTAVO BOADA

Factor equivalente de cargas LEF (FEC)

k2 [3-6]: 4; 5

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO 1.

MÉTODO ALTERNATIVO PARA DETERMINAR EL FACTOR EQUIVALENTE DE CARGAS (LEF)(FEC)

𝐿𝑠𝑠 𝐹𝑠𝑠 = 6,6

4

Ejes simples Neumático simple

𝐿𝑠𝑑 𝐹𝑠𝑑 = 8,2

4

4

𝐿𝑡𝑟 𝐹𝑡𝑟 = 23

Ejes tandem

Ejes tridem

𝐿𝑡 𝐹𝑡 = 15

Ejes simples Doble neumático

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4

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO 1.

MÉTODO ALTERNATIVO PARA DETERMINAR EL FACTOR EQUIVALENTE DE CARGAS (LEF)(FEC) Proyección del tráfico Buses - Bp5

45

9%

Camiones 2 ejes - 3A

137

26%

Camiones 2 ejes - 4C

160

31%

Camiones 3 ejes - 2S2

100

20%

Camiones 3 ejes - 3S3

70

14%

512

100%

TPDA ini.=

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO

Acuerdo Ministerial 036 Del 18 de mayo de 2012 MTOP

PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO 1.

MÉTODO ALTERNATIVO PARA DETERMINAR EL FACTOR EQUIVALENTE DE CARGAS (LEF)(FEC) Ejes simples

𝐹𝑠𝑠 =

𝐿𝑠𝑠 6,6

4

𝐿𝑠𝑑 Ejes simples Doble neumático 𝐹𝑠𝑑 = 8,2

4

Ejes tandem

𝐹𝑡 =

𝐿𝑡 15

4

Ejes tridem

𝐹𝑡𝑟 =

𝐿𝑡𝑟 23

4

Tipo

Descripción

Tipo de Eje

Carga Ejes (Ton)

Carga Total (Ton)

Porcentaje (%)

F.E.C por Eje

F.E.C por Tipo

Bp - 5

Buses

Simple Simple B

3,9 9,2

13,1

9,00%

0,0110 0,1426

0,1536

3-A

Camión 2 ejes

Simple Tandem

6 20

26

27,00%

0,1844 0,8533

1,0377

4-C

Camión 2 ejes

Simple Tridem

6 24

30

31,00%

0,2117 0,3675

0,5793

Camión 3 ejes

Simple Simple B Tandem

6 12 20

20,00%

0,1366 0,9173 0,6321

1,6860

Camión 3 ejes

Simple Tandem Tridem

6 20 24

14,00%

0,0956 0,4425 0,1660

0,7041

2-S-2

3-S-3

38

50

Factor de Equivalencia FCE : PROF. GUSTAVO BOADA

4,1606

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO 2.

FACTOR EQUIVALENTE DE CARGAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES

Lx es la carga de un solo neumático o de un conjunto de ejes tándem (kips) L2 es el código del eje (1 para el eje simple, y 2 para el eje tándem) SN es el número estructural pt es la capacidad de servicio del terminal β18 es el valor de βx cuando Lx es igual a 18 y L2 es igual a 1 wtx es la carga total aplicada de un tráfico dado wt18 es la carga total aplicada de un solo eje de 18 kip PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO 2.

FACTOR EQUIVALENTE DE CARGAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

Lx es la carga de un solo neumático o de un conjunto de ejes tándem (kips) L2 es el código del eje (1 para el eje simple, y 2 para el eje tándem) SN es el número estructural pt es la capacidad de servicio del terminal β18 es el valor de βx cuando Lx es igual a 18 y L2 es igual a 1 wtx es la carga total aplicada de un tráfico dado wt18 es la carga total aplicada de un solo eje de 18 kip D espesor de la losa de hormigón

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO 2.

FACTOR EQUIVALENTE DE CARGAS EN PAVIMENTOS (AASHTO Apéndice D)

• Vehículo de 2 ejes simples, neumático doble. • Carga total: 10.000 lb. • Pt = 2,5 • SN = 4

LEF(FEC) = 0,102*2 = 0,204

SN: Structural Number, número estructural: resistencia del pavimento en términos de capacidad soporte PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO

1 kip = 453,592 kg. PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO 2.

FACTOR EQUIVALENTE DE CARGAS EN PAVIMENTOS (AASHTO Apéndice D) Se ha obtenido los datos de una estación de pesaje para 165 camiones de 5 ejes, tractor semirremolque.

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO EJES EQUIVALENTES ESAL’s

ESAL´s

Periodo de diseño Crecimiento vehicular Distribución del tránsito Factor equivalente de carga PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO PERIODO DE DISEÑO Pavimentos flexibles: 10 – 20 años Pavimentos rígidos: 20 – 35 años

CRECIMIENTO VEHICULAR

𝑉𝑓 = 𝑉𝑜 1 + 𝑔

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𝑛

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO DISTRIBUCIÓN DEL TRÁNSITO

PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO MÉTODO ALTERNATIVO EJES EQUIVALENTES: ESAL´S *Viene del ejemplo anterior: Presentación No. 17

∗ 𝐿𝑑 TPDAo = 512* TPDAf = 780 n = 10 años Dt = 0,5 FCE = 4,1606

N( 8.2 T ) =

𝑉𝑓 = 𝑉𝑜 1 + 𝑔

𝑛

𝑉𝑓 = 780

4905314,91

Aprox.=>

4,91E+06

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g = 4,3%

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO EJES EQUIVALENTES: ESAL´S Determine la carga para un solo eje equivalente a 18 kip (ESAL). Nota: Para el período de análisis de 20 años y el espesor asumido, D = 9 pulg., Para una carretera interestatal rural de cuatro carriles con tráfico igual en ambas direcciones. Tasa de crecimiento de 2%.

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO EJES EQUIVALENTES: ESAL´S Determine la carga para un solo eje equivalente a 18 kip (ESAL). Nota: Para el período de análisis de 20 años y el espesor asumido, D = 9 pulg., Para una carretera interestatal rural de cuatro carriles con tráfico igual en ambas direcciones. Tasa de crecimiento de 2%. AASHTO recomienda el uso de: D = 9 pulg y pt = 2,5 para escoger los LEF´s de las tablas y diseñar el espesor. • Si el espesor diseñado es diferente del espesor supuesto en más de 1 pulgada, repita el diseño asumiendo un SN diferente y por lo tanto seleccionando un LEF diferente.

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO EJES EQUIVALENTES: ESAL´S Determine la carga para un solo eje equivalente a 18 kip (ESAL). Nota: Para el período de análisis de 20 años y el espesor asumido, D = 9 pulg., Para una carretera interestatal rural de cuatro carriles con tráfico igual en ambas direcciones. Tasa de crecimiento de 2%. AASHTO recomienda el uso de: SN = 5 ; pt = 2,5 para escoger los LEF´s de las tablas y diseñar el espesor. • Si el espesor diseñado es diferente del espesor supuesto en más de 1 pulgada, repita el diseño asumiendo un SN diferente y por lo tanto seleccionando un LEF diferente.

PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO EJES EQUIVALENTES: ESAL´S

Estimación del tráfico de diseño del carril ESAL = 43.772.314 * (0,5) * (0,9) = 19.697.541 Tránsito en 2 direcciones PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO PRESION DE LOS LLANTAS DEL CAMION

• Se supone que la presión de inflado del neumático es igual a la presión de contacto.

• La presión de inflado en caliente podría ser 10% -15% más que la presión fría, y puede variar de 90 a 120 psi, con cargas que varían de 3600 a 6600 lb • Se usa la presión de inflado de los neumáticos, se usa una zona de contacto circular o elíptica.

PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO PRESION DE LOS LLANTAS DEL CAMION • La presión de inflado de los neumáticos controla la tensión de contacto del neumático en el centro del neumático, mientras que la carga determina realmente la tensión de contacto en los bordes del neumático.

• La presión esta en función del estado del neumático

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PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO EFECTO DE LA CARGA Y PRESIÓN DE LOS NEUMÁTICOS • Carga: tensión de tracción en el fondo de las capas de asfalto • Carga: deformación por compresión en la base y la subrasante

• Presión de los neumáticos: tensión de compresión dentro de la capa de asfáltica • Neumático simple vs. simple dual 1:2,4 o 1:4 • Deformación: reducción drástica 0 km / h a una velocidad de 20 km / h

PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO EFECTO DE LA CARGA Y PRESIÓN DE LOS NEUMÁTICOS • Tiempos de carga más cortos resultan en una respuesta más elástica y esfuerzos más bajos, mientras que tiempos de carga más largos dan como resultado una respuesta más viscosa y esfuerzos más grandes. • Módulo dinámico: carga/descarga diferentes tipos de camiones.

de

• Para una mezcla asfáltica: centro de la capa de asfalto, la carga se distribuye uniformemente sobre un área circular con un radio, r, PROF. GUSTAVO BOADA

PAVIMENTO CARACTERIZACIÓN DEL TRÁFICO EFECTO DE LA CARGA Y PRESIÓN DE LOS NEUMÁTICOS

Área de contacto

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Espesor

Radio de contacto

Tiempo de carga

Velocidad del Camión