Estudio de Tráfico para el diseñode Pavimentos Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos TRANSITO VEHICULAR Como el tránsito es el factor más importante para el diseño del pavimentos, su estudio debería incluir tanto LA CONFIGURACIÓN, MAGNITUD DE CARGA y NÚMERO DE REPETICIONES DE CARGA. Por consiguiente para el análisis del volumen y carga del tránsito existen 3 procedimientos para considerar los efectos, los vehículos y el tráfico en el diseño de pavimentos. 1.- Tráfico fijo. 2.- Vehículo fijo. 3.- Tráfico y vehículo variable. Estudio de Tráfico para el diseño 1.- TRAFICO FIJO.- de Pavimentos En el tráfico fijo, el espesor del pavimento es gobernado por una carga de rueda simple, y el número de repeticiones no es considerado como una variable. Si el pavimento está sujeto a múltiples ruedas, ellos deben ser convertidos a una carga de rueda simple equivalente, por lo tanto el método de diseño basado en una rueda simple puede ser aplicado. Este método ha sido usado más frecuentemente para pavimentos de aeropuertos o pavimentos de autopistas con cargas de ruedas pesadas pero con volumen de tráfico ligero. Usualmente la carga de rueda más pesada es usada para el propósito de diseño. Aunque este método es raramente utilizado en la actualidad para el diseño de pavimentos, el concepto de convertir cargas de ruedas múltiples a carga de rueda simple es importante. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos 2.- VEHICULO FIJO.- En el procedimiento de vehículo fijo el espesor del pavimento es gobernado por el número de repeticiones de un vehículo estándar o carga de eje estándar, usualmente de 18000 lbs. (8.2 Tn) de carga de eje simple. Si la carga de eje no es de 8.2 Tn. O consiste en eje tándem o tridem , debe ser convertido a una carga de eje simple de 8.2 Tn. mediante un FACTOR DE CARGA DE EJE EQUIVALENTE. El número de repeticiones debajo de cada eje de carga simple o múltiple, debe ser multiplicado por dicho FACTOR, para obtener el efecto equivalente basado en 8.2 Tn. de carga de eje simple. Debido a la gran variedad de cargas de eje y volúmenes de tránsito y sus efectos problemáticos sobre el comportamiento del pavimento, la gran mayoría de métodos de diseño en uso en la actualidad están basados sobre el concepto de vehículo fijo. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos 3.- VEHICULO Y TRAFICO VARIABLE En el procedimiento de vehículo y tráfico variable, el tráfico y el vehículo son considerados individualmente, por lo tanto no hay necesidad para asignar un factor equivalente para cada carga de eje. Este procedimiento es más conveniente para los métodos mecánicos de diseño donde la respuesta del pavimento debajo de diferentes cargas puede ser evaluado utilizando un computador. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Definiciones: Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Definiciones: Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Volumen de tránsito Se define como el número de vehículos que pasan por un punto o un carril durante una unidad de tiempo. Sus unidades son vehículos/día; vehículos/hora, etc. Índice Medio Diario, IMD Es el promedio del número de vehículos que pasan por un punto durante un período de tiempo. Según el período de análisis para medir el volumen, podrá ser índice medio diario anual, IMDA, índice medio diario mensual (IMDM) o índice medio diario semanal (IMDS). Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Por ejemplo, de un aforo realizado durante una semana se obtuvieron los siguientes resultados: Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Reglamento Nacional de Vehículos El D.S.Nº034-2001-MTC titulado “Reglamento Nacional de Vehículos”, reglamenta entre otras cosas los pesos y dimensiones máximas de los vehículos para transporte terrestre. Peso Vehicular El peso máximo por eje independiente o grupos de ejes permitidos a los vehículos para su circulación por las vías de nuestro país, es el siguiente: Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Período de diseño El pavimento puede ser diseñado para soportar el efecto acumulativo del tránsito durante cualquier período de tiempo. El período seleccionado en años, para el cual se diseña el pavimento, se denomina período de diseño. Al final de este período puede esperarse que el pavimento requiera trabajos de rehabilitación, para devolverle a la vía un adecuado nivel de transitabilidad. Carril de diseño Para calles y carreteras de dos carriles, el carril de diseño puede ser cualquiera de los dos, mientras que para calles y carreteras de carriles múltiples, generalmente es el carril externo. Bajo ciertas condiciones, es probable que haya mayor tránsito de camiones en un sentido que en otro. En muchos sitios los camiones circulan cargados en un sentido y vacíos en otro. Las recomendaciones del Instituto del Asfalto y la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), son: Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Crecimiento de Transito El crecimiento del transito puede estimarse mediante el factor de crecimiento: Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Crecimiento de Transito Otra alternativa es utilizar la tasa de crecimiento tomando en cuenta factores económicos de la región: Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Estimación del ESAL El tránsito proveniente del conteo vehicular debe ser dividido para el carril de diseño. El volumen de tránsito del carril de diseño, se convierte a un determinado número de ESAL, que es equivalent single axle load, que es el parámetro usado en el diseño de la estructura del pavimento. El ESAL es un eje estándar compuesto por un eje sencillo con dos ruedas en los extremos. El ESAL pesa 18,000 lb ó 8.2 tn ó 80 kN, y se considera que ejerce un efecto dañino sobre el pavimento como 1. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Factor de Eje Equivalente de Carga EALF Con el objeto de evaluar el efecto dañino, en un pavimento flexible o rígido, de las cargas diferentes a un eje estándar, se han considerado factores de equivalencia de carga por eje, EALF. Estos valores se obtuvieron a partir de los resultados experimentales de la AASHO Road Test. Los resultados obtenidos han permitido determinar que la equivalencia entre cargas diferentes transmitidas al pavimento por el mismo sistema de ruedas y ejes. El EALF depende del tipo de pavimento, capacidad estructural o espesor , y las condiciones terminales en las que el pavimento se considerará que ha fallado Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos EALF para pavimentos flexibles Wtx = numero de aplicaciones de carga del eje x al final del tiempo t Wt18 = numero de aplicaciones de carga del eje simple de 18-kip en el tiempo t Lx = es la carga en kip de un eje simple , un grupo de ejes tandem o un grupo de ejes tridem. L2 = código de eje (1 para ejes simples, 2 para ejes tandem y 3 para ejes tridem) SN = numero estructural del pavimento. Pt = es el índice de servicio final del pavimento. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos EALF para pavimentos flexibles, SN = 5 y pt = 2.5 Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos EALF para pavimentos rígidos Wtx = numero de aplicaciones de carga del eje x al final del tiempo t Wt18 = numero de aplicaciones de carga del eje simple de 18-kip en el tiempo t Lx = es la carga en kip de un eje simple , un grupo de ejes tandem o un grupo de ejes tridem. L2 = código de eje (1 para ejes simples, 2 para ejes tandem y 3 para ejes tridem) D = espesor de la losa. Pt = es el índice de servicio final del pavimento. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Factor Camión, FC Se entiende por factor camión al número de aplicaciones de ejes estándar de 18 kip, correspondiente al paso de un vehículo. El factor camión se puede obtener por pesaje. El peso es un método costoso para proyectos pequeños; por lo tanto, cuando se deba efectuar el diseño para un tramo de vía en la cual no se tengan datos sobre el pesaje quedan dos alternativas: a) asumir el F.C. conocido de una vía cuyas características sean similares. b) Estimar el F.C. por algún método empírico. Se puede emplear el D.S. Nº034-2001-MTC del 25 de julio del 2001, página 207449 de El Peruano. En el capítulo VIII de la mencionada norma se publican las dimensiones y pesos por eje de vehículos pesados. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Ejemplo 1: Determinar el F.C. de un camión C2. considerando un SN de 5 y un pt de 2.5 Solución: El camión C2 tiene un eje delantero simple con rueda simple de 7 tn y un eje posterior simple con ruedas dobles de 11 tn. Para calcular el daño producido por cada eje, debemos convertir el peso en toneladas a kN ó lb. Aproximadamente 7 y 11 tn equivalen a 68 y 107 kN. Con estos valores se ingresa a la tabla 6.1 y se calculan los factores equivalentes de carga para cada eje. De la interpolación se obtuvo que los FEC son 0.53 y 3.03 respectivamente. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Ejemplo 2: Determinar el F.C. de un camión T2S3. considerando un SN de 5 y un pt de 2.5 Solución: Este trailer con semi remolque tiene un eje tridem en el eje posterior (en el semi remolque) y dos ejes simples en la parte del motor, el eje central tiene ruedas duales y el delantero ruedas simples, los pesos son los que se muestran en la figura. 25 toneladas equivale a aproximadamente 244 KN, El EALF de este eje tridem es 1.77. El EALF del eje simple 3.03 (problema 1), con estos valores el factor camion para un T2S3 es de 5.33. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Determinación del Número de Ejes Equivalentes en el Carril de Diseño para el Período de Diseño. Una vez determinado el número acumulado de vehículos que transitarán en el carril de diseño y durante el período de diseño, es posible convertir ésta cantidad de vehículos a ejes simples equivalentes de 8.2 tn. mediante el factor camión. El ESAL es el siguiente: ESAL = Σ(Nº vehiculos×FCvehiculo ) Ejemplo 1: Para el diseño de una calle se realizó el conteo vehicular, obteniéndose que el Índice Medio Diario, IMD, es de 40 veh/día, de los cuales el 10% son volquetes de 2 ejes tipo C2. determinar el ESAL de diseño para 20 años, si el diseño geométrico considera 2 carriles en cada sentido. Tasa de crecimiento de 3.5%. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos Solución: Según el Instituto del Asfalto el carril de diseño transportará el 45% del promedio de vehículos diarios. Esto es 45%(40 veh/día)=18 veh/día. Según AASHTO consideraremos que en cada sentido circula el 50% del IMD, esto es 20 veh/día. En el carril de diseño se trasladará el 80% del total de vehículos que van en una dirección, esto es 80%(20 veh/día)=16 veh/día. Como se observa ambos resultados son similares. Para este ejemplo asumiremos 18 veh/día como el tránsito en el carril de diseño. De los cuales el 10% son camiones C2; por lo tanto, 1.8 son C2 y 16.2 son vehículos ligeros. A continuación se muestra una tabla en la que se resumen los cálculos para determinar el ESAL de diseño. Estudio de Tráfico para el diseño de Pavimentos El ESAL de 66,161.38 corresponde al ESAL en el carril de diseño para un periodo de 20 años. La formula empleada para el calculo del factor de crecimiento es la recomendada por el instituto del asfalto, sin embargo, se puede utilizar una que represente de mejor manera el crecimiento vehicular. Para fines prácticos se ha considerado que la tasa de crecimiento vehicular es de 3.5%, pero como es sabido las diferentes unidades que componen el parque automotor no tienen la misma tasa de crecimiento, este valor deberá ser estimado individualmente.