Metodologa para la Estimacin de los Ejes Equivalentes de Diseo

Para la determinacin de los Ejes Equivalentes de diseo, se debe seguir el procedimiento descrito a continuacin._ Definir el perodo de diseo. El perodo de diseo utilizado es 5 o 10 aos_ Estimar el nmero de vehculos pesados que transitan por el camino en un sentido (buses, camiones de 2 ejes y camiones de ms de 2 ejes). Para la estimacin de este valor es posible realizar una o ms de las siguientes acciones: Conteo de los vehculos pesados en ambos sentidos durante 12 horas en horario diurno. Aplicacin de coeficientes estacionales en funcin del perodo durante el cual se realiz el conteo. Generalmente se recomienda realizar el conteo en una semana hbil normal, preferentemente mircoles y excepcionalmente martes y jueves, sin embargo es posible que el camino local tenga otro da que resulte ms representativo para el conteo por lo cual esta medicin queda sujeta a las recomendaciones locales. Obtener una estimacin analizando otros caminos cercanos al proyecto en estudio, los cuales estn incluidos en el censo de trfico y que estn emplazados en una zona con el mismo uso de tierra de tal forma de concluir que poseen similar distribucin vehicular y por lo tanto de vehculos pesados. Realizar encuestas origen destino en el mismo camino. Definir la tasa de crecimiento de los vehculos. La metodologa permite definir dos tasas de crecimiento, 4 y 7%. La eleccin de una u otra depende de quin realiza el anlisis, sin embargo se recomienda la utilizacin de la tasa de 4% salvo en el caso en que se puede afirmar con seguridad que el cambio de estndar del camino producir un trnsito generado significativo. Definir el tipo de estratigrafa de carga que poseen los vehculos pesados que transitan (o transitarn) por el camino en estudio. La vinculacin del camino analizado a una de las dos clases de caminos definidos, permite asignarle una estratigrafa de carga representativa. La gua define dos tipos de estratigrafa de carga, una para caminos de trnsito liviano (Eliv) y otra para caminos de trnsito pesado (Epes). Una vez definidas cada una de las variables, con los vehculos pesados por sentido se ingresa por el eje de las abscisas al diagrama de la Figura 4a y 4b. Se selecciona la recta correspondiente al perodo de diseo, tasa de crecimiento y tipo de estratigrafa de carga, y se obtiene en el eje de las ordenadas los EEq de diseo.

Figura 4a: Estimacin Ejes Equivalentes de Diseo. Estratigrafa Liviana

Figura 4b: Estimacin Ejes Equivalentes de Diseo. Estratigrafa Pesada

Rangos de Ejes Equivalentes de DiseoLos rangos de solicitaciones de trnsito definidos para la gua y expresados en EjesEquivalentes acumulados se muestran en el siguiente cuadro.

Rangos de Solicitaciones de Trnsito

SOLICITACIONES DE TRNSITO X SENTIDO

RangoEjes Equivalentes x 1000

T00 150

T1150 - 300

T2300 500

T3500 700

T4700 1000

La utilizacin de los rangos de ejes equivalentes propuestos permite compensar errores menores que se pudieran cometer en la estimacin de los datos.

Factor numrico que relaciona el nmero de aplicaciones de las cargas por eje de referencia que produce en el pavimento un determinado deterioro y el nmero requerido de aplicaciones de otra carga por eje para producir el mismo deterioroEl deterioro se mide en trminos de la prdida de ndice de servicio presente.

Teniendo como base el Trnsito Promedio Diario del proyecto se procede a realizar los correspondientes clculos para hallar el nmero de ejes equivalentes para cada uno de los periodos de diseo, de 3, 5, 7, 10, 15 y 20 aos. Para determinar el nmero de ejes equivalentes acumulados para el diseo del pavimento, es necesario transformar el trnsito promedio diario segn su composicin y factores de dao. Todos los datos se calcularn para la calzada y debern multiplicarse por FC para llevarlo al carril del diseo.Para el clculo del nmero de ejes equivalentes de 8.2 toneladas por ao se utiliza la siguiente expresin:Nmero de ejes equivalentes = TPDS X 365 das X FD X FCDonde:TPDS = Corresponde al Trnsito Promedio Diario Semanal.FD = Corresponde al Factor de Dao, y establecido por la siguiente tabla:VEHCULOS COMERCIALESFACTOR DAO

CG1.00*

BUS1.00

AL2.40*

TM3.95*

C2-P1.14

C2-G3.44

C33.76

C46.73

C54.40

>C54.72

Para los factores de dao del alimentador y el articulado de transmilenio se hace referencia al peso de cada vehculo de la siguiente manera.El articulado pesa del orden de 5 ton eje direccional, 8 ton eje intermedio y 10.5 en el eje trasero y con estos valores el Factor Dao para 8.2 toneladas sera aproximadamente 3.95.El alimentador pesa del orden de 5 ton eje direccional, 9.5 en el eje trasero y con estos valores el Factor de Dao para 8.2 toneladas sera aproximadamente 2.40.FC corresponde al factor del carril de diseo, para calzadas unidireccionales de dos carriles el factor utilizado es de 0.90 y para calzada de tres carriles se utiliza 0.75.

Es la cantidad pronosticada de repeticiones del eje decargaequivalente de 18 kips (8,16 t = 80 kN) para un periodo determinado, utilizamos estacargaequivalente por efectos de clculo ya que eltransitoest compuesto por vehculos de diferente peso ynumerode ejes. Los ejes equivalentes se los denominara ESAL "equivalent simple axial load".Se calcula para el carril de diseo utilizando la siguiente ecuacin:

Donde:piPorcentaje del total de repeticiones para el i-simo grupo de vehculos o cargas.FiFactor de equivalencia decargapor eje, del i-simo grupo de eje decarga(Tablas).PPromedio de ejes por camin pesado.TPDTrnsito promedio diario.FCFactor de crecimiento para un perodo de diseo en aos.FdFactor direccional.FCFactor de distribucin por carril.

EJEMPLO

Perodo de Diseo = 20 aosTasa de Crecimiento anual = 2%

Pt= 2.5Fd= 0.5FC= 0.8SN= 4"

TIPO DE VEHCULOCarga por eje (Kips)Tipo de EjeVolumen de Trfico DiarioFactor de CrecimientoTrnsito de DiseoFactor de Camin TFN de ESALs

Automviles, vagonetas, otros livianos.4Simple85024.375390750.695201962

Microbuses, camin pequeo10Simple44024.339025800.692692780

Bus y camin mediano16Simple26024.323060700.691591188

Bus grande34Tandem23024.320399850.691407590

Camin Semiremolque36Tandem24024.321286800.691468789

Camin Semiremolque48Tridem19624.317384220.691199511

TOTALES221613561820

ESAL's de Diseo = 135618200,50,8 = 5424728

En la siguientetablase muestran los espesores mnimos para carpetas asflticas y bases granulares, sugeridos en funcin del trnsito.

Espesores Mnimos, en pulgadas, en Funcin de los Ejes Equivalentes

Trnsito (ESAL's) en Ejes EquivalentesCarpetas de Concreto AsflticoBases Granulares

Menos de 50,0001.0 T.S.4.0

50,001 150,0002.04.0

150,001 500,0002.54.0

500,001 2'000,0003.06.0

2'000,001 7'000,0003.56.0

Mayor de 7'000,0004,06,0

T.S. =Tratamientosuperficial

Factor de distribucin por carril

En una carretera de dos carriles, uno en cada direccin, el carril de diseo es uno de ellos, por lo tanto el factor de distribucin por carril es 100%. Para autopistas multicarriles el carril de diseo es el carril exterior y el factor de distribucin depende del nmero de carriles en cada direccin que tenga laautopista. En latablasiguiente se muestran los valores utilizados por la AASHTO:

Factor De Distribucin Por Carril.

No. carriles en cada direccinPorcentaje de ejes simples equivalentes de 18 kips en el carril de diseo (FC)

1100

280 100

360 80

4 ms50 75

Cualquier modelo estructural para el diseo de pavimentos acepta que cada carga aplicada sobre los mismos, considerada individualmente, ejerce un determinado grado de deterioro no recuperable. Este deterioro es acumulativo durante la vida de la seccin, y cuando alcanza un valor determinado se considera que el pavimento ha alcanzado el final de su vida de servicio, es decir, que est agotado estructuralmente.Evidentemente, por tanto, el dimensionamiento de un pavimento requiere la cuantificacin de las cargas que solicitarn la seccin durante el periodo de diseo de la misma. Esta evaluacin del trfico, dejando a un lado la basada en la contabilizacin y prognosis del nmero de vehculos pesados que circularn por la seccin (que en trminos generales se puede decir que es insuficiente), se puede llevar a cabo bsicamente de dos formas:a) Mediante la consideracin de un eje equivalente de referencia y la determinacin del trfico equivalente de proyecto. Este mtodo, basado en los resultados del ensayo AASHO y en estudios posteriores, consiste en la conversin de las cargas transmitidas por las diferentes configuraciones de los vehculos pesados a una carga tipo equivalente.b) A travs del espectro de cargas (o silueta del trfico pesado). Este mtodo clasifica las cargas de acuerdo a su magnitud y a la configuracin de los ejes que las transmiten, sin transformarlas en ninguna clase de carga equivalente.Si bien ambos mtodos requieren como punto de partida los mismos datos, recogidos en campaas de aforo y pesaje dinmico, el primero supone un procesado de los mismos ms sencillo, pero el segundo ofrece una mayor precisin en la definicin y caracterizacin del trfico pesado.

PROCEDIMIENTO MEDIANTE EL EMPLEO DEL EJE EQUIVALENTE DE REFERENCIAEl mtodo ms habitual para la caracterizacin del trfico pesado es la conversin de las diferentes cargas y configuraciones de ejes en una carga de referencia. Esta carga de referencia se establece a partir de las regulaciones existentes sobre masas de los vehculos pesados y presiones de inflado de los neumticos.En el caso de Espaa, con algunas excepciones para autobuses urbanos e interurbanos, no se permite la circulacin de vehculos con masas por eje simple superiores a 11,5 t (en el caso de eje motor) o de 10,0 t en el caso de eje no motor. Dado que hasta la entrada en vigor del Reglamento General del ao 1998, que fija las regulaciones indicadas, la masa mxima autorizada por eje simple en Espaa haba sido de 13 t, por lo que es frecuente que en el dimensionamiento analtico se siga considerando dicha masa mxima para caracterizar la carga de referencia, lo que ciertos tcnicos afirman que es un factor de seguridad para tener en cuenta en cierta medida la presencia de ejes sobrecargados.

Tambin en el caso de las citadas normas espaolas, aunque no incluyen un captulo especfico que sirva como gua para el dimensionamiento analtico, en el cual se establezca explcitamente cul es el eje de referencia y la configuracin de la carga tipo, se puede deducir, a partir de las tablas de caracterizacin de los materiales para pavimentos que incluyen, que consideran como tal, efectivamente, el de 13 t.Para llevar a cabo la conversin suele emplearse lo que se denomina factor de equivalencia de carga (a veces denominado factor o coeficiente de agresividad, pues cuantifica el dao que una carga ejerce sobre el pavimento), que no es ms que el nmero de ejes equivalentes que ejercen el mismo dao en el pavimento que la configuracin de carga analizada. Para su determinacin, est muy extendido el uso de la denominada ley de la cuarta potencia y de sus expresiones derivadas para ejes dobles y triples, respectivamente, segn las cuales el dao que ejerce un eje sobre el pavimento respecto a otro de referencia es proporcional a la relacin de sus cargas elevada a la cuarta potencia; de este modo, para un eje tipo de 13 t: donde: EE13t es el factor de equivalencia para un eje simple, tndem o trdem que soporta una masa total de Mi, Mj y Mk respectivamente.Lo que indican estas expresiones es, en esencia, que un eje tndem es menos daino para el pavimento que dos ejes simples que soporten la misma carga, y del mismo modo, que un eje trdem provoca un deterioro inferior al que infligen tres ejes simples cuya masa total cargada sea la misma.Estas ecuaciones pueden aplicarse a cada vehculo pesado particular (a partir de los datos obtenidos mediante una bscula dinmica) para obtener su factor de equivalencia, y posteriormente promediar dichos datos individuales para obtener el factor medio correspondiente a cada categora de vehculo pesado.