Comparación entre el Pavimento de una Carretera y el de un AeródromoComparación entre el Pavimento de una Carretera y el de un Aeródromo

CarreteraCarretera AeródromoAeródromo

ComportamientComportamiento del o del

Pavimento Pavimento RígidoRígido

Si soportan gran tráfico de camiones pesados, casi siempre hay problemas por la acción del “Bombeo”, si el Pavimento esta construido directamente sobre la Sub-Rasante y formado por material Fino.

NoNo

existeexiste

esteeste

problema.problema.ComportamientComportamient

o del o del Pavimento Pavimento

FlexibleFlexible

Daños serios en los Bordes

Los Factores principales a considerarse en el Diseño de Pavimentos, son idénticos pero hayLos Factores principales a considerarse en el Diseño de Pavimentos, son idénticos pero hay

diferencias en cuanto a los Valores Cuantitativos de cada uno de ellosdiferencias en cuanto a los Valores Cuantitativos de cada uno de ellos

El Peso Total de un Camión es normalmente menor que el de un avión, pero el número de repeticiones es Mayor

Las Cargas por Rueda pueden Las Cargas por Rueda pueden ser de 100.000 Lbs pero su ser de 100.000 Lbs pero su

Frecuencia y Repetición Diaria, Frecuencia y Repetición Diaria, es muy pequeña.es muy pequeña.

Una Carga de Diseño de importancia es de 2.000 Lbs/rueda Doble y repeticiones de hasta 1.000 veces por día.

Presión de Inflado en las LLANTAS de los Camiones hasta 90 PSI

Presión de Inflado en las LLANTAS de las Aeronaves hasta 200 PSI

Cuando el Camión usa la Carretera, la distancia desde el borde del Pavimento del mismo no supera 1 mt y es alli donde se concentra todo el peso de las ruedas.

Usan la Parte Central (Pistas o Calles de Rodaje) (una sola vía) y se concentran a unos 9 mts.Los Trenes de Atzje Biciclo o Rueda Guiable,resultan en condiciones canalizadas de Tráfico sobre Zonas de Carreteo (75% del Tráfico se presenta alrededor de 2,5 mts de Pavimento).

Los Daños más severos se observan en las Plataformas, Áreas de Carreteo, Calles de Rodaje y Terminales

La mayor diferencia entre estos PavimentosLa mayor diferencia entre estos Pavimentos está en las Repeticiones de las Cargasestá en las Repeticiones de las Cargas

FACTORES QUE INFLUYEN EN LOS PAVIMENTOS

1.-Condiciones del Transito

Tipo de Carga

Presión de las llantas

Repetición de las Cargas

Velocidad Tipos de Eje

2.-Factores climáticos y ambientales

Lluvias

Cambios de Temperatura

Nivel Freático

Aguas Subterráneas

3.-Geometría de la Vía

Pendiente

Número de Canales

Cortes o Rellenos

Derrumbes

4.-Construcción Propiedades de la Sub-Rasante

Espesores y Componentes del Pavimento

5.-Mantenimiento Control de Calidad

Tipos de Vehículos y las Cargas• Las Normas AASHO clasifican a los

vehiculos considerando:

SusDimensiones

SusPesos o estimación

De Cargas

Influyen en el Diseño Estructural

Influyen en el Diseño Estructural

*Ver las diferentes clasificaciones por Ejes y Pesos, *Ver las diferentes clasificaciones por Ejes y Pesos, combinaciones Tractor-Trailerscombinaciones Tractor-Trailers

Estas mismas Normas establecen lo Estas mismas Normas establecen lo siguiente.siguiente.

El “Peso Máximo” transmitido a la Calzada de una VíaEl “Peso Máximo” transmitido a la Calzada de una Víapor EJES SIMPLESpor EJES SIMPLES

NO DEBE EXCEDER LOS SIGUIENTES LÍMITESNO DEBE EXCEDER LOS SIGUIENTES LÍMITES

6.000 KGS CON DOS CAUCHOS13.000 KGS CON CUATRO CAUCHOS

• El Peso Máximo transmitido a la CALZADA de una vía, por dos o más Ejes consecutivos en Tandem, con cuatro cauchos c/u o más, articulados al vehículo mediante un dispositivo y separados a no menos de 100 Cms, ni más de 240 Cms, no deberá exceder de 20.000Kgs, debiéndose cumplir asimismo que ninguno de los ejes considerados individualmente, transmita un peso mayor de 13.000 Kgs

Cargas Máximas permisibles según la Ley de Tránsito TerrestreCargas Máximas permisibles según la Ley de Tránsito Terrestre

EJES Cauchos PESO (KGS)

Simples 4 8.5008.500

Compuesto 14.500 Separados entre 0,90 14.500 Separados entre 0,90 y 1,20Cmsy 1,20Cms

Unidades de dos Ejes 12.00012.000

Unidades de Eje Simple y Uno Compuesto

18.60018.600

Unidades de Tractor y Remolque Simple en el Tractor y un Eje en el

Remolque simple

20.00020.000

Unidades de Tractor y Remolque Simple con un Eje Simple y uno

Compuesto en el Tractor y un Eje compuesto en el Remolque simple

30.00030.000

Unidades de Tractor y Remolque Compuesto con un solo Eje Simple y uno Compuesto en el Tractor y un Eje

Simple y uno Compuesto en el Remolque

33.00033.000

Carga Máxima permisible por Rueda 4.2504.250

La presión Máxima sobre el suelo será de 150 Kgs por Cms de ancho

de Rueda

Aspectos de las Cargas como Factor de influencia en los Pavimentos

•A.-Las Cargas Estáticas causan mayores deformaciones• que las Cargas Móviles.

•B-Las Deformaciones decrecen con el incremento• de la velocidad.

•C-Las Deformaciones aumentan con el número

de Repeticiones de Carga .

•D-Para una misma Carga Unitaria, las Deformaciones varían

con el “Área de Contacto”.

E.-Las Cargas transmitidas por Presiones Neumáticas a través de las “LLANTAS” causan mayores deformaciones que las

transmitidas por Discos Metálicos Rígidos

• La Presión de Contacto es aproximadamente igual a la Presión de la Llanta.

p

PAÁrea de Contacto

de la Llanta =

Carga por Rueda

Presión de Inflado

A medida que varía la Carga por Rueda, varía también la forma A medida que varía la Carga por Rueda, varía también la forma de impresión de la Llantade impresión de la Llanta

• .F- La Magnitud del Esfuerzo Vertical en la Superficie de Contacto, depende tanto de la Presión de Inflado de la Llanta como de la Magnitud de la Carga, pero el Efecto de la Presión deja de influir proporcionalmente a la Profundidad.

• A determinada Profundidad el EFECTO de la PRESIÓN desaparece.

• AntesAntes: Habían sólo camiones con ejes simples.: Habían sólo camiones con ejes simples.• LuegoLuego :Aparecen las ruedas dobles (morochas) para :Aparecen las ruedas dobles (morochas) para

transportar mayor carga y aumentar la superficie de transportar mayor carga y aumentar la superficie de contacto para evitar daños al pavimento.contacto para evitar daños al pavimento.

• * El Esfuerzo que producen las ruedas dobles a poca * El Esfuerzo que producen las ruedas dobles a poca profundidad son independientes, dependiendo de la profundidad son independientes, dependiendo de la separación “D” entre ruedas.separación “D” entre ruedas.

•

A una profundidad D/2“ Los esfuerzos se solapan.

Pero a una profundidad 2xD

El efecto es despreciable

El efecto de la rueda equivalente se evidencia en la El efecto de la rueda equivalente se evidencia en la determinación de cargas en el diseño del pavimento de determinación de cargas en el diseño del pavimento de Aeropuertos, pues el tren de aterrizaje de los aviones Aeropuertos, pues el tren de aterrizaje de los aviones tienen sus ruedas espaciadas con poca separación y tienen sus ruedas espaciadas con poca separación y se solapan sus efectos, igual consideración debese solapan sus efectos, igual consideración debehacerse para las cargas tandem en carreteras. hacerse para las cargas tandem en carreteras.

Rueda Equivalente (ESWL)

El efecto

es

despreciable

A poca profundidad elesfuerzo es independientedependiendo de “d”

Esfuerzos combinados

Esfuerzos de cada rueda individual

Esfuerzos de cada rueda individual

Esfuerzos combinados

El efecto

es

despreciable

A poca profundidad elesfuerzo es independientedependiendo de “d”

Rueda Equivalente (ESWL)

El efecto de la rueda equivalente se evidencia en la El efecto de la rueda equivalente se evidencia en la determinación de cargas en el diseño del pavimento de determinación de cargas en el diseño del pavimento de Aeropuertos, pues el tren de aterrizaje de los aviones Aeropuertos, pues el tren de aterrizaje de los aviones tienen sus ruedas espaciadas con poca separación y tienen sus ruedas espaciadas con poca separación y se solapan sus efectos, igual consideración debese solapan sus efectos, igual consideración debehacerse para las cargas tandem en carreteras. hacerse para las cargas tandem en carreteras.

A una profundidad D/2“ Los esfuerzos se solapan.

Pero a una profundidad 2xD

El efecto es despreciable

Distribución de la presión con ruedas sencillas

Estructura gruesa Estructura delgada

Superficie de la carretera Profundidad

del suelo

Esfuerzo de la carga y de las llantas sobre tres tipos de suelos

Unidad deArcillaDura Unidad de

Arcilla

Unidad deArcillaBlanda

Determinación del efecto de las Cargas Transmitidas por los diferentes Ejes sobre un Pavimento Flexible

• Uno de los Factores de Diseño que presentan mayor variabilidad es el correspondiente al Efecto de las Cargas que transmiten los vehículos.

• En una Sección de una Vía circulan diariamente un sin-número de Tipo de Vehículos y Cargas, camiones vacíos o llenos para cada tipo de camión o sobre la Vía.

• Es necesario transformar estas Formas e Intensidades de Cargas en un valor que los represente, simplemente obtenible y manejable.

• Por eso se define un “Eje PatrónEje Patrón” que representa la Carga Estándar o Carga Estándar o Normalizada.Normalizada.

• Este Eje Patrón contempla una Carga por Eje Simple de Cuatro (4) Ruedas de 8.200Kgs, 80KN o 18.000 Lbs.

• A este Eje Patrón se le asignó un Valor del efecto que causaba al pasar sobre el Pavimento que se denomina Factor Daño

Para una CargaPatrón de

18 Kips

Sobre un EjeSobre un EjeSimple deSimple de

Cuatro RuedasCuatro Ruedas

Tiene unTiene unValorValor

UnitarioUnitario

Cada vez que un Eje Simple deCada vez que un Eje Simple de18.000 Lbs pasa sobre un18.000 Lbs pasa sobre un

Pavimento Flexible Pavimento Flexible

Causa sobre elCausa sobre elPavimento un Pavimento un Daño igual a 1.Daño igual a 1.

Factores de Equivalencia de Cargas

• Para simplificar lo anterior surgen los Factores Equivalentes de Cargas.

• Estos son valores numéricos que definen el daño que causa el PASO DE UN VEHICULO o “Eje Determinado” sobre una Sección del Pavimento en una manera relativa al daño que el vehículo o “EJE PATRÓN” causa al pasar sobre la misma Sección de Pavimento.

• Los Factores de Equivalencia transforman las Repeticiones de un Eje cualquiera ,a un número de Repeticiones del Eje Patrón que causan el mismo daño sobre el Pavimento, que el daño causado por ese Eje cualquiera

NÚMERO DE CARGAS EQUIVALENTES

• ¿Qué es “UNA CARGA EQUIVALENTE” o • Eje Equivalente?• Se define como el Número de Repeticiones de

un Eje Patrón, que produce el mismo efecto que una repetición del Eje de Magnitud considerada.

• Este valor se usa para determinar los los espesoresespesores de Pavimentosde Pavimentos con la siguiente ecuación:

dFACNdNt 365****

• El efecto de la Rueda Equivalente se El efecto de la Rueda Equivalente se evidencia más en la determinación de evidencia más en la determinación de cargas en el Diseño de Pavimentos en cargas en el Diseño de Pavimentos en Aeropuertos, pues el Tren de AterrizajeAeropuertos, pues el Tren de Aterrizaje

• tiene poca separación entre las ruedastiene poca separación entre las ruedas

• y se solapan los esfuerzos, asi como y se solapan los esfuerzos, asi como en las cargas Tandem en las carreteras.en las cargas Tandem en las carreteras.

Distribución de la presión producida por Ruedas Dobles (Morochas)

Tipos de Trenes de Aterrizaje

Tipos de tren o ruedas

Tipos dibujo

(3)Bogie de cuatro ruedas

Nave Liviana 0,51 cms

Nave Pesada 0,76 cms

1,14 cms

1,40 cms

DISTRIBUCIÓN DE LAS CARGAS SEGÚN EL TREN DE ATERRIZAJE DE UNA AERONAVE

5 % 95 %

Tren de Proa Tren Principal

Ejes Equivalentes o Carga Equivalente (EAL)Ejes Equivalentes o Carga Equivalente (EAL)

• Es el número de repeticiones de un eje patrón, que produce el mismo efecto que una repetición de un eje de magnitud considerada, este eje patrón es un eje sencillo cargado con 18.000Lbs (80 Kn) de ruedas dobles, con huella circular de radio 11,5 cms separadas a 34,5 cms con una presión inflada de 483 Kpa (70 psi).

• Para expresar la equivalencia de una carga determinada a la carga del eje patrón, se utilizan Tablas (PAGINA 12), en donde se indica el Factor de Equivalencia por cada carga

• Estas equivalencia se determinaron en la prueba vial AASHO.

Distribución de Frecuencia de ejes por rango de cargaDistribución de Frecuencia de ejes por rango de carga

• Los vehículos que transitan por otra vía son de diferentes cargas y de diferentes ejes.

• cada rango de carga circula con determinada frecuencia en base a una distribución que es necesario conocer mediante pasajes y conteos clasificados de transito.

• El MINFRA a través de la Oficina de Planeamiento del Transito Terrestre (OPTT) ha calculado la distribución de la frecuencia de las carreteras de Venezuela . (ejemplo en la página 13 )

Factor Camión• Representa el Nº de Cargas Equivalentes promedio por

cada camión que circula y se obtiene dividiendo el Número Total de Cargas Equivalentes entre el Número Total de Camiones considerados en la distribución.

• El Factor Camión es una característica de la Distribución de Frecuencia de Eje por Rango de Carga y es independiente del “Número de Vehículos”.

Nº Total de Cargas EquivalentesFc = Nº Total de Camiones en la Distribución

7.4.1.2.-Análisis de Transito7.4.1.2.-Análisis de Transito

• que transitan o transitarán, por esa vía que transitan o transitarán, por esa vía mediante la distribución de frecuencia mediante la distribución de frecuencia de ejes por rango de carga, con la cual de ejes por rango de carga, con la cual determinamos el Factor Camión, asi determinamos el Factor Camión, asi como el Número de Ejes Equivalentes.como el Número de Ejes Equivalentes.

Este Análisis se usaEste Análisis se usapara determinar lapara determinar la

Influencia delInfluencia delTransito en la víaTransito en la vía

Para ello es necesario Para ello es necesario conocerconocer

el Número y Tipo el Número y Tipo de Vehículosde Vehículos

Además es necesario conocer:• 1.-El Transito1.-El Transito• 2.-Volumen de Transito2.-Volumen de Transito• 3.-Volumen Promedio Diario3.-Volumen Promedio Diario• 4.-Vehículos Livianos4.-Vehículos Livianos• 5.-Vehículos Pesados5.-Vehículos Pesados• 6.-Transito Actual6.-Transito Actual• 7.- Transito Futuro Proyectado7.- Transito Futuro Proyectado• 8.-Transito Balanceado8.-Transito Balanceado• 9.- Transito Desbalanceado9.- Transito Desbalanceado• 10.-Período de Análisis10.-Período de Análisis• 11.-Período de Diseño11.-Período de Diseño• 12.-Factor de Crecimiento12.-Factor de Crecimiento• 13.-Factor Canal13.-Factor Canal

Es el número de vehículos Es el número de vehículos de diferentes características de diferentes características o de una característica o de una característica común que transitan por una común que transitan por una vía.vía.

1.-Transito1.-Transito

2.-Volúmen de Transito (VT):

• ““Número de Vehículos” que Número de Vehículos” que transitan por una vía en un transitan por una vía en un determinado tiempo.determinado tiempo.

3.-3.-Volumen Promedio Diario (PDT) :Volumen Promedio Diario (PDT) :

• “Número de Vehículos” que transitan por una vía en un tiempo considerado de 24 horas , en un período determinado de un año por lo general.

LOS VEHÍCULOSLOS VEHÍCULOS

• 4.-Vehículo Liviano.4.-Vehículo Liviano.• Representado por

vehículos de pasajeros y camionetas, es decir, vehículos con ruedas traseras sencillas

• 5.-Vehículo Pesado:5.-Vehículo Pesado:• Representados por

autobuses y camiones con seis (6) ejes traseros con cuatro (4) ruedas y más ruedas.

6.-Transito actual:6.-Transito actual:

• Esta representado por el

• Volumen Promedio Diario “PDT” que circula en el año presente.

• Representado por el transito que se espera circulará a determinados años del presente :

• PDT PDT nn = PDT = PDT (o)(o) (1+T (1+Tcc))²²• Donde :

• PDTn = Volumen Proyectado al año “n”

• PDTo = Volumen Actual

• Tc = Tasa de Crecimiento Anual (decimales)

• n = Número de Años Futuro

7.-Transito Futuro o Proyectado PDT(n):7.-Transito Futuro o Proyectado PDT(n):

8.-Transito Balanceado:8.-Transito Balanceado:

• Es el transito cuya composición, volumen e intensidad de carga es similar en ambas direcciones.

9.-Transito Desbalanceado.9.-Transito Desbalanceado.

• Es el transito cuya composición, volumen e intensidad de carga es mayor en un sentido que otro.

10.-Período de Análisis10.-Período de Análisis::

• Es el número de años durante el cual se hace el análisis o estudio de transito.

11.-“Período de Diseño”,11.-“Período de Diseño”,

• Número de años para el cual se proyecta el pavimento ,el cual puede ser menor que el período de análisis.

12.-Factor de Crecimiento (F)12.-Factor de Crecimiento (F)

• Los pavimentos deben diseñarse para soportar adecuadamente las repeticiones de carga a las cuales estará sometido durante el Período de Diseño, al final del cual deberá tener un adecuado índice de servicio.

• El Tráfico Inicial tiende a crecer a una determinada Rata (igual o declina) esta variación debe establecerse

• El Total de Repeticiones de carga durante el Período de Diseño o a “n” años del Transito Inicial con determinada Tasa de Crecimiento, se obtiene asi:

r

rF

n 11

Donde:r = Rata de Crecimiento en %n = Número de Años

*El volumen de Transito no debe confundirse con el Transito Proyectado a “n”Años analizado en la Página 14, pues el Transito Futuro no es acumulado, sino el que se espera como Transito Inicial a determinado Número de Años de la fecha para lo cual se obtuvieron los conteos.

Esta fórmula se encuentra resueltaEsta fórmula se encuentra resueltaEn la Tabla de la Página 15En la Tabla de la Página 15

TABLA Nº 8 .-Factor de Crecimiento

N = 10

r =13,82

13.-Factor Canal (C)13.-Factor Canal (C)

• Los resultados de los conteos de transito se señalan independientemente para cada sentido o se indican globalmente para ambos sentidos. Debe aclararse cada caso,para al diseñar saber cual es el canal o Canal de Diseño que esta sometido a mayores repeticiones de carga (condiciones severas)

• Si los conteos se hacen para cada sentido, no hay dificultad en determinar el canal de diseño.• Si los conteos se refieren a los dos sentidos y el Transito es Balanceado, el Canal de Diseño estará en función del Número de Canales que tiene la vía

por cada sentido y habrá que multiplicar el Volumen de Transito por un factor, el Factor Canal (C), según la siguiente Tabla:

• Si los conteos se refieren a los dos sentidos y el Transito es Desbalanceado ,el Volumen determinado para el Canal de Diseño, debe multiplicarse por un Factor de Ajuste “A” igual a 1,20 con el rango indicado en la tabla (Rango entre 1,05 y 1,35), considerándolo mayor en las vías mineras y portuarias, pudiendo llegar hasta 1,90Transito DesbalanceadoTransito Desbalanceado 11

Nº de Canales de Circulación en dos (2) sentidos

Factor Canal “C”

22 0,500,50

44 0,450,45

6 o más6 o más 0,400,40

Transito BalanceadoTransito Balanceado 1,20 (Rango entre 1,05 a 1,35)1,20 (Rango entre 1,05 a 1,35)

8.3.-DIFERENTES CONCEPTOS

CEMENTO ASFÁLTICO

Es el asfalto líquido bruto derivado directo del petróleo tratado térmicamente en la refinería.

PAVIMENTO

ASFÁLTICO

Es la carpeta o capa de rodamiento de asfalto o concreto asfáltico

CONCRETO

ASFÁLTICO

Es una mezcla (fría o caliente) a veces usado también como base, formado por el agregado (piedra , arena ,polvillo y arrocillo ) y cemento asfáltico.

CONCRETO PORTLAND

Es el producto de la mezcla del cemento, agua, agregado (piedra y arena) y acero.

PAVIMENTO Es toda aquella estructura formada por el sello , la carpeta, la base , la sub-base, y la sub-rasante o fundación

- Si el pavimento consta de las capas arriba señaladas estamos en presencia de un pavimento flexible.

- Si el terreno es de “pésima calidad” o sea que tenga un alto contenido de materia orgánica, debe desecharse este material y sustituirle por uno de mejor calidad.

- Si el terreno es de fundación “Mala” formada por un suelo fino, limoso o arcilloso susceptible de saturación habrá que colocar una sub-base granular de material seleccionado antes de poner la base y la capa de rodamiento.

TERRENO DE FUNDACION DE “BAJA CALIDADTERRENO DE FUNDACION DE “BAJA CALIDAD

.- FUNCION Y CARACTERISTICAS DE LAS DIFERENTES CAPAS DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE

Rasante

Sello

Capa de Rodamiento

Base

Sub-base

Sub-rasante

Rasante

Sello

Capa de rodamiento

Base

Sub-rasante

P

a

v

i

m

e

n

t

oTerreno de Fundación de “Buena calidad” que hace las veces de Sub-baseTerreno de Fundación de “Buena calidad” que hace las veces de Sub-base

- Si el terreno de Fundación es “Regular” o “Bueno”, y está formado por un suelo bien graduado que no ofrece peligro de saturación o por un material de granulometría gruesa, posiblemente no se requerirá la capa de sub-base.

-Un “Pavimento Rígido” suele construirse con una “Capa Base” y sobre ella va la capa de concreto armado o sin armar.

Rasante

Sello

Capa de Rodamiento

Sub-rasante

Terreno de Fundación de “Muy Buena Calidad” que hace las veces de sub-base y de baseTerreno de Fundación de “Muy Buena Calidad” que hace las veces de sub-base y de base

- Si el terreno es de “Muy Buena Calidad” o “Excelente”, que tiene un valor de soporte elevado y no existe además la posibilidad de que se sature de agua, bastaría colocar encima la “Capa de Rodamiento”.

- Si la sub-rasante es de “Material Granular” se puede construir directamente sobre la sub-rasante o placa de concreto de Cemento Pórtland.

Pavimento