Ejes_equivalentes

Metodología para la Estimación de los Ejes Equivalentes de Diseño Para la determinación de los Ejes Equivalentes de diseño, se debe seguir el procedimiento descrito a continuación. _ Definir el período de diseño. El período de diseño utilizado es 5 o 10 años _ Estimar el número de vehículos pesados que transitan por el camino en un sentido (buses, camiones de 2 ejes y camiones de más de 2 ejes). Para la estimación de este valor es posible realizar una o más de las siguientes acciones:  Conteo de los vehículos pesados en ambos sentidos durante 12 horas en horario diurno. Aplicación de coeficientes estacionales en función del período durante el cual se realizó el conteo. Generalmente se recomienda realizar el conteo en una semana hábil normal, preferentemente miércoles y excepcionalmente martes y jueves, sin embargo es posible que el camino local tenga otro día que resulte más representativo para el conteo por lo cual esta medición queda sujeta a las recomendaciones locales.  Obtener una estimación analizando otros caminos cercanos al proyecto en estudio, los cuales estén incluidos en el censo de tráfico y que estén emplazados en una zona con el mismo uso de tierra de tal forma de concluir que poseen similar distribución vehicular y por lo tanto de vehículos pesados.  Realizar encuestas origen destino en el mismo camino.  Definir la tasa de crecimiento de los vehículos. La metodología permite definir dos tasas de crecimiento, 4 y 7%. La elección de una u otra depende de quién realiza el análisis, sin embargo se recomienda la utilización de la tasa de 4% salvo en el caso en que se puede afirmar con seguridad que el cambio de estándar del camino producirá un tránsito generado significativo.  Definir el tipo de estratigrafía de carga que poseen los vehículos pesados que transitan (o transitarán) por el camino en estudio. La vinculación del camino analizado a una de las dos clases de caminos definidos, permite asignarle una estratigrafía de carga representativa. La guía define dos tipos de estratigrafía de carga, una para caminos de tránsito liviano (Eliv) y otra para caminos de tránsito pesado (Epes).  Una vez definidas cada una de las variables, con los vehículos 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 período de diseño, tasa de crecimiento y tipo de estratigrafía de carga, y se obtiene en el eje de las ordenadas los EEq de diseño.

Figura 4a: Estimación Ejes Equivalentes de Diseño. Estratigrafía Liviana

Figura 4b: Estimación Ejes Equivalentes de Diseño. Estratigrafía Pesada

Rangos de Ejes Equivalentes de Diseño Los rangos de solicitaciones de tránsito definidos para la guía y expresados en Ejes Equivalentes acumulados se muestran en el siguiente cuadro. Rangos de Solicitaciones de Tránsito

SOLICITACIONES DE TRÁNSITO X SENTIDO Rango T0 T1 T2 T3 T4

Ejes Equivalentes x 1000 0 – 150 150 - 300 300 – 500 500 – 700 700 – 1000

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

Factor numérico que relaciona el número de aplicaciones de las cargas por eje de referencia que produce en el pavimento un determinado deterioro y el número requerido de aplicaciones de otra carga por eje para producir el mismo deterioro El deterioro se mide en términos de la pérdida de índice de servicio presente.

Teniendo como base el Tránsito Promedio Diario del proyecto se procede a realizar los correspondientes cálculos para hallar el número de ejes equivalentes para cada uno de los periodos de diseño, de 3, 5, 7, 10, 15 y 20 años. Para determinar el número de ejes equivalentes acumulados para el diseño del pavimento, es necesario transformar el tránsito promedio diario según su composición y factores de daño. Todos los datos se calcularán para la calzada y deberán multiplicarse por FC para llevarlo al carril del diseño. Para el cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas por año se utiliza la siguiente expresión: Número de ejes equivalentes = TPDS X 365 días X FD X FC Donde: TPDS = Corresponde al Tránsito Promedio Diario Semanal. FD = Corresponde al Factor de Daño, y establecido por la siguiente tabla: VEHÍCULOS COMERCIALES CG BUS AL TM C2-P C2-G C3 C4 C5 >C5

FACTOR DAÑO 1.00* 1.00 2.40* 3.95* 1.14 3.44 3.76 6.73 4.40 4.72

Para los factores de daño del alimentador y el articulado de transmilenio se hace referencia al peso de cada vehículo 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 Daño para 8.2 toneladas sería 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 Daño para 8.2 toneladas sería aproximadamente 2.40. FC corresponde al factor del carril de diseño, 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 de carga equivalente de 18 kips (8,16 t = 80 kN) para un periodo determinado, utilizamos esta carga equivalente por efectos de cálculo ya que el transito está compuesto por vehículos de diferente peso y numerode ejes. Los ejes equivalentes se los denominara ESAL "equivalent simple axial load". Se calcula para el carril de diseño utilizando la siguiente ecuación:

Donde: pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-ésimo grupo de vehículos o cargas. Fi Factor de equivalencia de carga por eje, del i-ésimo grupo de eje decarga(Tablas). P Promedio de ejes por camión pesado. TPD Tránsito promedio diario. FC Factor de crecimiento para un período de diseño en años. Fd Factor direccional. FC Factor de distribución por carril. EJEMPLO Período de Diseño = 20 años Pt = 2.5

Fd = 0.5

Tasa de Crecimiento anual = 2%

FC = 0.8

SN = 4"

Factor Carga Volumen Tránsito TIPO DE Tipo de Factor de de Nº de por eje de Tráfico de VEHÍCULO Eje Crecimiento Camión ESALs (Kips) Diario Diseño TF Automóviles, vagonetas, otros livianos.

4

Simple

850

24.3

7539075

0.69

5201962

Microbuses, camión pequeño

10

Simple

440

24.3

3902580

0.69

2692780

Bus y camión mediano

16

Simple

260

24.3

2306070

0.69

1591188

Bus grande

34

Tandem

230

24.3

2039985

0.69

1407590

Camión Semiremolque

36

Tandem

240

24.3

2128680

0.69

1468789

Camión Semiremolque

48

Tridem

196

24.3

1738422

0.69

1199511

TOTALES

2216

13561820

ESAL's de Diseño = 13561820 ּ0,5 ּ0,8 = 5424728 En la siguiente tabla se muestran los espesores mínimos para carpetas asfálticas y bases granulares, sugeridos en función del tránsito. Espesores Mínimos, en pulgadas, en Función de los Ejes Equivalentes Tránsito (ESAL's) en Ejes Equivalentes

Carpetas de Concreto Asfáltico

Bases Granulares

Menos de 50,000

1.0 ó T.S.

4.0

50,001 – 150,000

2.0

4.0

150,001 – 500,000

2.5

4.0

500,001 – 2'000,000

3.0

6.0

2'000,001 – 7'000,000

3.5

6.0

Mayor de 7'000,000

4,0

T.S. = Tratamiento superficial

6,0

Factor de distribución por carril En una carretera de dos carriles, uno en cada dirección, el carril de diseño es uno de ellos, por lo tanto el factor de distribución por carril es 100%. Para autopistas multicarriles el carril de diseño es el carril exterior y el factor de distribución depende del número de carriles en cada dirección que tenga la autopista. En la tabla siguiente se muestran los valores utilizados por la AASHTO: Factor De Distribución Por Carril.

No. carriles en cada dirección

Porcentaje de ejes simples equivalentes de 18 kips en el carril de diseño (FC)

1

100

2

80 – 100

3

60 – 80

4 ó más

50 – 75

Cualquier modelo estructural para el diseño 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 sección, y cuando alcanza un valor determinado se considera que el pavimento ha alcanzado el final de su vida de servicio, es decir, que está agotado estructuralmente. Evidentemente, por tanto, el dimensionamiento de un pavimento requiere la cuantificación de las cargas que solicitarán la sección durante el periodo de diseño de la misma. Esta evaluación del tráfico, dejando a un lado la basada en la contabilización y prognosis del número de vehículos pesados que circularán por la sección (que en términos generales se puede decir que es insuficiente), se puede llevar a cabo básicamente de dos formas: a) Mediante la consideración de un eje equivalente de referencia y la determinación del tráfico equivalente de proyecto. Este método, basado en los resultados del ensayo AASHO y en estudios posteriores, consiste en la conversión de las cargas transmitidas por las diferentes configuraciones de los vehículos pesados a una carga tipo equivalente. b) A través del espectro de cargas (o silueta del tráfico pesado). Este método clasifica las cargas de acuerdo a su magnitud y a la configuración de los ejes que las transmiten, sin transformarlas en ninguna clase de carga equivalente. Si bien ambos métodos requieren como punto de partida los mismos datos, recogidos en campañas de aforo y pesaje dinámico, el primero supone un procesado de los mismos más sencillo, pero el segundo ofrece una mayor precisión en la definición y caracterización del tráfico pesado.

PROCEDIMIENTO MEDIANTE EL EMPLEO DEL EJE EQUIVALENTE DE REFERENCIA El método más habitual para la caracterización del tráfico pesado es la conversión 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 vehículos pesados y presiones de inflado de los neumáticos. En el caso de España, con algunas excepciones para autobuses urbanos e interurbanos, no se permite la circulación de vehículos 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 año 1998, que fija las regulaciones indicadas, la masa máxima autorizada por eje simple en España había sido de 13 t, por lo que es frecuente que en el dimensionamiento analítico se siga considerando dicha masa máxima para caracterizar la carga de referencia, lo que ciertos técnicos afirman que es un factor de seguridad para tener en cuenta en cierta medida la presencia de ejes sobrecargados.

También en el caso de las citadas normas españolas, aunque no incluyen un capítulo específico que sirva como guía para el dimensionamiento analítico, en el cual se establezca explícitamente cuál es el eje de referencia y la configuración de la carga tipo, se puede deducir, a partir de las tablas de caracterización de los materiales para pavimentos que incluyen, que consideran como tal, efectivamente, el de 13 t. Para llevar a cabo la conversión suele emplearse lo que se denomina factor de equivalencia de carga (a veces denominado factor o coeficiente de agresividad, pues cuantifica el daño que una carga ejerce sobre el pavimento), que no es más que el número de ejes equivalentes que ejercen el mismo daño en el pavimento que la configuración de carga analizada. Para su determinación, está muy extendido el uso de la denominada ley de la cuarta potencia y de sus expresiones derivadas para ejes dobles y triples, respectivamente, según las cuales el daño que ejerce un eje sobre el pavimento respecto a otro de referencia es proporcional a la relación 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, tándem o trídem que soporta una masa total de Mi, Mj y Mk respectivamente. Lo que indican estas expresiones es, en esencia, que un eje tándem es menos dañino para el pavimento que dos ejes simples que soporten la misma carga, y del mismo modo, que un eje trídem provoca un deterioro inferior al que infligen tres ejes simples cuya masa total cargada sea la misma. Estas ecuaciones pueden aplicarse a cada vehículo pesado particular (a partir de los datos obtenidos mediante una báscula dinámica) para obtener su factor de equivalencia, y posteriormente promediar dichos datos individuales para obtener el factor medio correspondiente a cada categoría de vehículo pesado.