Pavim. 09 - Est. Del Transito

UNIVERSIDAD PERUANA DEL CENTRO

CURSO: PAVIMENTOS CURSO: CICLO: IX DOCENTE: ING. MELQUIADES ELMER

HINOSTROZA BARTOLO

2015-II

ESTUDIO DEL TRANSITO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS INTRODUCCIÓN: Probablemente, la variable más importante en el diseño de una vía es el tránsito, pues, si bien el volumen y dimensiones de los vehículos incluyen en su diseño geométrico, el número y el peso de los ejes de estos son factores determinantes en el diseño de la estructura del pavimento.

En este capítulo se presentan los elementos necesarios para cuantificar el tránsito, así como la metodología para calcular el número probable de aplicaciones de una carga patrón equivalente que utilizara el pavimento durante la vía de este.

DEFINICIONES GENERALES: •

EJE SENCILLO:

Es un eje en cuyos extremos lleva una a dos ruedas sencillas. •

EJE TANDEM:

Es aqu aquel const nstituid uido por dos ejes sencillos con rueda doble en los extremos. •

EJE TRIDEM:

Es aque aquell cons onstitu tituid ido o por por tres tres eje ejes senc sencil illo loss con rueda doble en los extremos.

•

VEHICULOS LIVIANOS:

Son aquellos de menos de cinco toneladas de capacidad tales como automóviles, camionetas, camperos, etc. •

VEHICULOS COMERCIALES:

Son aquellos de más de cinco toneladas de capacidad tales como camionetas, buses, remolques, etc. •

VOLUMENES DE TRANSITO:

Es el número de vehículos que circulan en ambas direcciones por una sección de vía durante un periodo específico de tiempo. Este puede ser horario, diario, semanal,

•

TRANSITO PROMEDIO DIARIO:

Es el volumen de transito durante un periodo de tiempo, dividido por el número de días del periodo. Abreviadamente se denota como TPD. Según el periodo utilizado para medir el volumen de tránsito, El TPD puede ser anual, mensual o semanal, denominándose TPDA, TPDM y TPDS, respectivamente. •

TRANSITO EXISTENTE:

Es aquel que presenta la vía antes de ser pavimentada.

•

TRANSITO ATRAIDO:

Es el volumen de transito que, sin cambiar ni su origen ni su destino, puede ocupar la futura vía pavimentada como ruta alterna, afluyendo a ella a través de otras vías ya existentes. •

TRANSITO GENERADO EN UNA VIA NUEVA O MEJORADA:

Es el volumen de transito que resulta como consecuencia, del desarrollo económico y social de la nueva zona de influencia. •

TRANSITO INDUCIDO:

Es la suma de transito atraído y generado.

•

NIVEL DE SERVICIO:

Es una medida de la calidad de flujo de transito por la vía. Se cuantifica con una serie de factores tales como la velocidad, el tiempo de recorrido, las interrupciones del tránsito, la libertad de manejo, la seguridad y los costos de operación. •

VOLUMEN DE SERVICIO:

Es el volumen de transito que le corresponde a cada nivel de servicio.

•

CAPACIDAD:

La capacidad de una o de un carril es el número máximo de vehículos que puede circular por una u otra durante un periodo de tiempo determinado sin que se presente demoras ni restricciones en la libertad de movimiento de los vehículos.

CLASIFICION DE LOS VEHICULOS: El INV (Instituto Nacional de Vías) ha designado la siguiente terminología para los vehículos que circulan en el país:

A = Vehículos Livianos  B = Buses  C = Camiones 

Además ha clasificado el tipo de vehículos de acuerdo con el número y disposición de sus ejes de la forma que se muestra en la fig. 2.1

CLASIFICACION DEL TIPO DE VEHICULO DE ACUERDO CON LA DISPOSICION DE SUS EJES La diversidad en las características de los vehículos que circulan sobre un pavimento durante su vida de diseño, traen como consecuencia un amplia espectro de eje de carga, con diferentes espacios entre llantas y distintas presiones de inflado, lo que origina una amplia gama de esfuerzos y deformaciones aplicados un determinado punto de la estructura

La anterior consideración, plantea un problema muy complejo que hace necesario recurrir a simplificaciones prácticas. Dado que la estimulación de daño producido por las diversas cargas por eje es muy complejo, y que la única fuente confiable de información para afrontar este problema es el “ AASSHO ROAD TEST”, de cuyos resultados se derivaron adoptados por el INV, la carga tomada como patrón es un eje sencillo de 8.2 toneladas, cuya elección se hizo por dos motivos principales:

a) Porque el valor de eta carga era similar a la de 8.0 toneladas propuesta en la convención de Génova en 1949 y b) Porque dicha carga por eje fue normalizada como carga para diseño de pavimentos flexibles, por muchos países y entidades.

DETERMINACION DEL TRANSITO EXISTENTE La información necesaria para cuantificar el transito existente de una vía se debe recolectar con base en los procedimientos de la Ingeniería de Transito. La información que se requiere es la siguiente: a) El transito promedio diario semanal (TPDS) b) Número, tipo y peso de los ejes de los vehículos pesados.

TIPOS DE VEHICULOS

FIG. 2.1 CONTEOS MANUALES DE TRANSITO

CARGA POR EJE EN TONELADAS

El TPD se halla efectuando un conteo, durante una semana, de todos los vehículos que pasan por la carretera objeto del estudio. Teniendo en cuenta que el tránsito en general presenta variaciones mensuales y estacionales, es necesario hacer una cuidadosa elección de la semana de aforo. El INV efectúa los conteos de transito preferencialmente en época de verano.

El transito total registrado e divide por los seis días del concreto obteniéndose el TPD, el cual debe discriminarse en vehículos livianos y comerciales. Estos últimos son los que realmente se tienen en cuenta para el diseño de un pavimento. La figura 2.3 muestra un esquema modelo de presentación de los volúmenes de transito preparado por la oficina de Programación del INV. En cada tramo de carretera estudiado se indica en un círculo el número de la estación de concreto y una line horizontal sobre el cual se encuentra relacionado el transito promedio diario semanal (TPDS). Bajo dicha línea se encuentran relacionados los porcentajes de

A manera de ejemplo se presenta a continuación el cálculo de los volúmenes de automóviles, buses y camiones correspondientes al sector del conteo Yopal – Aguazul ( ver Figura 2.4).

Automóviles Buses Camiones

: 1152 x 0.59 = 679.68 = 680 : 1152 x 0.04 = 46.08 = 46 : 1152 x 0.37 = 426.24 = 426

La determinación del número, tipo y peso de los vehículos comerciales se hace en medio por medid directa, utilizando basculas para el pesaje, registrando en cada caso la clase de vehículo y tipo de eje pesado, ya sea simple, tándem o tridem.

En la determinación de transito existente probable de una vía nueva, es evidente que no puede cuantificarse por medio de conteos directos, razón por la que es necesario recurrir a alguno de los siguientes procedimientos: •

•

•

 Realizar el estudio de origen y destino entre los dos sitios que serán unidos por la nueva vía.  Adoptar los datos de transito de otra vía situada en una zona de características similares; o  Utilizar los datos de transito de otra vía alterna a la que se desea construir.

VOLUMEN DE TRANSITO PROMEDIO DIARIO SEMANAL

FIG. 2.3

VOLUMEN DE AUTOMOVILES, BUSES Y CAMIONES DE LA VIA YUPAL-AGUAZUL

SIPUTACION DEL TRANSITO DURANTE EL PERIODO DE DISEÑO El pavimento debe ser diseñado para soportar el transito inicial y aquel que pase durante su vida de servicio. Sin embargo, es necesario reconocer que no es fácil calcular tales cargas, por cuanto en tránsito futuro intervienen factores muy complejos dado que es muy difícil predecir los cambios en la economía regional general, en l población en el uso de la tierra a lo largo de la via durante el periodo de diseño.

Pero el volumen de transito futuro de una vía nacional en servicio, que se encuentre en afirmado, puede ser estimado con razonable exactitud a partir de datos sobre el transito existente y mediante un análisis estadístico de su evolución histórica. El estimativo en mención requiere del conocimiento del tránsito, el cual es indispensable para efectuar proyecciones a mediano y largo plazo, necesarias para los estudios de pavimento tanto en la etapa de diseño como en funcionamiento.

Para el cálculo de dicho parámetro es necesario contar con una serie de cronología de datos con la que presenta anualmente la Oficina de Programación de Carreteras del INV en su publicación denominada Volúmenes de tránsito. A partir de dichos datos y mediante la aplicación de modelos de regresión es posible ajustar las series históricas del tránsito con el uso de los modelos lineal y exponencial, pues son los que más se ajustan estas series históricas. Eligiendo para el análisis el modelo que presente la mejor correlación de los valores de tránsito.

El transito inicial de vehículos comerciales utilizado para el diseño de un pavimento será la suma de: el normalmente existente, el atraído y el generado. Además, es conveniente tener en cuenta para efectos del dimensionamiento de un pavimento interesa solamente el tránsito que pasa por un carril, al que se denomina carril de diseño, que es aquel por el cual se espera que circulen el mayor volumen de vehículos pesados, y para su determinación debe utilizarse los siguientes valores:

PORCENTAJES

Número de Carriles

Porcentaje de Vehículos pesados en el carril de diseño

2

50

4

45

6+

40

El transito así obtenido abra que proyectase hacia el futuro una vez establecido el periodo de diseño y determinada la tasa anual de crecimiento del tránsito. Tradicionalmente en Colombia las proyecciones de transito se han efectuado utilizando el modelo exponencial expresado mediante la siguiente formula de interese: Tn = Ti X ( 1 + r )n

(2.1)

DONDE: Tn = Transito en cualquier año n. Ti = Transito en el año cero (inicial) r = Tasa de crecimiento anual del transito A partir de la expresión 2.1 es posible por integración obtener el transito acumulado durante los n años del periodo de diseño, mediante la siguiente ecuación: T acumulado = Ti x (1 + r )n – 1 Ln (1 + r) (2.2)

EJERCICIO El transito promedio diario de vehículos comerciales de la carretera La Uribe –   La Paila durante los años 1980 –  1985 aparece en la tabla 2.1 •

•

  Hallar las ecuaciones de los modelos lineal y exponencial que se ajusten a los datos del tránsito. Estimula el transito promedio con los valores reales de 3218 y 3497 vehículos comerciales, respectivamente.

•

•

Determinar la curva de aproximación que mejor se ajuste a los datos de tránsito. Hallar el valor de la tasa anual de crecimiento del tránsito.

AÑO

TPD (V.C)

1980

2.322

1981

2.327

1982

1983

1984

1985

2.368

2.472

2.682

2.789

Solución a) Determinación de la ecuación de aproximación que mejor ajuste los datos del tránsito. La recta de ajuste de los datos tiene la ecuación:

Y=a+bx Donde las constantes a y b se determinan mediante las siguientes ecuaciones:

(∑ Y ) (∑X2) -(∑ X) (∑XY) a= N ∑X2 -(∑ X)2

N∑ XY - (∑X) (∑ XY)

b= N ∑X2 -(∑ X)2 El trabajo puede ordenarse como se presenta en la Tabla 2.2 AÑO

X

X2

Y

1980 1981 1982 1983 1984 1985

0

0

2,322

 

1

1

2,327

5'414,929

2,327

 

2

4

2,368

5'607,424

4,736

 

3

9

2,472

6'110,784

7,416

4

16

2,682

7'193,124

10,728

5

25

2,789

7'778,521

13,945

15

55

14,960

37'496,466

39,152

SUMATORIAS

Y2 5'391,684

XY 0

A partir de los datos obtenidos en la Tabla N°2.2 se tiene: (14960) (55) - (15) ( 39152) a=

= 2243 (14960) (55) - (15) ( 39152) (6) (39152) - (15) ( 14960)

a=

= 100 (6) (55) - (225)

Entonces Y = 2243 + 100x La ecuación exponencial tiene la formula:  

(2.4)

Teniendo en cuenta que la ecuación (2.4) no es lineal es necesario reducirla a la forma lineal para facilitar su calculo de la forma siguiente: Aplicando logaritmos a la expresión Y = ab x, se tiene: Log Y = Log a + (Log b)x, esta ecuación se puede escribir Y' = a' + b‘X, Donde Y'= Log Y, a‘= Log a, y, b‘= Log b. En la tabla 2.3 correspondientes:

se

presenta

los

cálculos

Tabla 2.3 AÑO

1980 1981 1982 1983 1984 1985 SUMATORIAS

Y

Y'

X

X2

X Log Y

Y'2

2.322

3.366

0

0

0

11.330

2.327

3.367

1

1

3.367

11.337

2.368

3.374

2

4

6.748

11.384

2.472

3.393

3

9

10.179

11.512

2.682

3.428

4

16

13.712

11.751

2.789

3.445

5

25

17.225

11.868

14.960

20.373

15

55

51.231

69.182

A partir de los datos de la tabla anterior se tiene: (20.373) (55) - (15) ( 51.231) a' =

= 3.353 (6) (55) - (255)

Como a' = 3.353; entonces, a = 2.254 (6) (51.231) - (15) ( 20.373) b' =

= 0.017 (6) (55) - (255)

De igual forma b' = Log b' = 0.017, por tanto b = 1.04 entonces la ecuación exponencial será: Y = (2.254) (1.04) x

b) Mediante las ecuaciones de tendenci se obtienen los siguientes pronósticos del transito para 1988 y 1989. Ecuación Lineal: TPD v.c (1988)= 3043 Ecuación Exponencial: TPD v.c (1988)= 3085

Ecuación Lineal: TPD v.c (1989)= 3143 Ecuación Exponencial: TPD v.c (1989)= 3208 Los resultados anteriores permiten incluir que los pronósticos del transito promedio de vehículos comerciales, calculados con la ecuación exponencial para los años 1988 y 1989, son mas próximos a los valores reales en que los encontramos con la ecuación lineal, aunque para los efectos de diseño de pavimentos esta ligera variación entre modelos realmente no tienen un apreciable significado.

c)   Para

la determinación de la curva de aproximación que mejor ajuste los datos se debe proceder calcular el coeficiente de correlación de las dos curvas de juste en estudio y escoger de aquella que presente una mejor correlación, es decir, la que resulte con el coeficiente mas próximo a la unidad. La ecuación que permita calcular el coeficiente de correlación es la siguiente: N∑ XY - (∑X) (∑ Y)

r= [N∑X2 -(∑ X)2] [N∑ Y2 - (∑ Y)2]

ECUACIÓN LINEAL: (6)(39152) – (15)(14960)

r= [ (6)(55) - (225) ][(6)(37496466) - (223801600) ] r= 0.95

ECUACIÓN EXPONENCIAL: (6)(51.231) – (15)(20.373) r= [ (6)(55) - (225) ][(6)(69.182) - (415.06) ] r= 0.98

De acuerdo con los resultados obtenidos, se tienen que la ecuación exponencial es la que mejor ajusta los datos del transito.

d) Teniendo en cuenta que la ecuación de ajuste Y = (2254)(1.04)x es, en esencia, la misma expresión (2.4), se tiene que: (1+r) = 1.04, entonces, r (tasa anual de crecimiento de transito) = 4%.

e)   El tránsito para el primer año de servicio del pavimento será: Y = (2254)(1.04)11 = 3469 vehículos comerciales.

f)   Para determinar el tránsito acumulado de vehículos comerciales en el carril de diseño, durante el periodo de diseño se debe proceder de la forma siguiente: - Calcular el tránsito promedio diario de vehículos comerciales en el carril de diseño para el primer año de servicio del pavimento, así: 3609 x 50/100 =1805. - El transito de vehículos comerciales de todo el año inicial de servicio de pavimento será: 1805 x 365 = 658.625