Guia AASHTO-93 G. CORREDOR

Instituto Venezolano del Asfalto
Diseño de nuevos pavimentos por el
Método de la AASHTO‐93
Experimento Vial de la AASHO (1958-1962)
Base de la Guía de Diseño AASHTO
Ing. Gustavo Corredor M. (MsCE)
San Juan de los Morros
28 y 29 de febrero de 2008
Instituto Venezolano del Asfalto
Diseño de nuevos pavimentos por el
Método de la AASHTO‐93
Experimento Vial de la AASHO (1958-1962)
Base de la Guía de Diseño AASHTO
Capítulo 1: Obtención y manejo de la información
de tránsito para el diseño de pavimentos
Ing. Gustavo Corredor M. (MsCE)
San Juan de los Morros
28 y 29 de febrero de 2008
Obtención y manejo de la información de tránsito
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Características del Tránsito
• Introducción
“El tránsito es la variable más importante en el diseño de pavimentos”. Así
comienza el Profesor Yang H. Huang, de la Universidad de Kentucky, el Capítulo
dedicado a este tema en su libro “Análisis y Diseño de Pavimentos” 1. En
Venezuela deberíamos añadir que es también la menos estudiada y a la que se le
otorga la menor importancia.
Para el dimensionamiento de un pavimento es necesario determinar los efectos
que las cargas de estos vehículos causarán sobre el pavimento, por lo cual se
debe conocer el número y tipo de vehículos que circularán por una vía, así como la
intensidad de la carga y la configuración del eje que la aplica.
El objeto de este capítulo es presentar la metodología para la determinación de los
parámetros de tránsito que se requieren para el diseño estructural de los
pavimentos en carreteras y autopistas interurbanas.
En el país los bienes de producción y consumo se transportan básicamente por
carretera. La Norma COVENIN 614 actualizada en el año 19972, establece la
siguiente reglamentación en cuanto a cargas máximas:
° 6.000 kg. en eje simple de 2 cauchos
° 13.000 kg. en eje simple de 4 cauchos
° 20.000 kg en dos ejes simples consecutivos de 4 cauchos cada uno
° 27.000 kg en tres ejes simples consecutivos de 4 cauchos cada uno
No existe en Venezuela un control de cargas eficiente; lo dispuesto en la Ley y
Reglamentos de Tránsito es "letra muerta", y por ello estas disposiciones son
violadas constantemente, lo que ha traído como consecuencia el deterioro
prematuro de centenares de kilómetros de vías pavimentadas, causando pérdidas
apreciables al Patrimonio Nacional.
• Definiciones y conceptos básicos
A continuación se presentan una serie de definiciones de términos referentes a los
vehículos y cargas que se sirven de una vía, y que serán empleados en los
procesos de diseño de pavimentos. Estos términos han sido tomados de la
publicación "NORVIAL: Vocabulario Vial", la cual fue editada por el Ministerio de
Transporte y Comunicaciones en Mayo de 1977.
° Tránsito (Tráfico): Los vehículos de todo tipo, con sus respectivas cargas,
considerados aisladamente o en conjunto, mientras utilizan cualquier vía.
° Volumen de Tránsito: Número de vehículos que pasan por una sección dada de
un canal o vía, durante un período determinado
1
Huang, Yang: “Pavement Analysis and Systems”. University of Kentucky. Mac Graw International,
1995.
2
Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN): Norma 614-1997: Límite de peso para
vehículos de carga (1ra. Revisión).
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2-1
Obtención y manejo de la información de tránsito
_____________________________________________________________________
° Promedio Diario de Tránsito (PDT o TPDA): volumen promedio de tránsito en
veinticuatro (24) horas, obtenido al dividir el volumen total durante un determinado
tiempo, generalmente un (1) año, por el número de días del mismo período
° Volumen de tránsito Actual: es aquel que circulará por una vía si ella estuviera
abierta al tránsito. En el caso de vías existentes, donde se cuenta con datos
estadísticos, el tránsito actual se puede obtener proyectando para la fecha en
consideración la tendencia de los registros históricos.
En el caso de vías que van a ser mejoradas, el tránsito actual estará compuesto
por el existente antes de la mejora, más el tránsito atraído de otras vías cercanas
por las ventajas que ésta ofrece. En el caso de vías nuevas todo el tránsito será
atraído.
° Tasa de Crecimiento (TC): Es el incremento anual del volumen de tránsito en
una vía, expresado en porcentaje. Se determina en base a los datos de las
estaciones de conteo, extrapolando la tendencia de los datos estadísticos.
° Proyección de Tránsito: El volumen de tránsito para un año cualquiera se
determina empleando la siguiente ecuación:
PDTn =
PDTo * (1+ TC) n
(E-1)
en donde:
•
•
•
•
PDTn = Volumen diario de vehículos para el año "n"
PDTo = Volumen diario de vehículos para el año inicial del período
considerado.
TC = Tasa de Crecimiento para el período de años en análisis, expresada en
forma decimal
n
= Número de años del período considerado
° Composición del Tránsito: es la relación porcentual entre el volumen de tránsito
correspondiente a cada diferente tipo de vehículos, expresado en función del
volumen de tránsito total.
° Vehículos Livianos: son todos los vehículos de dos ejes y cuatro ruedas, tales
como: automóviles, camionetas y camiones de dos ejes con ruedas traseras
sencillas.
° Vehículos Pesados: son todos los autobuses y camiones, con no menos de seis
ruedas y/o tres o mas ejes individuales (eje trasero con cuatro ruedas, en el caso
de vehículos de dos ejes). Se clasifican de acuerdo a diferentes categorías
señaladas en la Tabla 1, donde se indica tanto la nomenclatura que utiliza la
Oficina de Planificación del Transporte Terrestre (O.P.T.T) del Ministerio de
Infraestructura, como la establecida en la Norma "COVENIN 2402-86".
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2-2
Obtención y manejo de la información de tránsito
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Tabla 1
Tipos y características de los vehículos pesados
que circulan normalmente por la red vial venezolana, con indicación del número de
ejes por camión y la carga máxima total de acuerdo a la
Norma COVENIN 614-1997
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2-3
Obtención y manejo de la información de tránsito
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Los tipos de camiones se dividen en los siguientes grupos, de acuerdo a la Norma
COVENIN 2402-1986:
(a) camiones unitarios: vehículos con sistema de tracción y de carga integrados
en una sola unidad (2RD, y O3E)
(b) Semitrailers: vehículo compuesto por una unidad de tracción que no lleva
carga (chuto) que arrastra una plataforma o batea sobre la cual va la carga, y
que tiene un solo grupo de ejes, ya sea simple o compuesto. Se identifican
con un primer dígito que designa el número de ejes individuales del tractor,
seguido por el carácter alfabético “S” (Semitrailer) y con un segundo dígito
que designa el número de ejes individuadles de la plataforma remolcada
(c) Remolques: vehículo compuesto por un camión unitario que arrastra un
componente carente de motor con eje(s) delantero(s) y trasero(s) que
descansa sobre sus propios ejes (remolque). Se identifican con un primer
dígito que designa el número de ejes individuales del camiòn, seguido por el
carácter alfabético “R” (Remolque) y con un segundo dígito que designa el
número de ejes individuadles de la unidad remolcada.
° Período de Análisis: Se entiende como tal el número de años seleccionado para
la comparación de las diversas alternativas de diseño; generalmente es de veinte
(20) años para vías troncales y autopistas, aún cuando actualmente se está
considerando un período de hasta treinta (30) años para autopistas urbanas.
° Período de Diseño: Es el número de años para el cual se diseña
específicamente el pavimento; generalmente varía entre los ocho (8) y veinte (20)
años, dependiendo del tipo de vía. En casos excepcionales pudiera reducirse el
periodo de diseño hasta un mínimo de cinco (5) años. Al final del Período de
Diseño puede esperarse que el pavimento requiera una carpeta asfáltica de
refuerzo para restaurar su capacidad de servicio. La Tabla II resume los periodos
de diseño recomendados por la Asociación Americana de Administradores de
Carreteras y Transporte (AASHTO) y la correspondiente a la tipología de la red vial
nacional
Tabla 2
Periodos recomendados de diseño
Tipo de vía según
AASHTO
Principal
Secundaria
Terciaria
Según nomenclador
vial venezolano
Autopista urbana o
rural de alto volumen
y vía troncal
Periodo de diseño
(años)
Vía local
Vía ramal, sub-ramal
o agrícola
12-15
8-12, con mínimo de
5 años
15-20
El "Período de Diseño" no debe ser confundido con la "Vida Útil" del pavimento, ni
con el Período de Análisis; este último puede comprender varios Períodos de
Diseño, como en el caso de la pavimentación por etapas. Por otra parte, la "Vida
Útil" de un pavimento puede extenderse indefinidamente con la colocación de
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2-4
Obtención y manejo de la información de tránsito
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carpetas de refuerzo y otras medidas de rehabilitación, o durar mucho menos que
lo estimado en el diseño, debido a fallas prematuras, o "sub-diseño" del pavimento
• Obtención de los valores de tránsito para el diseño de pavimentos
Normalmente el Ingeniero Proyectista de pavimentos recibe la información de
tránsito que ha sido obtenida y procesada por la OPTT, o por especialistas
consultores en esta área de la ingeniería; sin embargo, su responsabilidad es la de
procesar adecuadamente tal información, y muchas veces, realizar mediciones en
el sitio, con el fin de ajustar o verificar la información recibida.
Debido a la importancia de este tema, se considera que en cualquier diseño de
pavimentos debe participar un especialista en tráfico, con el fin de que esta
variable de diseño, tan importante, o quizás más que la información de suelos
y materiales, sea la más ajustada a las expectativas futuras de la facilidad vial.
Es la opinión del Autor que en Venezuela no se le ha dado la importancia que
realmente tiene la recolección y procesamiento de la información de tránsito para
el diseño de pavimentos, y que se debe profundizar en los estudios de esta
variable para cada diseño particular.
A continuación se describe muy brevemente el proceso empleado en Venezuela
para la obtención de la información de tránsito para el diseño de pavimentos:
1. Volumen y tipo de vehículos
(a) Sistema de Primera Generación
La antigua Oficina de Planeamiento Vial, adscrita al desaparecido Ministerio de
Obras Públicas, implementó, desde el año 1963 y hasta el año 1976, un Sistema
de Conteos de Tránsito en 1.606 puntos de la red vial nacional de carreteras,
mediante el empleo de sistemas mecánicos por detectores neumáticos tales como
los que se muestran en las siguientes figuras:
Los sistemas mecánicos por bandas neumáticas presentan la ventaja de su
economía, pero su mayor limitación es que no clasifican los tipos de vehículos que
sobre ellas circulan, por lo cual sus mediciones siempre deben ser corregidas por
observaciones visuales, de tal manera que el número de “ejes registrados” se
haga coincidir con los “ejes reales”. Esta corrección se hace a lo largo de un
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2-5
Obtención y manejo de la información de tránsito
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tiempo determinado, y su “factor de corrección” se aplica a toda la medición,
independientemente del tiempo que en que esta haya sido realizada.
Esta actividad fue paralizada desde 1977 hasta 1979, cuando se inicia el Ministerio
de Transporte y Comunicaciones. Entre los años 1979 y 1981 se reinicia esta
actividad, pero prácticamente, desde 1982 se cubren cada vez un menor número
de estaciones.
Cada tipo de estación tiene la siguiente característica:
° Estaciones Permanentes (67 puntos de registro en la red vial):
Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales se
efectúan conteos del volumen de tránsito en forma continua, mediante dispositivos
mecánicos (todas las horas del día y todos los días del año). Estas estaciones han
sido hoy en día sustituidas por los puntos de peaje.
° Estaciones de Cobertura 1(395 puntos de registro en la red vial):
Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales se
efectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos mecánicos en días
laborales de 24 horas de duración, cada mes del año
° Estaciones de Cobertura 5 (1259 puntos de registro en la red vial):
Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales se
efectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos mecánicos en días
laborales de 24 horas de duración, tres veces al año (una vez cada cuatro meses)
° Estaciones Especiales:
Son aquellas localizaciones en carreteras o vías urbanas, señalizadas ó no, sobre
las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos
mecánicos en días laborales ó no, de 24 horas de duración, en cualquier momento
La información recabada mediante este sistema de conteos no solamente ha
permitido conocer las leyes que rigen la circulación del tránsito en la carreteras del
país, sino que también ha servido para determinar los valores de los coeficientes
de ajustes diarios y mensuales para los conteos realizados en "Estaciones de
Cobertura 5", ubicadas sobre la red primaria.
Es conveniente observar que las cifras presentadas en todas la estadísticas de
tránsito publicadas hasta la fecha, incluyendo la última publicada en 1983, no han
sido ajustadas mediante la aplicación de dichos coeficientes.
También cabe observar que, aún cuando se sigue manteniendo la nomenclatura y
los nombres de los tres tipos de estaciones creados en 1973, los conteos que se
han venido realizando desde 1976 no se ajustan a las condiciones establecidas en
la definición de cada tipo de estación.
Mediante el análisis estadístico de los valores de tráfico correspondientes al
período 1964-1968, se determinó que los máximos errores de estimación que
podían contener las cifras presentadas en las estadísticas publicadas hasta 1976,
y los cuales se consideran como válidos hasta la fecha actual, eran las indicadas
en la Tabla 3, siempre que las mismas se refieran a carreteras de poco tránsito
recreacional:
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2-6
Obtención y manejo de la información de tránsito
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Tabla 3
Niveles de precisión y confianza de los valores
de tráfico según el tipo de Estación de Conteo
Tipo de Estación
Permanente
Cobertura 1
Cobertura 5
Precisión Error
Ninguno
14.4
35.0
Nivel de confianza
100
95
95
Todos los análisis se basaron en la suposición de muestras aleatorias simples, así
como de que los datos seguían una distribución normal o de Gauss.
La Figura que se muestra a en la siguiente página corresponde a la información
que suministra el MINFRA como resultado de uno de sus conteos mecánicos:
Es conveniente señalar nuevamente que la Oficina de Planificación de Transporte
Terrestre (OPTT) del Ministerio de Infraestructura (MINFRA) puede suministrar la
información básica de tránsito de la mayor parte de la red vial venezolana.
La determinación del volumen de tránsito actual en las vías nuevas, o que vayan a
sufrir mejoras de consideración, requiere de un cúmulo de información que
normalmente no está al alcance del proyectista de pavimentos; en estos casos
generalmente habrá que obtener los valores de tránsito de la OPTT; si ésta no los
tuviere se tendrá que realizar un estudio especial, directamente a través de ella o a
través de especialistas en esta rama de la ingeniería.
En esta Tabla 4 se presenta, para cada Estación de Conteo, la siguiente
información:
° Número de la estación
° Identificación (Descripción del tramo vial en el cual está ubicada la estación
de conteo
° Identificación de la vía (Troncal, local, etc.)
° Entidad Federal a la que pertenece el tramo vial
° Tipo de pavimento (asfalto, concreto, granzón, tierra)
° Año y valor del PDT
° Porcentaje de vehículos pesados
° Año de la última determinación del porcentaje de vehículos pesados
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2-7
Obtención y manejo de la información de tránsito
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Figura 1: ejemplo de conteo vehicular por medios mecánicos
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Obtención y manejo de la información de tránsito
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La Tabla 4 muestra una de las hojas típicas de la publicación "Estadísticas de Tránsito, Período 1972-1981, Ministerio de
Transporte y Comunicaciones, 1982".
Tabla 4
"Estadísticas de Tránsito, Período 1972-1981
Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 1982"
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2-9
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
La información de tránsito, tal como es suministrada por la OPTT, puede ser
utilizada para proyectar el tráfico futuro de una vía, en vez de utilizar la Fórmula (E1), cuando los valores de Tasa de Crecimiento no son constantes a lo largo de los
años, que es el caso común. El procedimiento consiste en graficar la información, y
obtener una curva y su correspondiente ecuación, tal como la que se presenta en
la Figura 2, a partir de la cual se puede estimar el valor de tráfico en un año futuro
cualquiera.
(b) Sistemas de segunda generación
Los sistemas de conteo vehicular por medios mecánicos ha sido mejorado gracias
al desarrollo de equipos que utilizan diversos sistemas: eléctricos, fotoeléctricos,
piezo-eléctricos, de radar, magnéticos, ultrasónicos, infrarrojos, etc.
Desde comienzos de la década de los años 90, cuando se implementa en
Venezuela el sistema de las “Concesiones de Mantenimiento”, se han instalado
cerca de 62 “Estaciones de Peaje”, en los corredores viales de las troncales y
autopistas, que emplean fundamentalmente los medios piezo-eléctricos o
magnéticos para la obtención de la información de tránsito.
Peaje “El Rastro”, Estado Guárico
Estas estaciones de peaje han venido a reemplazar las “estaciones de conteo
permanente” y registran la información diaria, no solo de número de vehículos, sino
también clasifican los diferentes tipos de vehículos que atraviesan un peaje
determinado. Su gran ventaja es que permiten registrar todos y cada uno de los
diferentes vehículos que transitan por el punto de medición; en su contra se
esgrime el argumento de que presentan un mayor costo de ejecución. Para la
fecha actual (octubre 2004) el costo de una medición de una semana continua se
aproxima a los 3.150.000 Bs. (1.640 US$).
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Obtención y manejo de la información de tránsito
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Tabla 4-a: Ejemplo de registro mensual en la estación de Peaje Simón Planas, ubicada en la carretera Acarigua-Barquisimeto
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2-11
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
El modelo de registro anterior clasifica los vehículos no por “Tipo COVENIN”, sino
en función del “tipo y Número de ejes”.
La siguiente tabla describe, para este Peaje en particular, la tipología de cada
clasificación:
Clase
1
2
3
4
5
6
7
8
Descripción
Vehículo liviano (pasajeros y pickup)
Colectivos (2RD y O3E)
Camión 2RD Carga liviana, Tipo 350
Camión 2RD Carga pesada, Tipo 750
Camión O3E y Semitrailers 2S1
Semitrailers y remolques de 4 ejes
Semitrailers y remolques de 5 ejes
Semitrailers y remolques de 6 o más ejes
Debe recordarse que, en el caso venezolano, cada estación de peaje puede tener
su propia tabla de clasificación.
La precisión de estos sistemas es del 100%, con la ventaja ya comentada que no
solo permiten el registro del total de vehículos, sino aportan la información del
conteo clasificado por tipo de vehículo.
La información obtenida año tras año en los sitios de conteo, tal como se ilustra en
la Tabla 4, permite estimar cómo será el volumen en una vía en un año futuro, por
medio de proyecciones estadísticas, un ejemplo se presenta en la Figura 2.
Figura 2
Ejemplo de proyección gráfica de valores futuros
de tráfico en función de valores históricos
Registros históricos de volúmenes de tránsito. Límite
Aragua-Distribuidor Santa Clara
20,000
18,000
PDT
16,000
14,000
y = 744.58x - 1E+06
R2 = 0.6243
12,000
10,000
8,000
6,000
4,000
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
Año del conteo
_____________________________________________________________________
2-12
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
A continuación se muestra la serie histórica del registro en una estación de peaje:
Resultados de conteos en Carretera Acarigua-Barquisimeto
Conteo en ambos sentidos
Año
1998
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
Mes
N° días Clase 1
Clase 2
Clase 3
Clase 4
Clase 5
Clase 6
Clase 7
Clase 8
Exonerados
Total
PDT
%Vp
10,688
18,316
18,878
21,132
17,119
18,495
17,799
17,989
17,698
18,584
18,260
19,265
7,078
13,143
13,447
15,260
12,092
12,859
12,094
12,053
12,095
13,354
12,608
13,157
1,095
2,276
2,435
2,701
2,293
2,315
2,074
2,043
2,120
2,343
2,194
2,355
1,152
2,181
1,946
2,269
1,982
1,962
1,684
1,513
1,614
1,527
1,722
1,660
5,103
8,928
8,107
10,715
9,707
9,931
8,811
8,098
9,034
7,825
8,014
7,826
3,734
7,212
6,826
8,010
7,052
7,218
6,438
5,960
6,357
6,372
6,827
6,477
1,359
1,727
1,312
1,372
1,276
1,514
1,606
1,435
1,356
1,228
1,373
1,213
127,036
208,640
195,912
220,239
195,834
208,074
199,167
206,187
217,595
211,691
213,333
212,181
7,058
6,730
6,997
7,104
6,528
6,712
6,639
6,651
7,019
7,056
6,882
7,073
26.46%
28.55%
30.11%
30.95%
29.35%
29.12%
28.33%
27.06%
26.60%
27.69%
27.47%
28.04%
1999
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
Diciembre
18
92,057
4,770
Enero
31
147,339
7,518
Febrero
28
135,617
7,344
Marzo
31
150,700
8,080
Abril
30
137,073
7,240
Mayo
31
145,979
7,801
Junio
30
141,135
7,526
Julio
31
148,956
8,140
Agosto
31
158,348
8,973
Septiembre
30
151,845
8,613
Octubre
31
153,360
8,975
Noviembre
30
151,466
8,762
Inauguración Variante Los Cristales: Diciembre 99
Diciembre
31
166,937
9,265
Enero
31
161,029
9,154
Febrero
29
151,345
9,184
Marzo
31
167,646
10,412
Abril
30
170,846
10,338
Mayo
31
164,308
9,716
Junio
30
157,285
9,335
Julio
31
164,557
9,951
Agosto
31
178,448
10,725
Septiembre
30
171,303
10,109
Octubre
31
169,716
10,082
19,651
18,376
20,983
22,134
18,114
20,511
19,019
18,595
20,416
18,851
20,215
12,367
12,015
13,682
14,482
11,563
14,606
12,803
11,937
12,873
12,727
12,228
2,364
2,411
2,524
2,519
2,111
2,304
2,138
1,959
2,198
2,093
2,155
1,488
1,900
1,909
2,094
1,454
2,029
1,725
1,406
1,739
1,712
1,534
8,795
9,402
10,911
11,336
10,808
12,944
10,366
9,721
10,662
10,988
9,848
7,205
7,152
6,907
7,399
7,227
9,312
7,491
6,292
7,088
6,857
7,166
1,256
1,183
1,393
1,567
1,136
1,630
1,742
1,461
1,374
1,255
1,695
229,328
222,622
218,838
239,589
233,597
237,360
221,904
225,879
245,523
235,895
234,639
7,398
7,181
7,546
7,729
7,787
7,657
7,397
7,286
7,920
7,863
7,569
26.66%
27.14%
30.20%
29.37%
26.38%
30.09%
28.34%
26.50%
26.76%
26.85%
26.95%
2000
2000
2001
2001
2001
2001
2001
2001
2001
Noviembre
Diciembre
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Total periodo Dic-99Julio-01
30
31
31
28
31
30
31
30
31
171,189
192,795
181,168
164,675
179,256
183,681
181,423
175,412
181,423
9,628
10,704
9,369
9,270
9,960
10,403
9,750
9,474
9,750
21,846
20,860
20,126
21,914
25,196
20,281
22,591
20,833
22,591
13,561
12,852
13,016
12,660
15,791
12,612
14,417
13,231
14,417
2,251
2,093
2,388
2,326
2,793
2,277
2,724
2,370
2,724
1,687
1,870
2,283
2,194
2,494
1,898
2,557
2,120
2,557
10,976
11,608
13,374
11,358
14,117
12,071
14,497
11,779
14,497
7,830
7,765
8,147
7,160
9,171
8,200
9,944
8,401
9,944
1,751
1,477
1,407
1,336
1,715
1,423
1,483
1,567
1,483
240,719
262,024
251,278
232,893
260,493
252,846
259,386
245,187
259,386
8,024
8,452
8,106
8,318
8,403
8,428
8,367
8,173
8,367
28.16%
25.86%
27.34%
28.72%
30.53%
26.79%
29.49%
27.82%
29.49%
609
3,434,442
196,579
413,103
263,840
46,722
38,650
230,058
156,658
29,334
4,809,386
7,897
27.98%
_____________________________________________________________________
2-13
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
(c) Conteos visuales
Aún cuando lo ideal es que el conteo vehicular –clasificado o no– se realice
mediante el empleo de equipos, en el caso de que esto no sea posible, por
razones de tiempo o carencia de recursos, siempre se podrá recurrir al sistema de
contar los vehículos mediante la simple observación visual del paso del flujo
vehicular.
El conteo visual permite no solo determinar el total de vehículos que circulan por el
punto de medición, sino que se obtiene un “conteo clasificado” ya que se
contabiliza el número de cada tipo de vehículo que pasa por esa sección durante el
tiempo de la medición.
La planilla que se muestra a continuación puede ser utilizada para un conteo visual
clasificado.
En esta planilla se detallan los tipos de vehículos mas comunes que circulan por la
red vial venezolana.
_____________________________________________________________________
2-14
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Lapso de medición de volúmenes de tránsito
El lapso ideal para la realización de un conteo –ya que se elimina cualquier error
por condiciones estacionales del flujo de vehículos– es de un (1) año. Cuando el
conteo se realiza en estaciones de cobertura 1, o en peajes, automáticamente al
correr del año se va registrando el volumen acumulado de vehículos. En otras
ocasiones o puntos de medición, no es ni práctico ni económico, el que se
disponga de este lapso de tiempo. Lo ideal entonces, es realizar una medición de
un mes continuo. En caso de que esto tampoco sea posible, la medición debería
ser de una (1) semana completa, en forma tal que se obtenga un registro de lunes
a domingo. Si tampoco esto fuese posible, debería al menos disponerse de un
registro de un día laboral y de un día de fin de semana (sábado o domingo). Si en
alguno casos ni siquiera esto fueses posible, el conteo debe ser realizado en un
día (24 horas) continuas, preferiblemente en un día laborable.
Pudiera darse el caso de que ni aún pudiese contarse en un lapso de 24 horas; en
este caso debe irse a un conteo de doce horas. Si ni aun pueden contarse en
estas 12, debe irse a ocho (8) horas, y a veces solo podrá contarse durante una
hora. En estos casos, el PDT debe ser obtenido dividiendo el número de vehículos
contado durante el periodo entre el “factor de medición” que se indica en la
siguiente tabla:
Tabla 5
Estimaciones del PDT en función del conteo horario
Total
de
conteo Horas
continuas Factor de
durante el lapso
del conteo
medición
PDT =
(total conteo) / (factor
de medición)
7:00 am—7:00 pm
12
0,754
8:00 am—4:00 pm
8
0,504
1 hora (hora pico)
1
0,083
Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, 1998.
En caso de no conocer la Hora pico de la carretera, puede estimarse de la Tabla 6
Tabla 6
Frecuencia de ocurrencia de las Horas-Pico
Hora Pico
6:00 am-7:00 am
7:00 am-8:00 am
8:00 am-9:00 am
9:00 am-10:00 am
10:00 am- 11:00 am
11:00 am – 12:00 m
12:00 m – 1:00 pm
1:00 pm – 2:00 pm
2:00 pm – 3:00 pm
% de
ocurrencia
6,45
10,75
5,37
6,45
2,15
3,23
1,08
2,15
5,38
Factor de
medición horaria
Promedio
0,091
0,087
0,073
0,082
0,081
0,082
0,086
0,089
0,083
Rango
0,062-0,131
0,065-0,112
0,065-0,082
0,069-0,096
0,080-0,081
0,075-0,094
0,086
0,082-0,095
0,070-0,108
_____________________________________________________________________
2-15
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
3:00 pm- 4:00 pm
11,83
0,078
4:00 pm- 5:00 pm
12,90
0,081
5:00 pm- 6:00 pm
20,43
0,081
6:00 pm- 7:00 pm
9,68
0,082
7:00 pm- 8:00 pm
2,15
0,101
No se registraron horas pico fuera de las señaladas
0,061-0,096
0,068-0,105
0,065-0,153
0,070-0,109
0,075-0,127
Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, 1998.
Es evidente de la tabla anterior que, en caso de no conocer la Hora-pico, lo mas
conveniente es realizar la medición entre las 5 y 6 de la tarde, ó entre las 4 y 5 de la
tarde, ya que la mayoría de las carreteras presentaron horas-pico entre estas horas.
2. Peso total y peso por eje de los vehículos de carga
Para el conteo de vehículos, tal como ha sido mencionado en párrafos anteriores,
se podrá disponer desde de equipos electrónicos muy modernos, hasta una simple
observación visual, pero siempre, aun en el caso de mayores dificultades, se podrá
obtener o validar en campo la información de volúmenes de tránsito.
Para el caso de determinación de las cargas en los vehículos, por el contrario,
deberá contarse con sistemas de pesaje, los cuales serán realizados con balanzas
con carga detenida, o a través de medios electrónicos.
(a) Pesaje mediante el empleo de balanzas con carga detenida
(a.1) Balanza de peso total
Este sistema permite la medición de la carga de un vehículo por medio de una
balanza, normalmente mecánica, sobre la cual el vehículo debe estar detenido.
Las balanzas que se emplean son del “tipo romana”, sobre la cual se coloca todo
el vehículo, y registran su peso total. Pueden ser empleadas para determinar el
peso por eje, o grupo de ejes, desplazando el vehículo sobre la balanza, en forma
tal que sobre la balanza solo esté cargando el eje, o grupo de ejes, que se desea
pesar. Este tipo de balanza es el que se emplea en los sitios en que pesan los
vehículos para el control de carga y sobre-carga. Son de tipo fijo, aun cuando se
dispone de algunos modelos portátiles.
(a.2) Balanzas de peso por rueda
Mediante este tipo de balanzas portátiles se logra determinar el peso por cada
rueda o conjunto de ruedas en un eje. Se ubican en sitios estratégicamente
seleccionados y requieren de un número alto de operadores: uno por cada juego
de balanzas, dos o tres señaleros y un jefe de grupo. Lo ideal, para que el sistema
sea mas rápido, es que se disponga de siete (7) balanzas, de modo que pueda
colocarse una bajo cada grupo de ejes.
Su precio de adquisición es relativamente bajo pero tienen poco rendimiento. En
un día de trabajo se pueden pesar entre 40 y 60 vehículos. Una de sus grandes
limitaciones es que la muestra del pesaje debe ser muy bien diseñada, en forma
tal que represente el universo de vehículos que circulan por la vía en estudio.
_____________________________________________________________________
2-16
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
La siguiente figura presenta una balanza de peso total:
Y las dos figuras que se incluyen a continuación corresponden al modelo de
balanzas portátiles de carga por rueda:
(b) Pesaje mediante el empleo de balanzas con carga en movimiento (WIM)
Gracias a la electrónica, hoy en día se dispone de medios mucho mas rápidos y
seguros para el pesaje de vehículos. Estos dispositivos permiten pesar cualquier
vehículo, eje a eje y peso total, sin obligarlo a detenerse; se conocen como
sistemas “WIM” por sus siglas en inglés Weigh In Motion”.
_____________________________________________________________________
2-17
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
El costo de un pesaje total de vehículos alcanza a la fecha a un valor cercano a
los 750.000 Bs por día (375 US$ al cambio actual de 2.000 Bs/US$). La
característica mas importante de este sistema es su confiabilidad, ya que permite
obtener y registrar el peso de cada vehículo, es decir el 100% de la muestra bajo
medición, sin interrupción alguna de tránsito, ya que el sistema se compone de
una serie de cables co-axiales empotrados o adheridos sobre el pavimento.
Detalle de sensores piezo-eléctricos adheridos sobre el pavimento
El siguiente esquema muestra el procedimiento de recolección de la data de
pesaje por medio de un sensor piezo-eléctrico:
_____________________________________________________________________
2-18
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
• Utilización de la información de tránsito para el diseño de pavimentos
La información de tránsito que interesa al proyectista de pavimentos debe
comprender:
• el volumen de tránsito, es decir el número de vehículos que utilizará la facilidad
vial
• la composición del tránsito, es decir la identificación de los tipos de vehículos que
circularán sobre el pavimento
• la intensidad de la carga, lo cual significa el determinar el peso de los vehículos
vacíos más el de la carga que transportan
• la configuración de los ejes que transmiten las cargas al pavimento
• el canal de circulación que servirá como patrón de diseño
• Volumen de tránsito
El número de vehículos que circulará sobre la vía será determinado, tal como ha
sido ya señalado, en función de las estadísticas y estudios de tránsito, y/o
mediciones reales de campo. Debe conocerse tanto el volumen para el año inicial
de diseño, como la tasa de crecimiento interanual para el período de diseño.
• Composición del tránsito
El número de vehículos de pasajeros, el número y tipo de vehículos pesados es
obtenido también de los conteos y proyecciones de tráfico. En la Tabla I se
presentaron los tipos de vehículos de carga más comunes en Venezuela
• Intensidad de carga
El total del peso del vehículo, tanto vacío como cargado, según sea el caso,
también se obtiene en las "Estaciones de pesaje", mediante el uso de un sistema
de balanzas que permiten determinar tanto el peso bruto total, como el peso en
cada uno de los ejes del vehículo. En la Tabla I se presentaron las cargas
máximas para cada uno de los diversos tipos de vehículos pesados, y más
adelante se tocará el tema referente a la carga que transmiten los cauchos sobre
el pavimento
• Configuración de los ejes que transmiten las cargas al pavimento
Una de las piezas de información más importantes en cuanto al tráfico se refiere,
es la manera como se aplicará la carga sobre el pavimento, es decir cuantos ejes,
y de qué tipo son esos ejes (número de ruedas por eje, número de ejes,
separación entre ejes, presión de inflado, etc.)
A este respecto es conveniente definir los tipos de ejes que pueden ser
encontrados en los vehículos que transitan sobre nuestros pavimentos, de acuerdo
a lo establecido en la Norma COVENIN 2402-86 (Tipología de vehículos de carga):
_____________________________________________________________________
2-19
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Ejes Simples: Son ejes sencillos de dos o cuatro ruedas
Ejes Tandem (dobles): Es el conjunto de dos ejes sencillos,
separados entre 1,20 y 1,60 metros aproximadamente, que
tienen una suspensión común
_____________________________________________________________________
2-20
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Ejes Triples: es el conjunto de tres ejes sencillos, separados
entre 1,20 y 1,40 metros aproximadamente, los cuales no tienen
una suspensión común
• Canal de circulación que servirá como patrón de diseño
Es necesario, además conocer como se distribuirá el flujo de vehículos en ambos
sentidos de la vía. A tal efecto se aplican los siguientes conceptos:
• Tránsito Balanceado: se denomina así cuando la composición, volumen e
intensidad de carga en una vía es similar en ambas direcciones.
• Tránsito Desbalanceado: cuando no se cumple la definición anterior en la
circulación del tráfico en la vía
• Canal de Diseño: es aquel canal de una vía que estará sometido a las
condiciones más severas de carga y por lo tanto será el que controle el diseño del
pavimento.
En una carretera de dos vías con tránsito balanceado, es cualquiera de los dos
canales de circulación. En una vía de varios canales, el Canal de Diseño
corresponderá, normalmente, al canal de circulación lenta del sentido más
cargado, a menos que exista una información de tránsito que permita conocer
específicamente cual será ese canal más cargado. En vías de múltiples canales
con isla central y tránsito desbalanceado, puede seleccionarse un canal de diseño
para cada sentido.
_____________________________________________________________________
2-21
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
• Determinación del efecto de las cargas transmitidas por los diferentes ejes
sobre un pavimento flexible
Uno de los factores de diseño que presenta mayor variabilidad es el
correspondiente al efecto de las cargas que transmiten los vehículos. Cualquier
observador, por más inexperto que sea en el área de pavimentos, no puede dejar
de notar que por una sección dada de pavimento circulan diariamente un
sinnúmero de tipos de vehículos, y un mayor número de tipos de carga: observará
para un mismo tipo de camión que algunos circularán vacíos, otros cargados con
cemento, otros con cerveza, otros con materiales de construcción, etc.; además la
condición de variabilidad descrita se repetirá para cada tipo de camión sobre la vía.
Es necesario, en consecuencia, transformar toda esa gama de realidades de
formas e intensidades de carga, en un valor que los represente y que sea
simplemente obtenible y manejable. Por esta razón se definió un "Eje Patrón" que
representa la carga estándar, o normalizada.
En Venezuela, como en la gran mayoría de los países occidentales, este "eje
patrón" contempla una carga por eje simple de cuatro ruedas de 8.200 kg (80 KN
ó 18.000 libras)
Adicionalmente fue necesario asignar a este eje patrón un valor del efecto que
causaba al pasar sobre un pavimento, este efecto se conoce como "factor daño",
y para una carga patrón de 18 kips, sobre un eje simple de cuatro ruedas (o ruedas
morochas), se le asignó un valor unitario, es decir cada vez que un eje simple de
18.000 lbs pasa sobre una sección de un pavimento flexible, causa sobre ese
pavimento un daño igual a uno (1).
Como consecuencia de esta simplificación surge la definición de los "Factores de
equivalencia de cargas", que "son valores numéricos que definen el daño que
causa el paso de un vehículo, o eje determinado, sobre una sección de pavimento
en una manera relativa al daño que el vehículo, o eje patrón, causa al pasar sobre
la misma sección de pavimento", o dicho de otra manera, los "Factores de
Equivalencia" transforman las repeticiones de un eje cualquiera, a un número de
repeticiones del eje patrón que causan el mismo efecto daño sobre el pavimento
que el daño causado por ese eje cualquiera.
Los "Factores de Equivalencia" para los ejes simples y tandem (dobles y triples)
son los derivados empíricamente en el Ensayo Vial AASHO en función no solo de
la magnitud de la carga y la configuración del eje que la transmite al pavimento,
sino también del tipo de pavimento (flexible o rígido), del espesor del pavimento y
de la condición final de calidad de rodaje del pavimento para el momento final del
periodo de diseño y obedecen, en una forma muy simplificada, a la relación
exponencial siguiente:
_____________________________________________________________________
2-22
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Factor de equivalencia
4
normalizada]^
=
[Carga
en
eje
/
Carga
Si se establece como carga normalizada los valores de 6.6 ton en eje simple de
dos ruedas, de 8.2 ton en ejes simple de cuatro ruedas y ejes tandem dobles, y de
23 ton en eje tandem triple, los “factores de equivalencia” toman las expresiones
aproximadas siguientes:
(Fei
simple de dos ruedas)
(Fei
simple de cuatro ruedas)
(Fei
doble)
4
= (Carga por eje (i) / 6.6)^
(E-
2)
4
= (Carga por eje (i) / 8.2)^
(E-
3)
4
= (0,57 * Carga por eje doble (i) /8.2)^
(E-
4)
(FEitriple) = (Carga por eje triple (t)/23) 4,22
(E-
5)
Ejemplos de estimación de los ejes equivalentes:
Ejemplo 1
Camión semitrailer 3S3 con 48 toneladas de carga total
Eje individual
Carga (Ton)
Eje de carga
Toneladas en
eje de carga
Factor de
equivalencia
Ejes
equivalentes
causados por el
paso de este
vehículo (Factor
daño)
Eje 1
5,76
Simple dos
ruedas
5,76
0,58
Eje 2
Eje 3
7,68
9,12
Tandem doble
(Eje 2 + eje 3)
Eje 4
8,16
16,80
1,86
Eje 5
Eje 6
10,56
6,72
Tandem triple
(eje 4 + eje 5 + eje 6)
25,44
1,53
(0,58 + 1,86 + 1,53 )
3,97
Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un
“camión virtual de 3,97 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas
_____________________________________________________________________
2-23
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Ejemplo 2
El mismo Camión semitrailer 3S3 pero con 96 toneladas de carga total
Eje individual
Carga (Ton)
Eje de carga
Toneladas en
eje de carga
Factor de
equivalencia
Ejes
equivalentes
causados por el
paso de este
vehículo (Factor
daño)
Eje 1
11,52
Simple dos
ruedas
Eje 2
Eje 3
15,36
18,24
Tandem doble
(Eje 2 + eje 3)
11,52
9,28
Eje 4
16,32
Eje 5
Eje 6
21,12
13,44
Tandem triple
(eje 4 + eje 5 + eje 6)
33,60
29,76
50,88
28,52
(9,28 + 29,76 + 28,52)
67,56
Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un
“camión virtual de 62,99 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas.
La carga, en este ejemplo se dobló, pero el efecto daño fue prácticamente 16 veces mayor.
El “Factor camión” de esta flota de dos camiones sería igual a:
FC = (3,97 + 67,56) / 2 = 35,76 ejes equivalentes
Ejemplo 3
Camión Semitrailer 3S2 con una carga de 55 toneladas
Eje individual
Carga (Ton)
Eje de carga
Toneladas en
eje de carga
Factor de
equivalencia
Ejes
equivalentes
causados por el
paso de este
vehículo (Factor
daño)
Eje 1
Eje 2
6,60
Simple dos
ruedas
6,60
1,00
Eje 3
8,25
Eje 4
10,45
Eje 5
16,24
13,46
Tandem doble
(Eje 2 + eje 3)
18,70
Tandem doble
(Eje 4 + eje 5)
29,70
2,86
18,17
(1,00 + 2,86+ 18,17)
22,03
Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un
“camión virtual de 22,03 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas.
El “Factor camión” de esta flota de tres camiones sería igual a:
FC = (3,97 + 67,56 +22,03 ) / 3 = 31,18 ejes equivalentes
_____________________________________________________________________
2-24
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Ejemplo 4
Camión Remolque 3R3 cargado con 55 toneladas
Eje individual
Carga (Ton)
Eje de carga
Toneladas en
eje de carga
Factor de
equivalencia
Ejes
equivalentes
causados por
el paso de
este vehículo
(Factor daño)
Eje 1
4,95
Simple dos
ruedas
4,95
Eje 2
Eje 3
8,25
8,25
Tandem doble
(Eje 2 + eje 3)
16,50
Eje 4
12,65
Simple cuatro
ruedas
12,65
Eje 5
Eje 6
10,45
10,45
Tandem doble
(Eje 5 + eje 6)
20,90
0,32
1,73
5,66
4,46
(0,32 + 1,73 + 5,66 + 4,46)
12,17
Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un
“camión virtual de 12,17 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas.
El “Factor camión” de esta flota de cuatro camiones sería igual a:
FC = (3,97 + 67,56 +22,03 + 12,17) / 4 = 26,43 ejes equivalentes
Ejemplo 5
Un Camión Tipo O3E autobús cargado con 20 toneladas
Eje individual
Carga (Ton)
Eje de carga
Toneladas en eje de carga
Factor de equivalencia
Ejes equivalentes
causados por el paso de
este vehículo (Factor
daño)
Eje 1
4.80
Simple dos ruedas
4,80
0,28
Eje 2
7,60
Eje 3
7,60
Tandem doble
(Eje 2 + eje 3)
15,20
1,25
(0,28 + 1,25 )
1,53
Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el
causaría un “camión virtual de 1,53 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado
con 8,2 toneladas.
El “Factor camión” de esta flota de cinco camiones sería igual a:
FC = (3,97 + 67,56 +22,03 + 12,17 + 1,53) / 5 = 21,45 ejes equivalentes
_____________________________________________________________________
2-25
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
• Metodología para el cálculo del Número de Cargas Equivalentes (REE o
Wt18) para el diseño de pavimentos
La determinación de las cargas que actuarán sobre un pavimento, en su
período de diseño, se basa en la aplicación de la Ecuación E-6
REE = Wt18 = EEo * {(1+TC)^n – 1)} / TC
(E-6)
en donde:
REE = cargas equivalentes totales en el período de diseño
EEo = cargas equivalentes acumuladas en el primer año de diseño
Siendo EEo igual a:
EEo = PDTo * %Vp * FC * fds * fuc * A * D
(E-7)
en donde:
PDTo = volumen diario del total de vehículos (livianos + pesados), para
cualquier día el año inicial de diseño.
%Vp = número de vehículos pesados, expresado en forma decimal, como
porcentaje del PDT.
El resultado de la expresión (PDTo * %Vp), se define como VTPi y es igual
al volumen diario de tráfico pesado —o número de camiones— para el año
inicial de diseño.
Por otra parte, uno de los valores más importantes es el que corresponde al
término "FC", el cual se define como "Factor camión", y es igual al número de
cargas equivalentes promedio por camión, y se obtiene dividiendo el valor
obtenido al sumar el total de cargas equivalentes de cada camión, de un número
dado de camiones que circulan por una sección de carretera, entre el número total
de camiones considerados en la sumatoria de los ejes equivalentes.
(véanse ejemplos de estimación de ejes equivalentes por tipo de camión)
El Factor Camión es una constante característica de la distribución de
frecuencia de eje por rango de carga e independiente del número de
vehículos; es decir no depende del número de camiones a partir de los
cuales se determine, pero sí de la conformación, o distribución de los
diversos camiones dentro del total del tráfico pesado diario de la vía en
estudio.
El Factor Camión permanece constante si la distribución de los tipos y cargas de
los camiones permanece invariable. Por lo contrario, si se modifica en algo el
porcentaje de vehículos cargados, o el tipo de carga, o los tipos de camiones
dentro del total de vehículos diarios, el FC se variará con respecto al anterior.
_____________________________________________________________________
2-26
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Los otros términos considerados en la Ecuación (E-7) son:
Factor de distribución por sentido (fds)
El factor de distribución por sentido (fds) permite cuantificar la fracción del total del
tránsito que circulará en el sentido de diseño, y sus valores son los que se indican
en la Tabla 7.
Tabla 7
Valores del Factor de distribución por sentido
Modo de medición del PDT
En ambos sentidos
Por sentido de circulación
Valor del fds
0,50
1,00
Factor de utilización de canal (fuc)
Este valor permite asignar al canal de diseño, la fracción del total de vehículos que
circulará por este canal, y su valor se selecciona de acuerdo a lo indicado en la Tabla
9: En Venezuela tradicionalmente sus valores han sido los siguientes —para el
tránsito ya asignado al sentido de circulación:
(a) para un canal por sentido, el fuc=1,0
(b) para dos canales por sentido, el fuc=0,90; y
(c) para tres o mas canales por sentido, el fuc = 0,80.
La Tabla 8, presenta unos valores de “fuc” no sólo en función del número de
canales por sentido, sino también del número de vehículos totales que circulan por
el sentido de diseño:
Tabla 8
Valores recomendados de factor de utilización de canal
Fuente: NCHRP Project 1-32: Pavement Design Tools, Eres Consultants, Inc. 1998
PDT en un Vía de dos (2) canales
solo sentido
por sentido de
circulación
Canal
Canal
rápido
lento
2.000
0,06
0,94
4.000
0,12
0,88
6.000
0.15
0,85
8.000
0,18
0,82
10.000
0,19
0,81
15.000
0,23
0,77
20.000
0,25
0,75
25.000
0,27
0,73
30.000
0,28
0,72
35.000
0,30
0,70
40.000
0,31
0,69
50.000
0,33
0,67
60.000
0,34
0,66
70.000
80.000
100.000
-
Vía de más de dos (2) canales por
sentido de circulación
Canal(es)
rápido(s)
0,06
0,06
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
0,09
Canal
central
0,12
0,18
0,21
0,23
0,28
0,28
0,30
0,32
0,33
0,34
0,35
0,37
0,39
0,40
0,41
0,42
Canal
lento
0,82
0,76
0,72
0,70
0,68
0,65
0,63
0,61
0,59
0,58
0,57
0,55
0,53
0,52
0,51
0,49
_____________________________________________________________________
2-27
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Factor de Ajuste por Tránsito Desbalanceado (A)
Este factor reconoce que, cuándo la medición de los volúmenes de tránsito se hace
por ambos sentidos, lo normal es que uno de los polos generadores de tránsito
resulte con un mayor número de vehículos, y con mayor carga, que el otro polo. La
Tabla 9 presenta los valores tradicionalmente empleados en Venezuela, así como los
resultantes de las mediciones obtenidas en investigaciones de tránsito en
Venezuela..
Tabla 9
Factores de Ajuste por Tránsito Desbalanceado (A)
Tipo de tránsito, con conteo en ambos
Factor de Ajuste (A)
sentidos
Tránsito desbalanceado en la mayoría de
1,05 – 1,35
las vías
(1,20 valor más común)
(Nota 1)
Tránsito desbalanceado en vías mineras
1,90
(Nota 1)
Tránsito desbalanceado en la mayoría de
1,03 – 1,53
las vías
(1,23 valor promedio)
(Nota 2)
Vías con tránsito balanceado, o conteos
1,00
en un solo sentido
Nota 1: fuente: Ing. Luis Salamé R. “Método Venezolano para el
Diseño de Pavimentos Flexibles”.
Nota 2: fuente: elaboración propia
Número de días por año en que las variables anteriores son aplicables (D)
En Venezuela se ha venido aplicando la fórmula para la estimación de las cargas
totales acumuladas en el período de diseño, para un total de 365 días por año, lo
cual es válido cuando se considera que (a) el valor de PDT ha sido determinado para
el promedio de, al menos los siete días de la semana, es decir tanto los días
laborables (Lunes a Viernes), como los Sábados y Domingos, y (b) que las
condiciones restantes del tránsito (%Vp, FC, etc.) se aplican a lo largo de los 365
días.
En la mayoría de los casos estas dos premisas no se cumplen a lo largo del año: es
suficiente destacar las carreteras en zonas agrícolas, en las cuales hay meses de
siembra y meses de cosecha y transporte; es evidente que en ambos lapsos no se
aplican las mismas cargas, ni circulan los mismos números de camiones. Es
conveniente, en consecuencia, comenzar a diferenciar en, al menos, días de trabajo
(Lunes a Viernes) y días de descanso (Sábados y Domingos), y aplicar a cada grupo
de días los correspondientes valores de las otras variables independientes que han
sido citadas. La misma situación sucede en cualquier otra vía: un menor número de
camiones transita los fines de semana y los días feriados, ya que los conductores de
estos vehículos también toman su descanso de sábados y Domingos. Conviene, en
consecuencia, comenzar a diferenciar cada una de las variables independientes de
tránsito para estos dos grupos de días: PDT, %Vp, y Factor Camión.
_____________________________________________________________________
2-28
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Factor de Crecimiento (F): Es un factor que toma en cuenta la variación del
volumen de tránsito en el período de diseño considerado, y se utiliza para
determinar las cargas equivalentes acumuladas. Los valores del Factor de
Crecimiento (F) se presentan en la Tabla IX, y son función de la Tasa de
Crecimiento (TC o “r”) y del período de diseño (n), en años.
El Factor de crecimiento se calcula a partir de cualquiera de las expresiones
siguientes, y ha ya sido comentado en la Ecuación 6::
FC = { (1 + TC) n — 1} / TC
O también:
FC = { (1 + r) n — 1} / (ln (1+r)
La tasa de crecimiento interanual (TC), permite integrar el crecimiento del tránsito
a lo largo del período de diseño, y en el caso de que no pueda ser obtenido de los
registros históricos de tránsito, pueden emplearse los resultados de mediciones
en el año 1993 que arrojan los resultados que se presentan en la Tabla 10.
Tabla 10
Valores de Tasa de Crecimiento Interanual
Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, 1998.
Criterio estadístico
Promedio
Desviación
estándar
Valor mínimo
Valor máximo
Valor
4,20 %
1,80%
0,24%
8,28%
_____________________________________________________________________
2-29
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
La tabla 11 presenta los valores de F, calculados a partir de la primera expresión:
Tabla 11
Factores de Crecimiento
_____________________________________________________________________
2-30
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Estimación del Factor Camión para el caso en que no pueden pesarse los
camiones.
•• En nuestro país, tal como ha sido señalado en varias oportunidades anteriores,
puede ocurrir que la información de tránsito no está disponible, o no puede ser
actualizada fácilmente. El Ingeniero siempre podrá realizar conteos clasificados,
aun cuando sea por el método visual, pero si no dispone de balanzas
evidentemente no podrá pesar los vehículos. Esta situación es muy común en
nuestro paìs.
Esta situación puede presentarse, por otra parte, cuando se requiere una
estimación rápida del número de cargas equivalentes aproximadas, para realizar la
determinación de los espesores de un pavimento a los fines de anteproyecto, o de
decisiones administrativas de programación de inversiones anuales.
Para lograr en estos casos la determinación de los valores del Factor Camión, el
proyectista podrá utilizar una de varias tablas que proporcionan valores de FC en
función de ciertos niveles de información, los cuales se señalan en cada tabla en
particular.
Estas tablas fueron inicialmente (1982) elaboradas por los Ings. Luis Salamé,
Andrés Pinaud, William Stalhuth y Arturo Carvajal, durante el desarrollo del
"Método Venezolano para el Diseño de Pavimentos Flexibles para Carreteras", y
han facilitado enormemente el trabajo de los ingenieros de pavimentos. Hoy en día
han sido actualizadas a través de Trabajos Especiales de Grado desarrollados en
las Universidades Santa María y Metropolitana en Caracas.
Es indudable que, mientras sea posible, deberá recurrirse al procedimiento de
calcular el valor del FC en función de la información de la distribución de
Frecuencia de Ejes por Rangos de Cargas, y en el caso de que tal hecho no pueda
ser logrado, el proyectista deberá aplicar su criterio para hacer la mejor selección
de aquella tabla que mejor representa el nivel de información de que pueda
disponer. Se recomienda en estos casos, el tratar de realizar al menos conteos de
número y tipos de vehículos, ya que los valores así obtenidos podrán ser
comparados con los de las diversas tablas y tomar la decisión más conveniente,
aplicando el buen juicio ingenieril y la experiencia personal.
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2-31
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Tabla 12
Factor Camión por Tipo de Vehículo para vías de tránsito muy pesado
Valores de Factor Camión para vías con condición de "tránsito muy pesado"
% en la
Tipo de camión distribución % cargados
2RD autobús
9.35
82.45
2RD camión
O3Eautobús
O3Ecamión
2S1
2S2
2S3
3S1
3S2
3S3
2R2
2R3
3R2
3R3
3R4
Total
% vacíos
17.55
Factor
Camión
Vacío
0.13
Factor
Factor
Camión
Camión
Cargado
Ponderado
1.68
2.01
0.64
96.33
3.67
0.26
12.89
4.65
0.96
8.45
4.84
9.73
10.55
5.17
14.21
10.03
9.79
17.09
10.04
14.18
12.43
100.00
84.34
15.66
0.244
7.795
6.613
51.67
83.82
16.18
0.14
5.52
0.28
87.32
12.68
0.15
1.08
13.57
80.17
19.83
0.33
10.46
0.66
33.75
66.25
0.68
13.02
4.64
79.46
20.54
0.23
12.18
0.23
91.58
8.42
0.04
11.51
0.75
37.53
62.47
1.62
11.08
9.48
94.71
5.29
0.19
15.00
6.98
95.33
4.67
0.16
10.51
0.44
72.65
27.35
0.29
13.37
0.28
89.41
10.59
0.52
19.05
0.19
0.84
83.43
98.06
16.57
1.94
0.09
0.46
12.01
14.45
Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, 1983-1995
Gustavo Corredor M. 2003
Procesamiento de pesaje en 96.949 camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET, incluyendo
la data original del Ing. Luis Salamé R(+) del año 1983 y pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.), en un
total de 19 vías troncales de la red vial venezolana con características de tránsito muy pesado, y las Autopistas
Caracas-La Guaira, Centrooccidental y Caracas-Tejerías (TO-01).
Tabla 13
Factor Camión por número de ejes, para vías de tránsito muy pesado
Valores de Factor Camión para vías con condición de "tránsito muy pesado"
Tipo de
camión
2 ejes
3 ejes
4 ejes
5 ejes
6 ejes
7 ejes
Total
% en la
distribución % cargados
61.02
83.61
% vacíos
16.39
Factor
Camión
Vacío
0.14
Factor
Factor
Camión
Camión
Cargado
Ponderado
4.99
4.20
14.51
78.19
21.81
0.38
10.30
5.83
73.54
26.46
0.66
12.20
10.18
94.28
5.72
0.20
14.98
7.82
95.62
4.38
0.17
10.94
0.64
96.33
3.67
0.26
12.89
8.14
9.14
14.13
10.47
12.43
100.00
84.34
15.66
0.244
7.795
6.613
Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, 1983-1995
Gustavo Corredor M. 2003
Procesamiento de pesaje en 96.949 camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET, incluyendo
la data original del Ing. Luis Salamé R(+) del año 1983 y pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.),
en un total de 19 vías troncales de la red vial venezolana con características de tránsito muy pesado, y las Autopistas
Caracas-La Guaira, Centrooccidental y Caracas-Tejerías (TO-01).
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2-32
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
La Tabla 13 es muy útil cuando se procesa la información proveniente de las Plazas
de Peaje, ya que en ellas los vehículos se clasifican por “número de ejes”
Tabla 14
Factor Camión por Tipo de Vehículo para vías de tránsito medio a liviano
Fuente: 1er. Simveas, Valencia, Octubre de 2000.
% en la
%
Tipo de camión distribución cargados % vacíos
13.30
100.00
0.00
2RD autobús
2RD camión
O3E
2S1
2S2
2S3
3S1
3S2
3S3
2R2
2R3
3R2
3R3
3R4
Total
Factor
Camión
Vacío
-
Factor
Factor
Camión
Camión
Cargado Ponderado
1.38
1.38
55.60
49.62
50.38
0.11
3.82
12.26
58.91
41.09
0.20
6.78
1.04
51.28
48.72
0.18
3.81
0.00
100.00
0.19
0.13
40.00
60.00
0.00
0.00
0.00
5.84
68.49
31.51
0.13
7.16
4.98
81.28
18.72
0.21
8.98
0.11
100.00
0.00
0.77
72.41
27.59
0
0
0
0.96
83.33
16.67
0.19
11.40
1.20
79.20
20.80
0.06
10.21
100.00
59.16
40.84
0.13
4.47
Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, 1995
6.09
-
0.11
-
6.21
-
-
-
11.85
0.38
-
1.95
4.08
3.21
0.19
2.55
5.63
-
4.94
7.34
11.85
4.18
9.53
8.10
2.70
Gustavo Corredor M. 1999
Procesamiento de pesaje en 3.752 camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET,
a partir de pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.), en un total de 15 vías de la red vial
venezolana con características de tránsito medio a bajo.
* Número de días por año en que las variables anteriores son aplicables (D)
En Venezuela se ha venido aplicando la fórmula para la estimación de las cargas
totales acumuladas en el período de diseño, para un total de 365 días por año, lo
cual es válido cuando se considera que (a) el valor de PDT ha sido determinado para
el promedio de, al menos los siete días de la semana, es decir tanto los días
laborables (Lunes a Viernes), como los Sábados y Domingos, y (b) que las
condiciones restantes del tránsito (%Vp, FC, etc.) se aplican a lo largo de los 365
días.
En la mayoría de los casos estas dos premisas no se cumplen a lo largo del año: es
suficiente destacar las carreteras en zonas agrícolas, en las cuales hay meses de
siembra y meses de cosecha y transporte; es evidente que en ambos lapsos no se
aplican las mismas cargas, ni circulan los mismos números de camiones. Es
conveniente, en consecuencia, comenzar a diferenciar en, al menos, días de trabajo
(Lunes a Viernes) y días de descanso (Sábados y Domingos), y aplicar a cada grupo
de días los correspondientes valores de las otras variables independientes que han
sido citadas. La misma situación sucede en cualquier otra vía: un menor número de
camiones transita los fines de semana y los días feriados, ya que los conductores de
estos vehículos también toman su descanso de Sábados y Domingos. Conviene, en
consecuencia, comenzar a diferenciar cada una de las variables independientes de
tránsito para estos dos grupos de días: PDT, %Vp, y Factor Camión.
_____________________________________________________________________
2-33
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Análisis estadísticos de estas variables, en un número de 9 vías, arrojan los
siguientes resultados:
Tabla 15
Variables de tránsito para sábados y domingos, expresados como porcentajes
de los valores correspondientes para días laborables
Variable de tránsito
Promedio diario de tránsito (PDT)
% de vehículos pesados (%Vp)
Factor Camión Ponderado Total
Cargas Equivalentes diarias
% correspondiente para
los días de fín de semana
Promedio (%)
Rango (%)
94,1
83,0 — 111,9
63,3
54,4 — 70,0
80,5
70,1 — 89,1
48,3
34,8 — 69,2
De igual manera, si se dispone de la distribución de camiones de los días laborables,
se puede estimar la distribución en fines de semana, de acuerdo a los porcentajes
indicados en la Tabla 16.
De todos estos valores el más significativo es, sin duda, el correspondiente a las
cargas equivalentes diarias, que permitiría expresar la Ecuación de EEo de la
siguiente manera:
EEo = [PDT(l-v) * %Vp(l-v) * FC(l-v)] * [251 + 0,483 * 114] * [fds * fuc * A]
En donde el subíndice (l-v) representa los valores de cada factor de tránsito para los
días laborables, la cifra de 251 corresponde a los días laborables, resultantes de
descontar a los 365 días del año 104 Sábados y Domingos más un estimado de 10
días festivos adicionales, y el valor de 0,483 es el promedio obtenido de las cargas
equivalentes diarias de fines de semana, expresado como fracción del
correspondiente valor de lunes a viernes.
Actualmente se están adelantando dos Trabajos de Grado en la Universidad CentroOccidental Lisandro Alvarado (UCLA). En la primera en los que se persigue validar la
ecuación anterior para un mayor universo de datos estadísticos, y en la segunda se
espera determinar la relación entre las mediciones de tránsito (fundamentalmente
conteos clasificados) realizados en un mes o semana determinado y el valor
correspondiente obtenido en una medición continua a lo largo de un año.
_____________________________________________________________________
2-34
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
Tabla 16
Distribución de camiones de fines de semana, expresada como %
del número diario correspondiente de Lunes a Viernes.
Tipo de vehículo
Autobusete
Autobús
2 ejes liviano (350)
2 ejes pesado (750)
3 ejes
4 ejes
5 ejes
6 + ejes
% correspondiente para
los días de fín de semana
Promedio (%)
Rango (%)
190,8
136,6 — 260,1
184,1
142,6 — 225,1
125,7
98,2 — 248,1
80,6
65,5 — 102,1
72,7
47,1 — 93,1
63,8
23,7 — 86,7
66,5
41,2 — 81,2
66,0
43,2 — 81,9
Otra Tabla de interés
A continuación se transcribe la Tabla 17, la cual permite estimar el Factor Camión
Ponderado Total por Estado, y la cual es muy útil cuando se realizan estimaciones de
inversión en planes regionales de pavimentación, o en cualquier otro trabajo de
planificación.
Tabla 17
Valores Promedio del Factor Camión para las diferentes Entidades del País
Entidad
Amazonas
Anzoátegui
Apure
Aragua
Barinas
Bolívar
Carabobo
Cojedes
Delta Amacuro
Dtto. Federal
Falcón
Lara
Mérida
Miranda
Monagas
Nueva Esparta
Portuguesa
Sucre
Trujillo
Zulia
Factor
Camión
Promedio
Ponderado
1,29
2,05
1,42
3,77
1,42
6,69
3,93
1,42
1,29
3,61
3,03
1,42
1,29
3,61
2,05
1,25
1,42
2,05
1,47
3,45
Fuente: II Taller “Evaluación y Clasificación de la Red Vial Principal”, Caracas, 1993. Ministerio de Transporte y
Comunicaciones, Dirección General Sectorial de Vialidad Terrestre, Dirección de Conservación Vial.
_____________________________________________________________________
2-35
Obtención y manejo de la información de tránsito
________________________________________________________________________
La variable tránsito en el Método de Diseño AASHTO-2002
El nuevo método de diseño de pavimentos, que la AASHTO ha venido ofreciendo
desde el año 2000, no manejará la información de tránsito bajo el procedimiento de
los “ejes equivalentes”, sino —a partir de la misma data empleada en estos ejes
equivalentes— introducirá en los módulos del programa de diseño la carga
expresada en toneladas por tipo de eje, ya sea a nivel de cada tipo de vehículo de
carga, o agrupándolos por tipo de eje: simple, doble y triple.
En Venezuela, al igual que en otros países de nuestra América, se ha comenzado a
manejar la data de pesaje para producir estos “espectros de carga”. A continuación
se presentan las Figuras 1 a 4, las cuales muestran la frecuencia de ocurrencia de
las cargas para los ejes simples de dos ruedas, ejes simples de cuatro ruedas, ejes
tandem dobles (8 ruedas) y tandem triples (12 ruedas), los cuales han sido obtenidos
del procesamiento del pesaje de un total de cerca de 85.000 vehículos de carga.
En estas figuras resalta el hecho de la “sobrecarga”, un problema de gran magnitud
no resuelto en Venezuela, como lo demuestran las siguientes cifras de ejes
sobrecargados: 27.1%; 20.3%, 38.6% y 49.6% para los ejes simples de dos ruedas,
de cuatro ruedas, ejes tandem dobles y tandem triples respectivamente.
Espectro de cargas en eje simple de 4 ruedas
Espectro de carga en ejes sim ples de 2 ruedas
90
60
80
50
% de frecuencia
% de frecuencia
70
60
50
40
30
40
30
20
20
10
10
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
5
10
15
Carga en eje simple (ton)
20
25
30
35
40
Carga en eje simple (ton)
Espectro de carga en eje triple (12 ruedas)
Espectro de cargas en eje doble (8 ruedas)
25
18
16
14
% de frecuencia
% de frecuencia
20
15
10
12
10
8
6
4
5
2
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Carga en eje doble (ton)
40
45
50
55
60
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Carga en eje triple (ton)
_____________________________________________________________________
2-36
60
65
70
Instituto Venezolano del Asfalto
Diseño de nuevos pavimentos por el
Método de la AASHTO‐93
Experimento Vial de la AASHO (1958-1962)
Base de la Guía de Diseño AASHTO
Capítulo 2: Método AASHTO‐93 para el diseño de
nuevos pavimentos flexibles
Ing. Gustavo Corredor M. (MsCE)
San Juan de los Morros
28 y 29 de febrero de 2008
Método AASHTO-93
• Método AASHTO-86(93) en el diseño de pavimentos flexibles
A. Alcance
La aplicación del Método AASHTO-72 se mantuvo hasta mediados del año 1983,
cuando se determinó que, aún cuando el procedimiento que se aplicaba alcanzaba
sus objetivos básicos, podían incorporársele algunos de los adelantos logrados en
los análisis y el diseño de pavimentos que se habían conocido y estudiado desde
ese año 1972. Por esta razón, en el período 1984-1985 el Sub-Comité de Diseño
de Pavimentos junto con un grupo de Ingenieros Consultores comenzó a revisar el
"Procedimiento Provisional para el Diseño de Pavimentos AASHTO-72", y a finales
del año 1986 concluye su trabajo con la publicación del nuevo "Manual de Diseño
de Estructuras de Pavimentos AASHTO '86", y sigue una nueva revisión en el año
1993, por lo cual, hoy en día, el método se conoce como Método AASHTO-93.
Este Manual mantiene las ecuaciones de comportamiento de los pavimentos que
se establecieron en el Experimento Vial de la AASHO en 1961, como los modelos
básicos que deben ser empleados en el diseño de pavimentos; introduciendo, sin
embargo, los cambios más importantes sucedidos en diferentes áreas del diseño,
incluyendo las siguientes:
1. Incorporación de un "Factor de Confiabilidad" -fundamentado en un
posible cambio del tráfico a lo largo del período de diseño, que permite al
Ingeniero Proyectista utilizar el concepto de análisis de riesgo para los
diversos tipos de facilidades viales a proyectar.
2. Sustitución del Valor Soporte del Suelo (Si), por el Módulo Resiliente
(Método de Ensayo AASHTO T274), el cual proporciona un procedimiento
de laboratorio racional, o mejor aún de carácter científico que se
corresponde con los principios fundamentales de la teoría elástica para la
determinación de los propiedades de resistencia de los materiales.
3. Empleo de los módulos resilientes para la determinación de los
coeficientes estructurales, tanto de los materiales naturales o procesados,
como de los estabilizados.
4. Establecimiento de guías para la construcción de sistemas de subdrenajes, y modificación de las ecuaciones de diseño, que permiten tomar
en cuenta las ventajas que resultan, sobre el comportamiento de los
pavimentos, como consecuencia de un buen drenaje.
.
5. Sustitución del "Factor Regional" -valor indudablemente bastante
subjetivo- por un enfoque más racional que toma en consideración los
efectos de las características ambientales -tales como humedad y
temperatura- sobre las propiedades de los materiales.
_________________________________________________________________________
1
Método AASHTO-93
Ecuación de diseño:
La ecuación AASHTO-93 toma la siguiente forma:
⎡ ΔPSI ⎤
log10 ⎢
⎥
⎣ 4.2 − 1.5 ⎦ + 2.32 * log M − 8.07
log10 Wt18 = Z R * So + 9.36 * log10 ( SN + 1) − 0.20 +
10
R
1094
0.40 +
(SN + 1)5.19
Variables independientes:
Wt18 : Número de aplicaciones de cargas equivalentes de 80 kN acumuladas en
el periodo de diseño (n)
ZR : Valor del desviador en una curva de distribución normal, función de la
Confiabilidad del diseño (R) o grado confianza en que las cargas de diseño no
serán superadas por las cargas reales aplicadas sobre el pavimento.
So: Desviación estándar del sistema, función de posibles variaciones en las
estimaciones de tránsito (cargas y volúmenes) y comportamiento del pavimento a
lo largo de su vida de servicio.
ΔPSI: Pérdida de Serviciabilidad (Condición de Servicio) prevista en el diseño, y
medida como la diferencia entre la “planitud” (calidad de acabado) del pavimento
al concluirse su construcción (Serviceabilidad Inicial (po) y su planitud al final del
periodo de diseño (Servicapacidad Final (pt).
MR: Módulo Resiliente de la sub-rasante y de las capas de bases y sub-bases
granulares, obtenido a través de ecuaciones de correlación con la capacidad
portante (CBR) de los materiales (suelos y granulares).
Variable dependiente:
SN: Número Estructural, o capacidad de la estructura para soportar las cargas
bajo las condiciones (variables independientes) de diseño.
_________________________________________________________________________
2
Método AASHTO-93
Solución de la ecuación ASSHTO-93
La ecuación AASHTO-93 solo puede ser solucionada a través de iteraciones
sucesivas, ya sea manualmente, u hoy en día por medio de programas de
computadora personal, o manual. La Asociación de Pavimentadores de Concreto
ofrece un Programa denominado Pavement Analysis System, el cual resuelve
dicha ecuación de una manera sencilla y amigable:
Programa de diseño de pavimentos desarrollado por la
Asociación Americana de Pavimentos de Concreto
(ACPA), versión WinPas, aplicación para pavimentos
flexibles (1993).
_________________________________________________________________________
3
Método AASHTO-93
B. Procedimiento AASHTO '93 para diseño de nuevos pavimentos.
B.1 Variables Generales de Diseño
Se consideran como "Variables Generales de Diseño" aquellas que deben ser
consideradas en el diseño y construcción de cualquier estructura de pavimentos.
Dentro de esta categoría se incluyen: limitaciones de tiempo (tales como
comportamiento y período de análisis), tráfico, confiabilidad y efectos ambientales.
B.1.1 Limitaciones relacionadas con el tiempo (años) de diseño
La selección de varios períodos de diseño y de niveles de servicapacidad
—también denominada “serviceabilidad” o “idoneidad”— obligan al
Proyectista a considerar estrategias de diseño que vayan desde una
estructura que requerirá bajo nivel de mantenimiento, y que prácticamente
durará todo el período seleccionado sin mayores acciones sobre él, hasta
alternativas de construcción por etapas, que requerirán una estructura
inicial más débil y un programa, previamente establecido, de mantenimiento
y repavimentación.
Se denomina "período de comportamiento" al lapso que se requiere para
que una estructura de pavimento nueva -o rehabilitada- se deteriore de su
"nivel inicial de servicapacidad", hasta su nivel establecido de
"servicapacidad final", momento en el cual exige de una acción de
rehabilitación. El Proyectista debe, en consecuencia, seleccionar los
extremos máximo y mínimo de servicapacidad. El establecimiento de estos
extremos, a su vez, se ve afectado por factores tales como: clasificación
funcional del estado de un pavimento, percepción del público usuario de
"cuánto debe durar una estructura nueva", fondos disponibles para la
construcción inicial, costos asociados con el ciclo de vida de la estructura, y
otras consideraciones de ingeniería.
Se define como "período de análisis" al lapso que debe ser cubierto por
cualquier estrategia de diseño. Normalmente coincide con el "período de
comportamiento"; sin embargo limitaciones prácticas y realísticas en el
comportamiento de ciertos casos de diseño de pavimentos, pueden hacer
necesario que se consideren varias etapas de construcción, o una
rehabilitación programada, que permita el alcanzar el período de análisis
deseado.
En los métodos AASHTO de 1961 y de 1972 era frecuente diseñar los
pavimentos para un período máximo de 20 años; hoy en día, en el Método
AASHTO '93, se recomienda que se estudien los pavimentos para un
período de comportamiento mayor, ya que ellos pueden dar lugar a una
mejor evaluación de las alternativas a largo plazo basadas en análisis de
costo-tiempo. En cualquier caso, sin embargo, se recomienda que el
_________________________________________________________________________
4
Método AASHTO-93
período de análisis incluya al menos una rehabilitación de la
estructura recomendada.
Los lapsos de diseño sugeridos son:
Tipo de facilidad vial
Período de (en años)
análisis
diseño
_______________________________________________________
Urbana de alto volumen
30 – 50
15-20 (30)
Interurbana de alto volumen
20 – 50
15-20 (30)
De bajo volumen
° pavimentada con asfalto
15 – 25
8-12
° con rodamiento sin tratamiento
10 – 20
5-8
(Base granular sin capa asfáltica)
_______________________________________________________
La Figura "A" permite visualizar gráficamente el concepto de período de
análisis en un diseño de pavimentos.
Figura "A": Representación gráfica del período de análisis
_________________________________________________________________________
5
Método AASHTO-93
B.1.2 Tráfico
El establecimiento de los espesores de pavimento mediante el Método
AASHTO '93, se fundamenta en la determinación de las "Cargas
Equivalentes Acumuladas en el Período de Diseño (Wt18)", calculadas de
acuerdo al procedimiento establecido para el Método AASHTO '72, y al
cual se hace referencia en el Primer Volumen de estos "Apuntes de
Pavimentos", y que en esa oportunidad fueron definidas con el término
Wt18. Cuando se emplea el método AASHTO '93 deben aplicarse los
"factores de equivalencia de cargas —"FEi"—de acuerdo al procedimiento
seguido en Venezuela para la estimación de cargas.
B.1.3 Confiabilidad
La "Confiabilidad del Diseño (R)" se refiere al grado de certidumbre
(seguridad) de que una determinada alternativa de diseño alcance a durar,
en la realidad, el tiempo establecido en el período seleccionado. La
confiabilidad también puede ser definida como la probabilidad de que el
número de repeticiones de cargas (Nt) que un pavimento pueda soportar
para alcanzar un determinado nivel de servicapacidad de servicio, no sea
excedida por el número de cargas que realmente estén siendo aplicadas
(WT)sobre ese pavimento".
Figura "B": Criterio de confiabilidad estadística
_________________________________________________________________________
6
Método AASHTO-93
La Figura "B" presenta en forma gráfica el concepto de la probabilidad de
la distribución normal del error en la estimación del tráfico y
comportamiento de la estructura, y es la base para las definiciones de la
confiabilidad que caracterizan este método de diseño.
Si se ha definido a "Wt18" como las cargas equivalentes de diseño y a "WT"
como las cargas actuantes reales, se tendrá en la Figura "B", que el área
en blanco representa la probabilidad de éxito del diseño, es decir que Nt ≥
NT cuando p ≥ pt. Esta probabilidad se define como el "Nivel de
Confiabilidad (R)" del proceso de diseño-comportamiento, y se expresa:
R = 100 * Probabilidad (Nt ≥ NT) = 100 * Prob. (d ≥ 0)
Para un nivel determinado de Confiabilidad, (R), habrá un Factor de
Confiabilidad -(FR)- que es función de la desviación estandar (So), y la
cual, a su vez, toma en consideración la variación esperada en los
materiales y el proceso constructivo que predominarán en el pavimento
que se diseña, la posibilidad de variación en la predicción del tráfico a lo
largo del período de diseño, y la variabilidad normal en el comportamiento
del pavimento para un valor de Wt18.
Este valor de "FR", a su vez, multiplica a las cargas equivalentes totales
(Wt18 ó N't) -obtenidas según se indicó en el Aparte B.1.2, y se logra, en
consecuencia, el verdadero valor de Cargas Equivalentes Totales (Wt18), el
cual será introducido en la Ecuación de Diseño.
La confiabilidad (R), en el Método AASHTO '93, se establece mediante la
correcta selección de este "Factor de Confiabilidad en el Diseño (FR)", y
para cuya determinación es necesario transformar la curva del proceso de
diseño a una "curva normalizada", mediante la relación
Z = ( δ0 - δ0 ) / S0 = ( δ0 - log FR ) / S0
En esta curva normalizada, en el punto donde δ0 = o, el valor de Z = ZR
es decir:
ZR = (- log FR) /S0
Para un nivel determinado de confiabilidad, por ejemplo R = 75%, el valor
de ZR puede ser obtenido de las curvas de distribución normal (Curvas de
Gauss), y corresponde al área en el sector que va desde (- ∞) hasta (100R / 100). En una curva de Gauss se tiene que para R = 75%, el valor de ZR
= (-0,674).
La ecuación anterior también puede ser escrita como:
_________________________________________________________________________
7
Método AASHTO-93
ó también como:
log FR = - ZR * S0
FR = 10-ZR * S0
Ambas ecuaciones pueden ser consideradas como una definición
algebraica del Factor de Confiabilidad de Diseño.
La "Tabla I" permite obtener los niveles adecuados de Confiabilidad (R)
para diferentes tipos de vías, clasificadas por la AASHTO, según su grado
de servicio.
TABLA I
Niveles Recomendados de Confiabilidad (R)
_________________________________________________________
Clasificación de la vía
Urbana
Rural
_________________________________________________________
Autopistas
85-99,9
80-99,9
Troncales
80-99
75-95
Locales
80-95
75-95
Ramales y Vías Agrícolas
50-80
50-80
_________________________________________________________
NOTA IMPORTANTE
PARA EFECTOS DE DISEÑO DEBE
QUEDAR CLARO QUE A MEDIDA QUE EL
VALOR DE LA CONFIABILIDAD SE HACE
MAS GRANDE, SERAN NECESARIO UNOS
MAYORES ESPESORES DE PAVIMENTO
Una vez seleccionado el valor de “R” que el Proyectista considere
adecuado, se busca el valor de ZR de la Tabla I-I. Sí el Proyectista carece
de experiencia en el diseño, evidentemente, ya que mientras mayor sea el
valor de “R” mayor será la “confianza” en el diseño, tratará de seleccionar
los valores en el rango alto de la Tabla I.
El valor que representa a la “Confiabilidad” y que es llevado a la ecuación
de diseño ASSHTO-93 es, finalmente, el valor ZR.
_________________________________________________________________________
8
Método AASHTO-93
TABLA I-I
Valores de ZR en la curva normal para
diversos grados de Confiabilidad
Confiabilidad
(R)
50
60
70
75
80
85
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
99,9
99,99
Valor de
ZR
- 0,000
- 0,253
- 0,524
- 0,674
- 0,841
- 1,037
- 1,282
- 1,340
- 1,405
- 1,476
- 1,555
- 1,645
- 1,751
- 1,881
- 2,054
- 2,327
- 3,090
- 3,750
Desviación estándar del sistema (so)
El valor de la desviación estándar (So) que se seleccione debe, por otra
parte, ser representativo de las condiciones locales. La "Tabla II" se
recomiendan para uso general, pero estos valores pueden ser ajustados
en función de la experiencia para uso local.
TABLA II
Valores Recomendados para la Desviación Estándar (So)
_______________________________________________________
Condición de Diseño
Desviación Estandar
_______________________________________________________
Variación de la predicción en el
comportamiento del pavimento
(sin error de tráfico)
0,25
Variación total en la predicción del
comportamiento del pavimento y en
la estimación del tráfico
0,35 — 0.50
(0.45 valor recomendado)
_______________________________________________________
_________________________________________________________________________
9
Método AASHTO-93
Efecto del nivel de confiabilidad
El efecto combinado de la confiabilidad y de la desviación estándar del
sistema (ZR * so) es el de un “factor de seguridad”, ya que, siendo siempre
ZR un valor numérico de signo negativo, pasa al otro lado de la ecuación
AASHTO-93, en donde está expresado el logaritmo de la carga (logWt18),
como un sumado positivo; es decir incrementa la “carga de diseño”.
Por ejemplo, si la carga de diseño es de 50 millones de repeticiones, el
logaritmo de este número (7.699) es introducido en la ecuación, y si el
diseño del pavimento fuese para una vía interurbana (rural) de mucho
tránsito, como es común en Venezuela, “R” sería seleccionado, de acuerdo
a la Tabla I, como un valor máximo de 99.9%, para lo cual corresponde, de
acuerdo a la Tabla I-I, un valor de ZR de —3.090.
Sí, por otra parte, el valor de la desviación estándar del sistema (Tabla II),
también como el Método lo sugiere, es seleccionado cómo “0.45”, el
término “ZR*So” resulta en: —3.090 * 0.45 = —1.391.
Sí, el valor (—1.391) es pasado al otro lado de la ecuación, pasa son signo
ahora positivo (+), y por lo tanto se suma al valor de logwt18;
En nuestro cálculo sería:
7.699 = (—3.090 * 0.45) + 9.36 log(SN+1) + …. , es decir:
7.699 + 1.391 = 9.36 log (SN+1) + …., que es lo mismo que:
9.090 = 9.36 log (SN+1) + ….
Y por lo tanto, el antilogaritmo de 9.090 es igual a: 1.230.269 ejes
equivalentes, es decir que se estaría diseñando para unas cargas 24.6
veces mayores a las que han resultado como producto de la estimación de
cargas.
En resumen, el término “ZR*So” actúa en la ecuación como un “Factor de
seguridad”, que en este ejemplo resulta realmente muy alto (24.6), para
una estructura que no “colapsa”, sino que se va deteriorando
progresivamente, y sobre la cual hay tiempo de actuar para recuperar su
estado o condición de servicio.
Análisis como los anteriores, que para nuestra información fueron por
primera vez señalados a la comunidad de Ingenieros de Pavimentos por el
Ingeniero venezolano Augusto Jugo durante la celebración del IX
Congreso Iberolatinoamericano del Asfalto (IX CILA), celebrado en Perú en
el año 1994, ha llevado a la proposición de nuevos criterios para la
_________________________________________________________________________
10
Método AASHTO-93
selección del valor de Confiabilidad, y los que se muestran en las dos
tablas siguientes:
(a) Criterio desarrollado en Chile:
Tabla I-A
Niveles recomendados de Confiabilidad (R)
Cargas de diseño (millones de repeticiones)
Pavimentos flexibles
Pavimentos rígidos
<= 3.5
<= 5
3.5 a 10
5 a 15
10 a 20
15 a 30
20 a 35
30 50
35 a 50
50 70
Mas de 50
Mas de 70
Valor
recomendado
de confiabilidad (R)
50-60
50-70
60-75
70-80
70-85
70-90
(b) Criterio incluido en la Guía de Diseño AASHTO-2002
TABLA I-B
Niveles Recomendados de Confiabilidad (R)
_________________________________________________________
Clasificación de la vía
Urbana
Rural
_________________________________________________________
Autopistas
85-97
80-95
Troncales
80-95
75-90
Locales
75-85
70-90
Ramales y Vías Agrícolas
50-75
50-75
_________________________________________________________
B.1.3.1 Criterio de selección del nivel de confiabilidad
La selección de un nivel apropiado de confiabilidad para una facilidad vial
en particular, dependerá fundamentalmente del grado de uso -tipo y
volumen de tráfico que la servirá- y de las consecuencias, es decir el
riesgo, que provendrán de escoger un pavimento de espesores muy
reducidos. Si la vía tiene altos volúmenes de tráfico será inconveniente el
que se cierre frecuentemente en un futuro, debido a reparaciones que
sobre élla se requieran, como consecuencia de fallas resultantes de un
diseño con espesores reducidos.
El enfoque correcto para la selección del Nivel de Confiabilidad (R),
debería ser el representado en la Figura B-1, y la determinación del nivel
de confianza debe ser el que corresponde a la solución de menor costo,
entendiendo como tal a aquella solución que considere tanto el costo inicial
de construcción como el costo futuro, que a su vez es el resultante del
_________________________________________________________________________
11
Método AASHTO-93
costo de mantenimiento y rehabilitación, y el costo sobre el usuario (tiempo
de viaje, consumo de combustible y cauchos, reparaciones, etc.)
Es indudable que en Venezuela no estamos todavía
en condiciones de realizar la fijación del valor de "R"
mediante este procedimiento, aún cuando ya se ha
comenzado a evaluar el efecto del diseño del
pavimento sobre el costo del usuario; por esta razón
debe seleccionarse el valor de "R" en función de los
rangos establecidos en la Tabla 1.
Es importante destacar que cuando se considere la construcción por
etapas, debe calcularse la confiabilidad de cada etapa individual, con el fin
de lograr la confiabilidad global del diseño.
La confiabilidad de cada etapa puede ser expresada según la fórmula
siguiente:
Retapa =(Rglobal)1/n
siendo "n" el número de etapas que se establecen en el diseño.
Figura B-1: Determinación idealizada del valor del nivel de confianza
_________________________________________________________________________
12
Método AASHTO-93
Por ejemplo, si el diseño establece tres (3) etapas en la construcción del
pavimento, y el nivel de confiabilidad global es del 95%, la confiabilidad de
cada etapa será de 98,3%.
Retapa = (0,95)1/3 = 0,983
B.1.4 Impacto del Ambiente
Los cambios en la temperatura y en la humedad tiene una marcada
influencia en la resistencia, durabilidad y capacidad de soporte de los
materiales y/o mezclas del pavimento, así como del material de fundación,
a través de varios mecanismos, especialmente en nuestro clima tropical
por el fenómeno de hinchamiento.
En el caso de que exista un suelo expansivo, y el diseño de pavimento no
lo tome en cuenta como para prevenir sus efectos adversos, la pérdida de
servicapacidad a lo largo del período de análisis debe ser estimada y
sumada a la pérdida debido a la repetición de las cargas acumuladas.
La Figura 1 muestra, de una manera conceptual, la pérdida de
servicapacidad contra el tiempo, en este caso por una combinación de
hinchamiento y de helada (caso indudablemente no aplicable en nuestro
país).
Figura 1: Ejemplo conceptual de la Pérdida de Servicapacidad contra
el tiempo de servicio, debido a efectos ambientales
_________________________________________________________________________
13
Método AASHTO-93
B.2 Criterio de Comportamiento
La servicapacidad de un pavimento se ha definido como su habilidad de servir al
tipo de tráfico que utiliza la facilidad vial. La medida fundamental de la
servicapacidad, tal como fue establecida en el Experimento Vial de la AASHO, es
el Índice de Servicapacidad Actual (PSI), y que puede variar entre los rangos de
cero (0) -vía intraficable- a cinco (5) -vía con un pavimento perfecto-.
Los índices de servicapacidad inicial (po) y final -o terminal- (pt), deben ser
establecidos para calcular el cambio total en servicapacidad que será incorporado
en la ecuación de diseño.
El Indice de Servicapacidad Inicial (po) es función del diseño de
pavimentos y del grado de calidad durante la construcción. El valor
establecido en el Experimento Vial de la AASHO para los pavimentos
flexibles fue de 4,2.
El Indice de Servicapacidad Final (pt), es el valor más bajo que puede ser
tolerado por los usuarios de la vía antes de que sea necesario el tomar
acciones de rehabilitación, reconstrucción o repavimentación, y
generalmente varía con la importancia o clasificación funcional de la vía
cuyo pavimento se diseña, y son normalmente los siguientes:
° Para vías con características de autopistas urbanas y
troncales de mucho tráfico:
pt = 2.5 -3.0
° Para vías con características de autopistas urbanas y
troncales de intensidad de tráfico normal, así como para
autopistas Interurbanas,
pt = 2.0-2.5
Para vías locales, ramales, secundarias y agrícolas se toma
un valor de
pt = 1.8-2.0
Se recomienda que, normalmente el valor de pt nunca sea
menor de 1.8, aún cuando las características de tráfico
de la vía sean muy reducidas.
De ser ese el caso, lo que se recomienda es
disminuir el período de diseño.
Los criterios de aceptación por el público usuario de una vía, en
función de la condición de servicio, que pueden servir como
_________________________________________________________________________
14
Método AASHTO-93
indicadores para la adecuada selección del valor de
servicapacidad final (pt), son, de acuerdo a lo indicado en la Guía
de Diseño AASHTO-93 son:
Valor
de Pt
3.0
2.5
2.0
% de usuarios que
aceptan como buena
la condición de
servicio del
pavimento
82
45
15
El valor de diseño para el criterio de comportamiento que se
introduce en la ecuación de diseño es la diferencia entre po y pt,
es decir:
ΔPSI = po - pt
La Figura "1.A" representa gráficamente el concepto de
"comportamiento" y muestra como, por efecto de las cargas sobre
el pavimento, el nivel inicial de servicapacidad (po) se ve reducido
a su nivel mínimo aceptable (pt).
Figura 1.A: Variación de la servicapacidad de un pavimento por efecto de las
cargas que actúan sobre la estructura.
_________________________________________________________________________
15
Método AASHTO-93
B.3 Determinación de las propiedades de los materiales para el proceso
de diseño de pavimentos flexibles.
La base del Método AASHTO '93, para la caracterización de los materiales,
tanto de la subrasante como los que conformarán las diferentes capas de la
estructura, es la determinación del módulo elástico o resiliente.
B.3.1 Módulo Resiliente Efectivo (Ponderado) del material de
subrasante
(MR)
Paso 1. El método exige que el valor de módulo elástico del material
de fundación que se introduzca en la ecuación de diseño, represente
el efecto combinado de los diferentes módulos de ese material a lo
largo del año, el cual se modifica en función de las condiciones
ambientales a los cuales está sometido durante ese tiempo. Este
valor, por otra parte, cuantifica el daño relativo al cual está sometido
un pavimento durante cada época del año, y pondera este daño en
una forma global para cualquier momento del año.
A este efecto la determinación del valor de MR puede lograrse por
alguno de los procedimientos siguientes:
a. Efectuando ensayos de módulo resiliente en laboratorio (Método
AASHTO T-274) sobre muestras representativas, bajo condiciones
de esfuerzo y humedad similares a aquellas de las épocas
predominantes en el año, es decir las estaciones climatológicas
durante las cuales se obtendrán valores significativamente
diferentes. Estos resultados permitirán establecer relaciones entre
diferentes módulos resilientes y contenidos de humedad, que
puedan ser utilizadas conjuntamente con estimaciones de
"humedades en sitio" bajo el pavimento, para establecer valores de
módulo resiliente para las diversas estaciones climatológicas.
El "Módulo Resiliente (MR)", es el resultado de un ensayo
dinámico, y se define como la relación entre el esfuerzo repetido
masivo (Ø) y la deformación axial recuperable (∑a).
Mr = Ød / ∑a
El ensayo se realiza en una celda triaxial equipada con sistemas
capaces de transmitir cargas repetidas. La briqueta de ensayo
tiene generalmente 10 cm de diámetro por 20 cm de altura.
_________________________________________________________________________
16
Método AASHTO-93
b. Estimando los valores de módulo resiliente a partir de
correlaciones entre mediciones de deflexiones de pavimentos en
servicio -en diversos momentos del año-.
c. Estimando los valores "normales" de módulo resiliente de los
materiales, a partir de propiedades conocidas, tales como CBR,
plasticidad, contenido de arcilla, etc. Luego, mediante la aplicación
de relaciones empíricas se estima el módulo resiliente para
diferentes épocas del año. Estas relaciones pueden ser del tipo:
Módulo Resiliente en invierno = 20 a 30% del Módulo en verano.
Las ecuaciones de correlación recomendadas son las siguientes:
1. Para materiales de sub-rasante con CBR igual o menor a 7,2%
MR = 1.500* CBR
2. Para materiales con CBR mayor de 7,2% pero menor o igual a
20,0%
MR = 3.000 * (CBR)^0.65
3. Para valores de CBR mayores a 20,0%, se deberán emplear
otras formas de correlación, tal como la recomendada por la propia
Guía de Diseño AASHTO-93:
MR = 4.326*ln(CBR) + 241
Nota: El valor resultante de estas correlaciones se
mide en unidades de lb/pulg2 -psi-.
d. Estimando los valores "normales" de módulo resiliente de los
materiales de fundación a partir de las ecuaciones de correlación que
están incluidos en el Programa PAS (Pavement Analysis System)
desarrollado por la Asociación de Pavimentadores de Concreto de los
Estados Unidos (ACPA) y el cual se ha suministrado como parte de
este curso de diseño de pavimentos:
_________________________________________________________________________
17
Método AASHTO-93
Dentro de este Programa hay un módulo que permite estimar los
valores de MR a partir de los valores de CBR:
Estas ecuaciones dentro del Programa PAS toman, para el material
de sub-rasante, las siguientes expresiones:
Rango de CBR (%)
<= 7.2
7.2<CBR<=20
CBR>20
Ecuación de correlación
MR = 875,15 * CBR + 1.386,79
MR = 1.941,54 * (CBR)^0.68
MR = 11.253,50 * ln CBR – 18.667,20
_________________________________________________________________________
18
Método AASHTO-93
Paso 2. Se divide el año en intervalos correspondientes a aquellos en
los cuales los diferentes valores de módulos resilientes serán
aplicables o efectivos en función de las condiciones de humedad que
alcance el material de la fundación: saturado, húmedo o seco.
Se sugiere que el período más corto sea igual a medio (1/2) mes.
La Figura 3 se emplea convencionalmente para registrar las
variaciones del módulo resiliente a lo largo del año, de acuerdo a la
zona en la cual se ubica la vía cuyo pavimento se encuentra siendo
diseñado. Debe acotarse que esta figura indica macro-climas,
pudiendo, en una zona determinada existir un área con micro-clima
diferente.
Figura 3: Distribución de los suelos venezolanos según la condición de humedad
Ref: Jugo, Augusto: Validación del Método AASHTO-93 para Venezuela
Paso 3. Una vez ubicada la vía dentro de la zona de humedad
correspondiente, se determina el número de meses en que los suelos
de fundación permanecen en condiciones de secos, húmedos o
saturados, mediante el empleo de la siguiente tabla:
_________________________________________________________________________
19
Método AASHTO-93
Paso 4. Una vez conocidos los valores de MR del material para cada
estado de humedad, se determina el correspondiente "Valor de Daño
Relativo (υf)", a partir de la siguiente ecuación:
υf = 1.18 * 10^8 * MR^(—2.32)
Nota: en el caso venezolano, en donde aún no se ejecutan ensayos
de módulo resiliente, es necesario estimar los valores de MR del
material de fundación a partir de las ecuaciones de correlación
indicadas en el Aparte B.3.1 (Página 16).
Paso 5. Los valores de υf se multiplican por el número de meses en
que el material de fundación estará en cada condición de humedad,
según la tabla del Paso 3.
Paso 5. Los valores obtenidos del Paso 4 se suman y se divide este
total entre el número de lapsos, para determinar el "Valor de Daño
Relativo Ponderado (υf)".
Paso 6. Una vez conocido el valor de υf ponderado, se calcula el MR
ponderado a partir de la misma ecuación indicada en el Paso 4.
_________________________________________________________________________
20
Método AASHTO-93
d. En el caso de que no sea posible determinar el valor de MR por
ninguno de los métodos anteriores, pueden seleccionarse los valores
de Módulo Resiliente (MR), a partir de la Tabla III, la cual se basa en
condiciones climatológicas de algunas regiones de los Estados
Unidos.
TABLA III
______________________________________________________
Valores aproximados de Módulo Resiliente MR
Clima
Calidad Relativa del Material de Fundación
Muy pobre
Pobre
Regular Buena
Muy buena
___________________________________________________________________
cálido-húmedo
2.800
3.700
5.000
6.800
9.500
Arido-seco
3.200
4.100
5.600 7.900
11.700
_______________________________________________________V
alor de MR en libras por pulgada cuadrada (psi)
Nota: valores aplicables preferiblemente en vias rurales de bajo tráfico.
La Tabla III se refiere, tal como ha sido en ella indicado, a regiones de
los Estados Unidos que tienen condiciones climáticas similares a los
de Venezuela, específicamente el estado de Florida (cálido-húmedo)
y los estados del medio oeste (Texas, Arizona, etc.) con su clima
árido-seco.
El Ing. Luis Salamé desarrolló un trabajo titulado: "Métodos de Diseño
de Pavimentos Flexibles para Vías de Bajo Volumen de Tránsito", en
el cual presenta un conjunto de información que facilita la
determinación de los valores del Módulo Resiliente del material de
sub-rasante.
En este sentido, la Figura 2 muestra un mapa de las regiones pluvioclimáticas de nuestro país.
_________________________________________________________________________
21
Método AASHTO-93
Figura 2: Areas pluvioclimáticas de Venezuela
Fuente: Ing. Luis Salamé R.: "Método de Diseño de Pavimentos Flexibles para Vías
de Bajo Volumen de Tráfico", 1990.
Basándose en las características ambientales de estas regiones, el
Ing. Salamé propone la Tabla IV, la cual permite estimar el valor del
MR de la sub-rasante.
TABLA IV
_______________________________________________________
Valores aproximados de Módulo Resiliente (MR) en psi
Región
Climática
Calidad Relativa del Material de Fundación
Muy pobre
Pobre
Regular Buena
Muy buena
___________________________________________________________________
1 (muy lluviosa)
2.875
3.700
5.000
7.000
11.000
2 (lluviosa)
3.250
4.100
5.500
8.000
14.000
3 (semi lluviosa)
3.625
4.500
6.000
9.000
17.000
4 (semi seca)
3.940
4.830
6.420
9.830
19.500
5 (pluvio-nublosa)
3.250
4.100
5.500
8.000
14.000
Fuente: Ing. Luis Salamé R.: "Método de Diseño de Pavimentos Flexibles para Vías de Bajo
Volumen de Tráfico", 1990.
_________________________________________________________________________
22
Método AASHTO-93
Otra información que el Ing. Salamé presenta en su excelente trabajo,
se corresponde con la Tabla VI. Combinando entre sí los valores de
esta tabla y con los tiempos de duración de las estaciones
climatológicas en nuestro país (Tabla V), se pueden generar
estimaciones racionales para los módulos resilientes ponderados, que
son aplicables a nuestra realidad climatológica.
Debe entenderse que esta Tabla VI se utilizará sólo cuando no sea
posible, práctico o económico, el realizar ensayos de laboratorio
sobre los materiales que conformarán la sub-rasante del pavimento.
TABLA VI
_______________________________________________________
Módulo de Elasticidad Estacional (MR) y CBR equivalente de
la sub-rasante en función de la calidad del material
_______________________________________________________
CBR
MR
Calidad del material
Estación Estación Estación Estación
de la sub-rasante
lluviosa
seca
lluviosa seca
______________________________________________________
Muy bueno
8.000
20.000
5,3
18,5
Bueno
6.000
10.000
4,0
6,7
Regular
4.500
6.500
3,0
4,3
Malo
3.300
4.900
2,2
3,3
Muy malo
2.500
4.000
1,7
2,7
______________________________________________________
Fuente: Ing. Luis Salamé R.: "Método de Diseño de Pavimentos Flexibles para Vías
de Bajo Volumen de Tráfico", 1990.
_________________________________________________________________________
23
Método AASHTO-93
B.3.2 Caracterización de los materiales y mezclas que conforman
la estructura del pavimento
Aún cuando el concepto de "coeficientes estructurales'" sigue siendo
un criterio central en el Método AASHTO para el Diseño de
Pavimentos,
el
procedimiento
AASHTO
'93
se
apoya
fundamentalmente en la determinación de las propiedades de los
materiales y/o mezclas, para así lograr una estimación más científica
de los coeficientes estructurales.
Los métodos de ensayo recomendados son los siguientes:
a. Para materiales y/o mezclas de sub-base y bases no
tratadas:
Método de Ensayo AASHTO T-274, el cual permite determinar
el valor del Módulo de Elasticidad Dinámico
b. Para mezclas asfálticas y suelos estabilizados:
Métodos de Ensayo ASTM D4123 ó ASTM C469, que permiten
determinar el valor del Módulo Elástico
Tal como es el caso de los materiales de sub-rasante, no es fácil
disponer de estos equipos de laboratorio en Venezuela, y debe
recurrirse a métodos de estimación por correlación, o
fundamentándose en fórmulas sencillas. Las más comunes y
recomendadas son:
a. Para materiales de sub-bases y bases no tratadas
• Módulo de Elasticidad en las sub-bases granulares: "Módulo de
Elasticidad Dinámico (Esb)"
Figura 4: Esfuerzos actuantes sobre una capa de estructura de pavimento
Si ha sido definido a "Ø" como el "esfuerzo masivo", es decir la
sumatoria de los esfuerzos principales, tal como se indica en la
Figura 4, el módulo de elasticidad de los materiales que se emplean
_________________________________________________________________________
24
Método AASHTO-93
como capa de "sub-base" -que se denomina "Módulo de
Elasticidad Dinámico (Esb)", puede ser determinado por la
siguiente ecuación:
Esb = K1 ØK2
El valor del coeficiente K1, que es función del estado del material,
será de 7.000 para el caso de que el material esté seco, de 5.400
para cuando está húmedo, y de 4.600 para el caso de que esté
saturado. El valor de K2 se toma como 0,60. En la Tabla VII se
presentan los valores de Ø, que son función del espesor esperado
de mezclas asfálticas en la estructura de pavimento.
Tabla VII
___________________________________
Determinación del valor de Ø para sub-bases
Espesor de asfalto (cm)
Ø
___________________________________
< 5,0
10,0
≥ 5,0 ≤ 10,0
7,5
> 10,0
5,0
__________________________________
Nota: valores válidos para espesores de sub-base entre 15,0 y 30,0 cm.
El Programa PAS, por otra parte, presenta su propia ecuación de
correlación para materiales con CBR <= 80%, comúnmente
empleados para la construcción de sub-bases granulares, y la cual
toma la siguiente expresión:
MR(sub-base)= 385,08 * CBR + 8.660 (psi)
_________________________________________________________________________
25
Método AASHTO-93
b• Módulo de Elasticidad en las bases granulares: "Módulo de
Elasticidad Dinámico (E)"
En el caso de bases granulares, el Módulo de Elasticidad Dinámico
(Eb), tiene la misma expresión que para las sub-bases, es decir:
Eb = K1 ØK2
El coeficiente K1, función de la humedad del material de base, varía
entre un valor de 8.000 cuando está seco, 9.000 cuando está
húmedo, hasta 3.200 cuando se encuentra saturado. El coeficiente
K2, por su parte varía entre 0,50 y 0,70, adoptándose 0,60 como
valor más frecuente.
La Tabla VIII permite seleccionar los valores de Ø, una vez
estimados los valores de espesor total de mezclas asfálticas en la
estructura del pavimento.
Tabla VIII
Valores de Ø en materiales de base granular
______________________________________
espesor de asfalto
MR de la sub-rasante
(cm)
3.000
7.500
15.000
_______________________________________
< 5,0
20
25
30
≥ 5,0 < 10,0
10
15
20
≥ 10,0 < 15,0
5
10
15
> 15,0
5
5
5
_______________________________________
Los valores de Esb y Eb que son empleados en las ecuaciones de
diseño de espesores, tal como se verá más adelante, se expresan en
unidades de libras por pulgada cuadrada "psi".
Los valores del módulo de elasticidad en los materiales
granulares bases y sub-bases- aumentan a medida que se
incrementa su densidad y aumenta la angularidad de las
partículas que lo conforman. Por otra parte, se aumenta el valor
de "E" al disminuir el grado de saturación de estos materiales.
_________________________________________________________________________
26
Método AASHTO-93
El Programa PAS, por otra parte, presenta su propia ecuación de
correlación para materiales con CBR > 80%, comúnmente
empleados para la construcción de bases granulares, y la cual toma
la siguiente expresión:
MR(base)= 321.05 * CBR + 13.327 (psi)
c. Para mezclas asfálticas
Las ecuaciones de correlación que son más comúnmente
aplicadas son las siguientes:
1. Ecuación de Correlación Nº 1
Una de las primeras ecuaciones de correlación fue desarrollada por
los Ings. Kallas & Shook( 1971), y posteriormente modificada por M.
Witczak durante la revisión del Método de Diseño para Pavimentos
Flexibles del Instituto del Asfalto (IDA) del año 1981.
Esta ecuación se desarrolla a partir de los análisis de regresión
sobre 369 valores de [Eca] obtenidos directamente en laboratorio
sobre mezclas asfálticas en caliente, y su expresión es la siguiente:
log [Eca] = 0,553833 + 0,028829 (P200/ƒ0,17033) - 0,03476 Vv +
+0,070377µ(106, 70°F) + 0,000005 T (1,3 + 0,49825 logƒ) Pcam0,5 - 0,00189
T (1,3 + 0,49825 logƒ) (Pcam0,5/ƒ1,1) + (0,931757/ƒ0,02774)
en donde:
[Eca] = módulo elástico de la mezcla asfáltica (105 psi)
P200 = porcentaje de material pasa el tamiz Nº 200 en la
combinación de agregados que conforma la mezcla asfáltica
Vv = porcentaje de vacíos totales en la mezcla asfáltica
µ(106, 70°F) = viscosidad a 70 °F, en poises, del cemento
asfáltico
empleado en la mezcla asfáltica
ƒ = frecuencia de carga, en Hz (este valor puede ser 2, 4 ó 6,
pero normalmente se toma el valor medio de 4)
T = temperatura promedio de trabajo de la mezcla asfáltica al
ser colocada sobre el pavimento (este valor normalmente se toma
como 68 °F, para poder utilizar los gráficos de "ar" del
método de diseño de pavimentos de la AASHTO)
Pcam = porcentaje de asfalto en la mezcla asfáltica, expresado
como porcentaje en peso de mezcla total
_________________________________________________________________________
27
Método AASHTO-93
2. Ecuación de Correlación Nº 2
Durante el período 1976-1980, la Universidad de Maryland en los
Estados Unidos, bajo la dirección del mismo Ing. M. Witczak, realizó
un amplio trabajo de laboratorio para ajustar la ecuación de
Correlación Nº 1, al hacerla extensiva a un mayor número y tipo de
mezclas asfálticas en caliente. Este estudio comtempló el ensayo de
laboratorio de 810 mezclas adicionales, y mediante análisis de
regresión se obtuvo la ecuación siguiente:
log [Eca] = 0,553833 + 0,028829 (P200/ƒ0,17033) - 0,03476 Vv +
+0,070377µ(106, 70°F) + (0,931757/ƒ0,02774) + [0,000005 T (1,3 + 0,49825
logƒ) - 0,00189 T (1,3 + 0,49825 logƒ)/ƒ1,1] * (Pcam - Popt/cam + 4,0) 0,5
en donde sus términos se corresponden exactamente con los
definidos para la ecuación de correlación Nº 1, y el nuevo término
Popt/cam se define como:
Popt/cam = porcentaje óptimo de cemento asfáltico en la
mezcla, obtenido de acuerdo al procedimiento Marshall
3. Ecuación de correlación Nº 3
El Ingeniero venezolano Freddy Sánchez Leal ha propuesto una
nueva ecuación de correlación 1, basada en análisis de
regresión de resultados de ensayos Marshall y mediciones de
módulo secante mediante el equipo de tensión indirecta.
Esta ecuación toma la siguiente forma:
[Eca] = 1.2 * (P/(v*t) * (a+0.64u),
En donde:
[Eca] = Módulo elástico, en psi
P = Carga Marshall, en lbs
v = Deformación (Flujo Marshall), en pulgadas
t = altura de la briqueta, en pulgadas
(de no disponerse de esta medición en el ensayo, puede
emplearse un valor de 2.50)
a = constante experimental (adimensional) que varía entre 20 y
26, sugiriéndose un valor de 25 como más frecuente
1
Sánchez Leal, Freddy: “Obtención de módulos de elasticidad de mezclas asfálticas compactadas a través del
ensayo Marshall. XV Simposio Colombiano de Pavimentos. Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia,
Febrero de 2005.
_________________________________________________________________________
28
Método AASHTO-93
u = relación de Poisson para mezclas asfálticas, el cual se
asume en 0.35
La Figura 5 permite estimar los valores de viscosidad de los
diferentes tipos de cementos asfálticos -en caso de no disponer
de resultados directos de ensayos de laboratorio-, en función
del tipo de C.A. y de la temperatura de aplicación.
Figura 5: Relación entre la viscosidad y la temperatura para diferentes tipos
de cementos asfálticos
_________________________________________________________________________
29
Método AASHTO-93
B.3.3 Determinación de los coeficientes estructurales de los
diversos materiales y/o mezclas que conforman la estructura del
pavimento
Tal como fue definido en el Método de Diseño AASHTO '72, el
coeficiente estructural (ai) es una medida de la habilidad relativa de
una unidad de espesor de un material/mezcla determinado, para
servir como un componente estructural de un pavimento. Por ejemplo,
dos (2) cm de un material con un coeficiente estructural de 0,20,
proporcionan la misma contribución estructural que un (1) cm de otro
material cuyo coeficiente estructural sea de 0,40.
Los coeficientes estructurales (ai) que son empleados en el Método
AASHTO '93, para los diversos materiales/mezclas son los siguientes:
a. Mezclas de concreto asfáltico para la capa de rodamiento
y para mezclas en capas intermedias (distintas a
rodamiento)
(a) Caso en que se conoce el Módulo Elástico de la mezcla
asfáltica.
La Figura 6 presenta un gráfico que puede ser empleado para
determinar el valor de (arod) de mezclas densamente gradadas
de concreto asfáltico, a partir del módulo de elasticidad [Eca], el
cual, a su vez, debe haber sido determinado mediante el
ensayo de laboratorio ASTM D4123 ó ASTM C469, o como es
el caso de Venezuela, en que todavía no se dispone de ningún
equipo capaz de realizar este ensayo, por alguno de
ecuaciones de correlación indicadas en el Aparte B.3.2 (c).
Debe alertarse sobre la determinación de los coeficientes
estructurales en mezclas de concreto asfáltico con valores de
[Eca] mayores a 450.000 psi, ya que incremento en rigidez va
acompañada por un aumento en su susceptibilidad en el
agrietamiento por temperatura y por fatiga.
_________________________________________________________________________
30
Método AASHTO-93
Figura 6: Valores del coeficiente estructural (arod) para mezclas de concreto asfáltico
densamente gradadas empleadas como capa de rodamiento y/o capas intermedias, a
partir del Módulo de Elasticidad
(b) Caso en que NO se conoce el Módulo Elástico de la
mezcla asfáltica.
En el caso de que no se disponga del valor del Módulo de
Elasticidad de la mezcla asfáltica, puede emplearse el gráfico
de la Figura 7, para estimar el coeficiente estructural (arod), a
partir de la estabilidad Marshall de la mezcla. (Este gráfico es el
mismo que se emplea en el Método AASHTO '72 para la
determinación del coeficiente estructural de las capas de
concreto asfáltico.
_________________________________________________________________________
31
Método AASHTO-93
Figura 7: Valores del coeficiente estructural (ar) para mezclas asfálticas densamente
gradadas empleadas como capa de rodamiento y/o intermedia,, a partir de la
estabilidad Marshall
b. Bases granulares no-tratadas
El coeficiente estructural para el caso de que la capa base esté
constituida por agregados no-tratados (ab) (tal como es el caso
de las bases de piedra picada, grava triturada, grava cernida,
macadam hidráulico, etc.), se determina, a partir del Módulo de
Elasticidad Dinámico (Eb), mediante la aplicación de la
siguiente fórmula:
abase granular = 0,249 (log Eb) — 0.977
Para esta ecuación debe tomarse en cuenta que el valor se
acota en un máximo de 0.14, excepto cuando se emplea
agregado siderúrgico con CBR>110%, cuando se acepta un
valor de 0.15.
Esta ecuación se aplica en el caso de que el módulo ha sido
obtenido a través de la ejecución del Ensayo AASHTO T-274, o
a por medio de la ecuación de correlación indicada en el Aparte
B.3.2 (b),
También puede emplearse el gráfico de la Figura 8, para
determinar el valor del coeficiente estructural de la capa base
_________________________________________________________________________
32
Método AASHTO-93
de material granular no-tratado, cuando se disponga del valor
de CBR, Hveem o Triaxial de Texas.
Figura 8: Valores del coeficiente estructural (ab) para bases granulares no-tratadas
c. Sub-bases granulares no-tratadas
El coeficiente estructural para el caso de que la capa base esté
constituida por agregados no-tratados (asb) (tal como es el
caso de las sub-bases de grava cernida, granzón natural,
granzón mezclado, etc.), se determina, a partir del Módulo de
Elasticidad Dinámico (Esb), mediante la aplicación de la
siguiente fórmula:
asub-base = 0,227 (log Esb) — 0.839
Para esta ecuación debe tomarse en cuenta que el valor se
acota en un máximo de 0.13.
_________________________________________________________________________
33
Método AASHTO-93
Figura 9: Valores del coeficiente estructural (asb) para subbases granulares notratadas
También puede emplearse el gráfico de la Figura 9, para
determinar el valor del coeficiente estructural de la capa subbase de material granular no-tratado, cuando se disponga del
valor de CBR, Hveem o Triaxial de Texas.
d. Bases estabilizadas con cemento (suelo-cemento)
En el caso de que la capa base de la estructura del pavimento esté
constituida por una mezcla de suelo-cemento, su coeficiente
estructural (ab) debe ser determinado a partir de la Figura 10, lo
cual puede ser logrado si se conoce el valor del Módulo de
Elasticidad Dinámico de la mezcla, o su resistencia a la compresión
inconfinada, después de un proceso de 7 días de curado en cámara
húmeda.
_________________________________________________________________________
34
Método AASHTO-93
10: Valores del coeficiente estructural (ab) para bases de suelo-cemento
e. Mezclas asfálticas en frío empleadas como capa de base
(distinta a rodamiento)
En el caso de un pavimento de profundidad plena, o cuando la
capa base vaya a estar conformada por una mezcla asfáltica en
frío (mezcla con emulsión o asfalto diluido), el valor del
coeficiente estructural (ab), debe ser determinado a partir de la
Figura 11, lo cual puede ser logrado ya sea a partir del Módulo
de Elasticidad de la mezcla asfáltica, o de su estabilidad
Marshall.
_________________________________________________________________________
35
Método AASHTO-93
11: Valores del coeficiente estructural (ab) para bases constituidas por mezclas asfálticas, con
estabilidad medida por el Método Marshall
B.4 Características estructurales del pavimento
El Método AASHTO '93 para el diseño de pavimentos flexibles
proporciona un sistema para ajustar los coeficientes estructurales en
forma tal que tomen en consideración de los niveles de drenaje sobre
el comportamiento del futuro pavimento.
Los niveles de drenaje que han sido definidos en este método son:
TABLA IX
Características de drenaje del material
de base y/o sub-base granular
_____________________________________________
Nivel de Drenaje
Agua eliminada dentro de
_____________________________________________
Excelente
Dos (2) horas
Buena
Un (1) día
Regular
Una (1) semana
Pobre
Un (1) mes
Muy pobre
El agua no drena
_____________________________________________
_________________________________________________________________________
36
Método AASHTO-93
El efecto de la calidad del drenaje sobre la estructura del pavimento se
toma en cuenta a través de un "factor de ajuste (m)", -que se obtiene
de la Tabla X, y por el cual se multiplican los coeficientes estructurales
de la base (ab) o de la sub-base (asb), sólo en el caso de que los
materiales/mezclas que constituyan estas capas sean del tipo notratados.
El factor de ajuste (m) es función de las características de drenaje del
suelo de fundación -calificado según la Tabla IX-, y del tiempo durante
el cual la sub-rasante podrá estar en condiciones de saturación.
TABLA X
________________________________________________________
Valores recomendados del Coeficiente de Ajuste (m) para los
coeficientes estructurales de las capas de base y/o sub-bases notratadas
________________________________________________________
Porcentaje del tiempo durante el cual la estructura del
pavimento está sometido a condiciones de humedad
cercanas a saturación
Calidad de
Drenaje de la
Menos
del 1 %
Entre el
1y5%
Entre el
5 y 25 %
Más del
25 %
Baseosub
base_______________________________________________
Excelente
1,40 - 1,35
1,35 - 1,30 1,30 - 1,20
1,20
Buena
1,35 - 1,25
1,25 - 1,15 1,15 - 1,00
1,00
Regular
1,25 - 1,15
1,15 - 1,05 1,05 - 0,80
0,80
Pobre
1,15 - 1,05
1,05 - 0,80 0,80 - 0,60
0,60
Muy pobre
1,05 - 0,95
0,95 - 0,75 0,75 - 0,40
0,40
________________________________________________________
En Venezuela se emplea cada día con más frecuencia la Tabla 2, la
cual ha sido propuesta por el Ing. Augusto Jugo, y en la cual se toma
en consideración la información de humedad regional, tal como se ha
ya comentado en la Figura 3 (página 19) y la tabla 1.página 20.
Es conveniente señalar que las condiciones de drenaje del material de
fundación y los coeficientes de ajustes (m) para el sitio y condiciones
en donde se ejecutó el Experimento Vial de la AASHO son "Condición
de Drenaje Regular" y tanto a "mb" como a "msb" se le asignan
valores de uno (1,00).
_________________________________________________________________________
37
Método AASHTO-93
_________________________________________________________________________
38
Método AASHTO-93
C. Procedimiento de diseño de pavimentos AASHTO '93
C.1 Variables de diseño
Los factores de diseño que participan
independientes) son los siguientes:
en
la
ecuación
(variables
1. Cargas equivalentes en el período de diseño (Wt18), estimadas
según se indicó en el Aparte B.1.2
2. La confiabilidad en el diseño (R), estimado según se indicó en el
Aparte B.1.3, la cual condiciona que cada una de las otras
variables de diseño se correspondan con su valor promedio, es
decir no deben ser ajustadas por el Proyectista hacia valores más
conservadores, ya que el factor de ajuste se considera en forma global
dentro de este concepto de confiabilidad
3. La desviación estándar del sistema (So), determinada según se
establece en el Aparte B.1.3
4. El valor del Módulo Resiliente Efectivo (Ponderado) del material de
sub-rasante (MR), determinado de acuerdo a lo indicado en el Aparte
A.3.1.
5. El valor del Módulo Resiliente de los materiales granulares
empleados como base y/o sub-base.
6. La pérdida de servicapacidad en el período de diseño (ΔPSI), la
cual debe ser determinada de acuerdo a lo señalado en el Aparte B.2
C.2 Ecuación de diseño
La ecuación de diseño que corresponde al Método de Diseño AASHTO '93,
tal como ha sido ya señalado, es la siguiente:
⎡ ΔPSI ⎤
log10 ⎢
⎥
⎣ 4.2 − 1.5 ⎦ + 2.32 * log M − 8.07
log10 Wt18 = Z R * So + 9.36 * log10 ( SN + 1) − 0.20 +
10
R
1094
0.40 +
(SN + 1)5.19
_________________________________________________________________________
39
Método AASHTO-93
C.3 Determinación del Número Estructural (SN/i)
Una vez que las variables de diseño mencionadas en el Aparte C.1 han
sido introducidas en la ecuación AASHTO '93, se resuelve la ecuación
para obtener el valor de SN. El proceso se simplifica mediante un
proceso iterativo, en vez de despejar el valor de SN. Para esto se
sustituyen todas las variables de diseño, excepto Wt18, y se van dando
valores al término SN, hasta lograr que con un determinado valor de SN
se logre obtener un valor para Wt18 igual al que se conoce como
variable de diseño.
Es muy importante señalar que esta ecuación RESUELVE LA
POTENCIA ESTRUCTURAL SOBRE LA CAPA CUYO MÓDULO
RESILIENTE HA SIDO SUSITITUIDO EN LA ECUACIÓN (SN/i), Y NO
PUEDE RESOLVERSE PARA MATERIALES CON MÓDULOS
MAYORES A 45.000 psi, lo que es lo mismo que decir que solo se
resuelve para materiales a los cuales se les pueda realizar un ensayo del
tipo CBR.
C.4 Determinación de los espesores de cada capa
Mediante la aplicación de la ecuación indicada anteriormente para SN/i,
a saber:
SN/i = arod * erod
+
aint * eint + ab * eb * mb
+
asb * esb * msb
El Proyectista puede identificar un conjunto de espesores de capas, que
en función de sus correspondientes coeficientes estructurales, se
corresponda con el valor de SN/i deseado.
en donde:
arod = coeficiente estructural de la mezcla de concreto asfáltico
empleada en la capa de rodamiento
aint = coeficiente estructural de la mezcla de concreto asfáltico
empleada en la capa intermedia
abg = coeficiente estructural del material/mezcla empleado en
la capa base
asb = coeficiente estructural del material/mezcla empleado en la
capa sub-base
_________________________________________________________________________
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Método AASHTO-93
erod = espesor, en pulgadas, de la mezcla de concreto asfáltico
empleada en la capa de rodamiento
eint = espesor, en pulgadas, de la mezcla de concreto asfáltico
empleada en la capa asfáltica intermedia
eb = espesor, en pulgadas, del material/mezcla empleado en la
capa base
esb = espesor, en pulgadas, del material/mezcla empleado en
la capa sub-base
mb = coeficiente de ajuste del coeficiente estructural en caso de
que la capa base esté constituida por material no-tratado
msb = coeficiente de ajuste del coeficiente estructural en caso
de que la capa sub-base esté constituida por material no-tratado
Esta ecuación no tiene, en consecuencia, una única solución:
existirán muchas posibles combinaciones de espesores que
satisfagan un determinado valor de SN.
Existen, sin embargo, ciertas condiciones que limitan estas
posibles soluciones y evitan la posibilidad de presentar un diseño
que fuese impráctico e inconstruible. Estas limitaciones son
referidas a:
a. Análisis multicapa
b. Estabilidad y posibilidad de construcción
c. Consideraciones económicas
a. Criterio de Análisis multicapa
La estructura de un pavimento flexible es un sistema multicapa, y
debe ser diseñada en forma que cualquier capa de agregado notratado reciba esfuerzos verticales que no resulten en
deformaciones permanentes, lo cual es, a su vez, función de las
imposiciones del tráfico.
a.1 Mediante la aplicación de la ecuación de diseño, o de la Figura
12, se obtiene el valor de SNcalculado/base -tomando como dato de
entrada para la calidad del material el Módulo Elástico de la base-.
El espesor mínimo de la mezcla asfáltica de rodamiento resulta al
dividir el SNcalculado/base, entre el coeficiente estructural de esta
mezcla (arod), o sea:
erod (mínimo) = (SNcalculado/base) / a rod
_________________________________________________________________________
41
Método AASHTO-93
Debe entonces seleccionarse un valor de espesor de rodamiento
que sea igual o mayor al así calculado y que sea posible de
construir. Este valor se ha denominado "e©rod", resultando, en
consecuencia, que:
e©rod ≥ (SN/base) / arod
y por lo tanto se tendrá que el valor real (de diseño final o
construcción) del Número Estructural sobre la base no tratada
(SN©/base), será igual a:
(SN©/base) =
arod * e©rod ≥ (SNcalculado/base)
a.2 El valor mínimo requerido para espesor de la capa base se
determina de una manera similar, a saber:
El valor de (SN©/base) se resta del valor del Número Estructural
requerido para proteger la sub-base -el cual ha sido calculado por la
misma ecuación de diseño pero con la variable del Módulo Elástico
de la sub-base como valor de entrada en la ecuación-, y esta
cantidad se divide entre el coeficiente estructural de la base notratada y el coeficiente de ajuste por drenaje (mi), resultando un
número que será igual al espesor mínimo de capa de base, es
decir:
ebase(mínimo) = [(SNcalculado/subbase) - (SN©/base)] / abase * mbase
El valor seleccionado definitivamente para el espesor de la base
debe ser igual o mayor a este mínimo-calculado, también en función
de los espesores mínimos de construcción. A este valor se le ha
identificado como (e©base),
y se debe cumplir que
e©base ≥ [(SNcalculado/subbase) - (SN©/base)] / abase * mbase
a.3 Se tiene, en consecuencia, que el Número Estructural Real (o de
construcción) proporcionado por los espesores ya seleccionados de
rodamiento y base, será igual a:
SN©/subbase
SNcalculado/subbase
=
arod * e©rod
+
e©base
*
abase
*
mBase ≥
a.4 El espesor de la sub-base se determina de una manera similar a las
anteriores:
_________________________________________________________________________
42
Método AASHTO-93
a partir de la ecuación de diseño (o del nomograma de la Figura 12), se
ha calculado el valor de número estructural sobre la subrasante
(empleando para ello el valor de Módulo Resiliente Ponderado de la
subrasante), siendo este valor SNcalculado/sr. De este valor se resta el de
SN©/subbase, y el resultado se divide entre el coeficiente estructural de la
sub-base y el coeficiente de ajuste por drenaje (mi), resultando un número
que será igual al espesor mínimo de capa de sub-base, es decir :
esub-base(mínimo) = (SNcalculado/sr) - [(SN©/base) + (SN©base)] / asub-base *
msub-base
e©rod ≥ (SN/base) / arod
(SN©/base) =
arod * e©rod ≥ (SNcalculado/base)
e©base ≥ [(SNcalculado/subbase) - (SN©/base)] / abase * mbase
SN©base = e©base * abase * mbase
(SN©/base) + (SN©base) ≥ (SNcalculado/subbase)
e©sub-base ≥ (SNcalculado/sr) - [(SN©/base) + (SN©base)] / asub-base
*
msubbase
Nota: un símbolo © en un valor de espesor o de SN significa el valor real, una vez seleccionado
el valor del espesor que será empleado en la construcción del pavimento.
Figura 13: Procedimiento en Método AASHTO-1993 para la determinación
de los espesores de las capas de un pavimento flexible
El valor seleccionado definitivamente para el espesor de la subbase debe ser igual o mayor a este mínimo-calculado, también en
función de los espesores mínimos de construcción. A este valor se
le ha identificado como (e©sub-base),
y se debe cumplir que
_________________________________________________________________________
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Método AASHTO-93
e©sub-base ≥ (SNcalculado/sr) - [(SN©/base) + (SN©base)] / asub-base
msub-base
*
Nota importante:
El procedimento descrito anteriormente producirá diseños que
satistacen los requisitos para la protección de todas y cada
una de las capas del pavimento, sin embargo nunca debe ser
aplicado
para
determinar
los
espesores
sobre
materiales/mezclas que tengan módulos de elasticidad
mayores de 45.000 psi. En tales casos -cuando se encuentren
materiales de "tan alto módulo", los espesores sobre ellos
deben ser establecidos en función de criterios de costo y
mínimos de construcción posibles y prácticos.
b. Criterios de estabilidad y posibilidad de construcción
Es normalmente impráctico y antieconómico el extender y
compactar capas que tengan un espesor menor a determinados
mínimos. El tráfico, por otra parte, puede dictaminar otros
espesores mínimos recomendables para lograr que las mezclas
tengan estabilidad y cohesión satisfactorias. La Tabla XI, que se
presenta a continuación, sugiere algunos espesores mínimos para
capas de rodamiento y bases, en función de los valores de cargas
equivalentes en el período de diseño.
TABLA XI
Espesores mínimos para capas de concreto asfáltico y base,
en función del tráfico esperado
__________________________________________________
Cargas equivalentes
Espesor mínimo (cm)
(período diseño)
Mezcla asfáltica
Base y/o sub(todas las capas)
Base granular
__________________________________________________
< 50.000
2,5 (*)
10,0
50.000 - 150.000
5,0
10,0
150.000 - 500.000
6,25
10,0
500.000 - 2.000.000
7,5
15,0
2.000.000 - 7.000.000
8,75
15,0
> 7.000.000
10,0
15,0
__________________________________________________
(*) o tratamiento superficial, según tipo de vía
La Tabla XII, por su parte, indica los espesores mínimos en
función de la facilidad y posibilidad de construcción, que a su
_________________________________________________________________________
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Método AASHTO-93
vez depende de los tipos de equipos que se emplean en
campo.
TABLA XII
__________________________________________________
Espesores mínimos por razones constructivas
__________________________________________________
Tipo de mezcla
Espesor mínimo (cm)
Por cada capa a construir
________________________________________________
Concreto asfáltico
2,5
veces
tamaño
nominal
máximo del agregado en la mezcla
Base granular
10,0
Sub-base granular
10,0
Suelo-cemento
15,0
_________________________________________________
c. Criterio de costos de cada alternativa
Una vez que se ha establecido el espesor mínimo, de acuerdo a los
criterios que han sido descritos, debe analizarse en función de los
costos unitarios de las diversas alternativas y/o combinaciones de
espesores. Para que este análisis sea más práctico y sencillo,
normalmente se lleva el costo de cada solución a la unidad de
Bs/m2, escogiéndose aquélla que, cumpliendo con todos los
requisitos técnicos, sea la más económica.
_________________________________________________________________________
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