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diseño de Pavimentos

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Trabajo Práctico 1:
Diseño de Pavimentos
Franco Sepúlveda Avendaño
Bastián Gómez Silva
Pedro Ibarra Yáñez
Gonzalo Lema Valenzuela
Profesor: Mauricio Pradena Miquel
02 de Mayo de 2021
Problema 1.
Para el estudio del recapado delgado de hormigón sobre un pavimento asfáltico (whitetopping)
a aplicar en el año 2025, en primer lugar, se determinó el TMDA de cada tipo de vehículo, a
través de la siguiente fórmula:
𝑇𝑀𝐷𝐴𝑝 = 𝑇𝑀𝐷𝐴0 ∗ (1 + 𝑖%)𝑝
Donde,
- 𝑇𝑀𝐷𝐴0 : El Tránsito Medio Diario Anual inicial.
- 𝑖%: Tasa de crecimiento vehicular.
- 𝑝: periodo.
Así, utilizando los datos entregados en la tabla 1.1, del enunciado entregado, se obtuvieron los
siguientes resultados de TDMA para cada vehículo en los periodos consultados, considerando
cambio en la tasa de crecimiento desde el año 2026 y concluyendo en el año 2031, año en que
se cumplen los 7 años de vida de diseño estimados para el recapado (Construido en 2025 y su
puesta en servicio en el año 2026).
Tabla 1. Obtención de TMDA para periodo proyectado.
Año
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
Periodo
0
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
TMDA 2021
Buses
550
561
572
584
595
613
632
651
670
690
711
C2E
1160
1206
1255
1305
1357
1438
1525
1616
1713
1816
1925
C+2E
2050
2153
2260
2373
2492
2666
2853
3053
3266
3495
3740
Una vez obtenidos los TMDA, se procede a calcular los ejes equivalentes (EE), para esto se
utiliza la siguiente fórmula.
𝐸𝐸𝑝 = 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐵𝑃 ∗ (𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟(𝐸𝐸 /𝑣𝑒ℎ )) ∗ 𝐹𝑝𝑑 ∗ 𝐹𝑑𝑠𝑡 ∗ 365
Donde,
- 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟(𝐸𝐸 /𝑣𝑒ℎ ): Factor de eje equivalente para cada tipo de vehículo.
- 𝐹𝑝𝑑 : Factor de pista de diseño.
- 𝐹𝑑𝑠𝑡 : Factor de distribución por sentido de pista.
2
De la manera anterior se obtienen los ejes equivalentes (EE) de cada tipo de vehículo, luego,
para obtener los ejes equivalente anuales (EE anual), se procede a sumar los ejes equivalentes
de los tres tipos de vehículos en el mismo año.
A continuación, se muestran los ejes equivalentes (EE) y los ejes equivalentes anuales (EE
anual) obtenidos.
Tabla 2. Ejes equivalentes.
Año
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
Periodo
0
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
TMDA 2021
Buses
C2E
550
1160
561
1206
572
1255
584
1305
595
1357
613
1438
632
1525
651
1616
670
1713
690
1816
711
1925
C+2E
2050
2153
2260
2373
2492
2666
2853
3053
3266
3495
3740
Ejes Equivalentes
EE Buses EE C2E
EE C+2E
183530
189036
194707
200548
206565
212762
1396496
1494250
1598848
1710767
1830521
1958657
258318
273817
290246
307661
326121
345688
Tabla 3. Ejes equivalentes anuales.
Año
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
Periodo
0
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
EE ANUAL
1838344
1957104
2083801
2218977
2363207
2517107
Ahora bien, para la obtención de los ejes equivalentes acumulados (EE ac), se procede a sumar
los ejes equivalentes anuales de cada periodo, obteniendo lo siguiente.
3
Tabla 4. Ejes equivalentes acumulados.
EE
Buses
EE C2E
EE C+2E
EE
ANUAL
EEac
2666
18353
0
258318
139649
6
183834
4
1838344
1525
2853
18903
6
273817
149425
0
195710
4
3795448
651
1616
3053
19470
7
290246
159884
8
208380
1
5879249
2029 4
670
1713
3266
20054
8
307661
171076
7
221897
7
8098226
2030 5
690
1816
3495
20656
5
326121
183052
1
236320
7
1046143
3
2031 6
711
1925
3740
21276
2
345688
195865
7
251710
7
1297854
0
C2E
C+2E
2021 0
Buse
s
550
1160
2050
2022 1
561
1206
2153
2023 2
572
1255
2260
2024 3
584
1305
2373
2025 4
595
1357
2492
2026 1
613
1438
2027 2
632
2028 3
Año
Periodo
Para los cálculos anteriormente realizados, se consideró para los EE acumulados el periodo 1
(2026) el año en que entra en servicio el recapado delgado de hormigón sobre un pavimento
asfáltico (whitetopping).
De esta manera entonces se evidencian los EE acumulados (12.978.540) que debe resistir el
recapado de hormigón.
Problema 2
Para determinar la posibilidad de saturación en los próximos 15 años del camino bidireccional
del plan de mejoramiento de vías interurbanas se deberá obtener el TMDA y los ejes
equivalentes para cada tipo de vehículo, para los 15 años proyectados.
En primer lugar, se determinó el TMDA de cada tipo de vehículo, a través de la siguiente
fórmula:
Donde,
𝑇𝑀𝐷𝐴𝑝 = 𝑇𝑀𝐷𝐴0 ∗ (1 + 𝑖%)𝑝
4
-
𝑇𝑀𝐷𝐴0 : Tránsito Medio Diario Anual inicial.
𝑖%: Tasa de crecimiento vehicular.
𝑝: periodo.
Luego, utilizando los datos entregados en la tabla 2.1, se obtuvieron los siguientes resultados
de TDMA para cada vehículo.
Tabla 3. Obtención de TMDA para periodo proyectado.
Periodo
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Autos
10914
11569
12263
12998
13778
14605
15481
16410
17395
18439
19545
20718
21961
23278
24675
26155
Camionetas
3789
4036
4298
4577
4875
5192
5529
5888
6271
6679
7113
7575
8068
8592
9151
9745
Buses
751
785
820
857
895
936
978
1022
1068
1116
1166
1219
1273
1331
1391
1453
Camión 2E
1362
1437
1516
1599
1687
1780
1878
1981
2090
2205
2327
2455
2590
2732
2882
3041
Camion+2E
646
682
719
759
800
844
891
940
992
1046
1104
1164
1228
1296
1367
1442
Una vez obtenidos los TMDA, se procede a calcular los ejes equivalentes (EE) y los ejes
equivalentes acumulados (EEac), para esto se utiliza la siguiente fórmula.
𝐸𝐸𝑝 = (𝑇𝑀𝐷𝐴𝐵𝑃 ∗ 𝐹𝐸𝐶𝐵 + 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐶2𝐸𝑃 ∗ 𝐹𝐸𝐶𝐶2𝐸 + 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐶+2𝐸𝑃 ∗ 𝐹𝐸𝐶𝐶+2𝐸 ) ∗ 365 ∗ 50%
Donde,
- 𝐹𝐸𝐶𝐵 : Factor de estratigrafía de carga, correspondiente a cada tipo de vehículo.
Es decir, para obtener los ejes equivalentes, se debe multiplicar el TMDA obtenido en la tabla
anterior para cada tipo de vehículo, multiplicarlo por su factor de estratigrafía correspondiente,
por 365 y por el 50% correspondiente a la distribución por sentido de tránsito. Luego, se deben
ir sumando para obtener los ejes equivalentes acumulados.
Tabla 4. Ejes equivalentes y Ejes equivalentes acumulados.
Periodo
0
1
2
Buses
116478
121720
127197
Camión 2E
335572
354028
373500
Camion+2E
397364
419219
442276
EE
849414
894967
942973
EEac
849414
1744380
2687353
5
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
132921
138902
145153
151685
158511
165644
173098
180887
189027
197533
206422
215711
225418
394042
415714
438579
462701
488149
514997
543322
573205
604731
637991
673081
710100
749156
466601
492264
519339
547902
578037
609829
643370
678755
716087
755471
797022
840858
887106
993564
993564
993564
993564
993564
993564
993564
993564
993564
993564
993564
993564
993564
3680917
4674481
5668045
6661609
7655174
8648738
9642302
10635866
11629430
12622994
13616558
14610123
15603687
De la tabla anterior, podemos observar en color amarillo que, para el 5to periodo, se está por
llegar al límite de los 6 millones de ejes equivalentes, por lo que, sería necesario un refuerzo del
pavimento a través de un recapado al año siguiente. Lo anterior, da un indicio de que pueda
ocurrir saturación. Para verificar esto, se calculará el TMDA equivalente, TMDA equivalente por
pista y la cantidad de vehículos equivalentes por hora (VEH).
𝑇𝑀𝐷𝐴𝑒𝑞 = 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐴𝑃 ∗ 𝐹𝐸𝑉𝐴 + 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐶𝑃 ∗ 𝐹𝐸𝑉𝐶 + 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐵𝑃 ∗ 𝐹𝐸𝑉𝐵 + 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐶2𝐸𝑃 ∗ 𝐹𝐸𝑉𝐶2𝐸
+ 𝑇𝑀𝐷𝐴𝐶+2𝐸𝑃 ∗ 𝐹𝐸𝑉𝐶+2𝐸
𝑇𝑀𝐷𝐴𝑒𝑞𝑝𝑖𝑠𝑡𝑎 = 𝑇𝑀𝐷𝐴𝑒𝑞 ∗ 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 (50%)
𝑉𝐸𝐻 = 𝑘 ∗ 𝑇𝑀𝐷𝐴𝑒𝑞𝑝𝑖𝑠𝑡𝑎
Donde,
- 𝑇𝑀𝐷𝐴𝑒𝑞 : TMDA equivalente.
- 𝑇𝑀𝐷𝐴𝑒𝑞𝑝𝑖𝑠𝑡𝑎 : TMDA equivalente por pista.
- 𝐹𝐸𝑉: Factor de equivalencia vehicular.
- 𝑉𝐸𝐻: Vehículos equivalentes por hora.
- 𝑘: Coeficiente asociado a carreteras con un tipo de tráfico.
Para la obtención del 𝑇𝑀𝐷𝐴𝑒𝑞𝑝𝑖𝑠𝑡𝑎 se multiplica por un 50% el TMDA equivalente de cada
periodo, es decir, se supone que por cada pista circulará la mitad del tráfico en cada sentido.
Por otro lado, para obtener VEH, se debe determinar el factor k, por lo que, se debe recurrir al
Manual de carreteras Vol.3, en el cual se entregan 2 valores de k, iguales a 0,12 y 0,18 para
distintos casos, pero al no haber mayor información se considera un valor promedio igual a
0,15.
En la siguiente tabla, se muestran los resultados obtenidos del cálculo mencionado
anteriormente.
Tabla 5. Cálculo de TMDA equivalente y VEH.
Periodo
0
TMDA eq
20169
TMDA EQ PISTA
10084
VEH
1513
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
21359
22620
23956
23956
23956
23956
23956
23956
23956
23956
23956
23956
23956
23956
23956
10680
11310
11978
11978
11978
11978
11978
11978
11978
11978
11978
11978
11978
11978
11978
1602
1697
1797
1797
1797
1797
1797
1797
1797
1797
1797
1797
1797
1797
1797
Cómo se puede observar en color, para el 3er periodo, se observa que los vehículos equivalentes
por hora superan la saturación, correspondiente al 85% de 2200 veh/h pista, es decir, 1870
veh/h pista. Una solución a esta saturación es corregir los ejes equivalentes de los periodos en
que empieza la saturación, es decir, el TMDA del periodo 3 se debería repetir para los siguientes
años y así evitar la saturación.
7
Problema 3.
Se considera un camión compuesto por un eje simple de dos ruedas y un eje tándem
tándem doble con los siguientes dos casos de cargas presentados a continuación.
Tabla x. Casos de carga
Condición
Caso 1: Estado limite
Caso 2: Sobrecarga por eje 32%
PESO EJE
PESO EJE
Peso Camión
ESRS (Ton) EDRD (Ton) (Ton)
7
18
25
9.24
23.76
33
Luego para estos casos de carga se calculan los factores de ejes equivalentes (factor que
asocia el daño de la configuración del eje al producido por un eje simple rueda doble
con carga de 8.16 ton) asociados a cada tipo de eje mediante las siguientes formulas
simplificadas
𝐸𝐽𝐸 𝐸𝑆𝑅𝑆: (
𝐸𝐽𝐸 𝐸𝐷𝑅𝐷: (
𝑃 4.0
)
6.60
𝑃 4.18
)
15.07
Relaciones con las cuales se obtienen los siguientes factores de ejes equivalentes sobre
pavimento asfaltico tanto para el camión como por cada configuración de ejes
Tabla x. FEE casos de carga
Condición
Caso 1: Estado limite
Caso 2: Sobrecarga por eje 32%
FEE EJE
FEE EJE
FEE Camión
ESRS (Ton) EDRD (Ton) (Ton)
1.27
2.10
3.37
3.84
6.71
10.55
De aquí se analiza para el caso limite que:
El paso de un eje ESRS cargado al límite genera 1.27 veces el daño de un eje
equivalente.
El paso de un eje EDRD cargado al límite genera 2.1 veces el daño de un eje
equivalente.
El paso de un Camión de esta configuración genera 3.37 el daño de un eje equivalente.
Para el caso de sobrecarga del 32% se analiza que:
8
El paso de un eje ESRS con sobrecarga del 32% genera 3.84 veces el daño de un eje
equivalente.
El paso de un eje EDRD con sobrecarga del 32% genera 6.71 veces el daño de un eje
equivalente.
El paso de un camión de esta configuración con sobrecarga del 32% por eje genera
10.55 el daño de un eje equivalente.
Se concluye entonces que el daño generado por un camión con sobrecarga del 32% es
el mismo daño que generaría el paso de 3.13 camiones cargados en su estado limite
con la misma configuración de ejes, por lo cual se observa que las sobrecargas en
vehículos de carga pueden generar grandes efectos y daños en pavimentos de asfalto
respecto a los vehículos en estado de carga limite, llevando a un deterioro prematuro
del pavimento.
9
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