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SOLICITACIONES DEL TRÁNSITO

El tránsito que circula sobre un camino produce un efecto destructivo

acumulativo sobre la calzada, hasta llegar a valores de deterioros no

admisibles para la seguridad y confort de circulación de los vehículos,

considerándose en ese momento que se agotado la vida útil del pavimento.

Para diseñar el paquete estructural de un pavimento, como primer

paso, hace falta determinar las solicitaciones que el tránsito producirá a lo

largo de todo el período para el cual se va a diseñar el pavimento. A este

período de diseño se lo denomina vida útil del pavimento y es necesario

predecir el volumen, la composición y las cargas por eje de los vehículos que

circularán sobre el pavimento durante dicho período.

La carga transmitida por cada eje de vehículo que circula sobre una

determinada sección de pavimento produce solicitaciones sobre el mismo,

que irán consumiendo la vida a fatiga de las capas cementadas y acumulando

deformaciones plásticas en las capas no ligadas y la subrasante, hasta

provocar la falla del pavimento. Es deber del ingeniero diseñar un paquete

estructural que resista las solicitaciones que el tránsito generará para el

período de diseño proyectado.

Si no se cuenta con datos del tránsito del camino que se quiere

pavimentar o repavimentar, se deberán realizar los censos de tránsito

necesarios para determinar el TMDA, la composición y la distribución de

carga por eje de los vehículos que componen el tránsito. Se pueden solicitar

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datos en la repartición pública que correspondiese (Dirección Nacional de

Vialidad, Dirección Provincial de Vialidad, Municipios), estaciones de peaje y

estaciones de pesaje (si las hubiese), o realizar distintos censos por medio de

contadores neumáticos o magnéticos, censos manuales de volumen y

composición, pesaje en balanzas estáticas (fijas o móviles) y balanzas

dinámicas (pesaje de vehículos en movimiento).

Una vez determinado el volumen, la composición del tránsito y la carga

por eje de cada tipo de vehículo, se está en condiciones de calcular el tránsito

de diseño para el dimensionamiento del paquete estructural. Como la

relación entre las cargas por eje y el daño que las mismas producen no es

lineal sino del tipo exponencial, es necesario convertir la carga de cada eje de

vehículo a un eje de referencia adoptado.

Una determinada carga produce un cierto daño a un pavimento y la

vida útil del mismo podrá ser expresada como un determinado número de

repeticiones N admisibles de esa carga. La relación entre los efectos

destructivos que producen las distintas cargas será la relación entre los

valores de vida útil N correspondientes a la aplicación de las mismas.

Carga1 -----> Daño1 -----> Nadm1 (Nadm de Cargas1)

Carga2 -----> Daño2 -----> Nadm2 (Nadm de Cargas2)

Equivalencia entre ejes (ne) = Nadm1 / Nadm2

El eje de referencia más difundido mundialmente es el eje simple de

ruedas duales de 80 KN (8,16 toneladas). Cada eje con una carga distinta a los

80 KN, debe ser convertido a un número de ejes equivalentes en efecto

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destructivo al eje de 80 KN.

La fórmula empleada para determinar la equivalencia entre ejes es la

siguiente:

ne = ( P / P0 ) α

Donde:

ne: Equivalencia en efecto destructivo entre ejes

P: Carga del eje a convertir

P0: Carga del eje de referencia

α: Coeficiente que depende del tipo de pavimento

Para convertir a ejes de referencia de 80 KN la fórmula será:

ne = ( P / 80 KN ) α

Eje de referencia de 80 KN

Estructura del pavimento

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El coeficiente α puede obtenerse de la siguiente tabla:

Estructura α

Flexible nueva 4

Flexible refuerzo 5

Semirrígida 9

Rígida nueva 11

Rígida refuerzo 12

Por ejemplo, la conversión un eje de 60 KN a ejes de referencia de 80

KN, para una estructura flexible nueva sería:

ne = ( 60 KN / 80 KN ) 4 = 0,316

Esto significa que un eje con una carga de 60 KN equivale a 0,361 ejes

de referencia de 80 KN.

Para el caso de un eje de 100 KN, la conversión sería:

ne = ( 100 KN / 80 KN ) 4 = 2,441

Por lo tanto, un eje con una carga de 100 KN equivale a 2,441 ejes de

referencia de 80 KN.

Siguiendo el mismo procedimiento se convierte cada eje a ejes de

referencia de 80 KN, para luego calcular, con los datos del volumen y la

composición del tránsito, el número total de ejes equivalentes de 80 KN que

solicitarán a la estructura por día (Neq diario).

Una vez calculado el número de ejes de 80 KN que solicitarán a la

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estructura en un día, lo multiplicamos por 365 días para obtener el número

de ejes de 80 KN que solicitarán a la estructura en un año (Neq anual).

Finalmente, se podrá calcular la solicitación para el período de años

que se está diseñando multiplicándolo por el mismo, pero afectándolo con la

tasa de crecimiento anual del tránsito estimada (generalmente se adopta la

tendencia de crecimiento que viene mostrando el tránsito en los años

anteriores). El número de ejes de 80 KN finalmente obtenido que solicitará a

la estructura a lo largo del período de diseño se denomina “tránsito de

diseño” (ND). El “tránsito de diseño” representa la solicitación que solicitará

al paquete estructural durante el período de diseño y es un dato

fundamental para el dimensionamiento del paquete estructural.

Una forma usual de trabajar para la determinación del ND es emplear la

suma de las equivalencias en efecto destructivo de los ejes de cada vehículo,

para trabajar con vehículos en vez de ejes en el procedimiento de cálculo. A

la suma de las equivalencias en efecto destructivo de un vehículo se la

denomina “agresividad del vehículo”.

Supongamos el siguiente vehículo:

60 KN 40 KN

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La conversión del efecto destructivo de sus cargas por eje a ejes de 80

KN para una estructura flexible nueva será:

ne (60KN) = ( 60 KN / 80 KN ) 4 = 0,316

ne (40KN) = ( 40 KN / 80 KN ) 4 = 0,062

La agresividad del vehículo será entonces:

Avehículo = ne (60KN) + ne (40KN) = 0,316 + 0,062 = 0,378

Esto significa que el paso de dicho vehículo equivale al paso de 0,378

ejes de referencia de 80 KN, para el caso del diseño de una estructura flexible

nueva. Del mismo modo se puede determinar la agresividad para cada tipo

de vehículo que compone el tránsito.

Cabe destacar que la Dirección Nacional de Vialidad cuenta con tablas

de agresividades para distintos tipo de vehículos que circulan comúnmente

por nuestro país:

Tipo de vehículo Factor C Ejes F Veh. (10t) F Veh. (80 Kn)

Autos 0.01 2 0.02 0.05

Camionetas 0.01 2 0.02 0.05

Ómnibus 0.07 2 0.14 0.32

Camión Tipo 11 0.60 2 1.20 2.70

Camión Tipo 12 0.38 3 1.14 2.57

Camión Tipo 11-11 0.60 4 2.40 5.40

Camión Tipo 11-12 0.39 5 1.95 4.39

Camión Tipo 112 0.45 4 1.80 4.05

Camión Tipo 113 0.41 5 2.05 4.61

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Clasificación de vehículos según su distribución de ejes en Argentina:

Vehículo N°

ejes

Distribución de

ejes

Gráfico

Autos y camionetas 2 1 – 1

Bus

1

2 1 – 1

Bus

2

3 o 4 1 – 2

2 – 2

Camión simple

1

2 1 – 1

Camión simple

2

3 o 4 1 – 2

1 – 3

Camión con acoplado

1

4 1 – 1 : 1 – 1

Camión con acoplado

2

5 1 – 1 : 1 – 2

Camión con acoplado

3

6 1 – 2 : 1 – 2

Semirremolque

1

3 1 – 1 – 1

Semirremolque

2

4 1 – 1 – 2

Semirremolque

3

5 1 – 1 – 3

1 – 2 – 2

Semirremolque

4

6 1 – 2 – 3

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Máximas cargas permitidas por ejes según la Ley de Tránsito y

Seguridad Vial:

Eje simple de ruedas individuales: 6 t

Eje simple de ruedas duales: 10,5 t

Eje tándem de ruedas individuales: 10 t (5 por eje)

Eje tándem de ruedas duales: 18 t (9 por eje)

Resumiendo, el procedimiento para determinar el tránsito de diseño

ND es el siguiente:

1) Determinar el TMDA, la composición del tránsito y las cargas por eje

de los vehículos.

2) Determinar el volumen de tránsito por carril a partir del TMDA,

afectando a este último por el factor de trocha (ft).

3) A partir de las cargas por eje de cada vehículo, determinar la

agresividad para cada tipo de vehículo.

4) Con los datos del volumen del tránsito y la composición en

vehículos, calcular el número total de ejes equivalentes de 80 KN

que solicitarán a la estructura por día.

5) Calcular el número total de ejes equivalentes de 80 KN que

solicitarán a la estructura por año.

6) Adoptar la vida útil para el diseño del pavimento.

7) Estimar una tasa de crecimiento anual del tránsito.

8) Calcular el tránsito de diseño ND.

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Cabe resaltar que para el diseño estructural de pavimentos en

carreteras bidireccionales de un carril por sentido de circulación, el factor de

trocha que se adopta es de 0.5 por considerarse que el tránsito se distribuye

uniformemente entre ambos sentidos. Para estos casos el volumen de

tránsito adoptado será la mitad del TMDA.

Para el caso de carreteras con más de un carril de circulación por

sentido, deberá determinarse el volumen y la composición del tránsito del

carril más solicitado (carril de vehículos pesados) para el cálculo del tránsito

de diseño.