evaluaciÓn estructural de pavimentos …

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS CONSIDERANDO LA

INFLUENCIA DE CAMIONES CON LLANTAS DE BANDA ANCHA.

Autoras

María de los Ángeles Hermosa Tovar– 1510607

Brizeth Alejandra Coronado Correa– 1610393.

Trabajo de grado para obtener el título de Ingeniero Civil.

Director: Juan Gabriel Bastidas Martínez

Línea de investigación: Geotecnología y nuevos materiales

Universidad Piloto de Colombia

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Civil

Bogotá D.C, Colombia

2021-II

Agradecimientos

María de los Ángeles Hermosa Tovar

En primera instancia, este trabajo de grado no hubiese sido posible si no fuera gracias a

nuestro asesor de tesis el ingeniero Juan Gabriel Bastidas, a quien le debo el reconocimiento

por enriquecer mis conocimientos en el área de Pavimentos y también por guiarnos en este

proceso junto con mi compañera Alejandra Coronado con quien aprendimos a trabajar en

equipo y poder ser un excelente apoyo durante el avance del proyecto.

Agradezco especialmente a Dios, el creador de todas las cosas por la bendición de permitirme

estudiar, darme sabiduría y salud para seguir adelante. De igual manera a mis padres por

siempre creer en mí, ser fuente de inspiración y fortaleza desde que siquiera tengo memoria.

A mis hermanos por motivarme a diario y estar siempre cuando los he necesitado para

guiarme y aconsejarme.

A mi esposo que siempre estuvo en los momentos difíciles, creyó en mi en todo momento y

siempre me motivó a salir adelante gracias a su amor incondicional. Aunque al principio

parecía lejano, con el apoyo absoluto de mi familia todo fue posible.

Este nuevo logro también ha sido también gracias a la Universidad Piloto de Colombia y a

cada uno de sus docentes de Ingeniería Civil que fueron parte de una extraordinaria

formación académica para poder culminar esta carrera y llegar a ser una gran profesional.

Brizeth Alejandra Coronado

Este trabajo fue posible, en primer lugar, a Dios ya que, gracias a él, en mis peores momentos

con las ganas de claudicar, me levanto y me enseñó que con perseverancia todo lo que me

proponga lo puedo lograr, que por más difícil que sea el camino, encontraré a las personas y

la manera indicada de lograr mis sueños.

en mi camino de mi vida, Dios ha puesto los lugares y las personas correctas en el momento

preciso. En este proceso La Universidad piloto de Colombia me abrió sus puertas en el

conocimiento y en el empoderamiento de la mujer, conociendo a profesores que cada día me

hacen amar más esta carrera. Mi más sincero agradecimiento al ingeniero Juan Gabriel

Bastidas ya que estuvo siempre dispuesto a enseñarnos, a entendernos y que cada cosa que

hagamos en el ámbito profesional sea de manera ética y responsable y a mi compañera María

Hermosa por apoyarnos en este proceso y siempre brindarme su bonita amistad.

Agradezco a mi papá por ayudarme en todo mi proceso de vida sin importar los errores

cometido y por cada vez mejorar para hacer una familia más unida, a mi mamá gracias por

ser una persona de admirar, gracias a ella puede entender que por más duro que sea el

camino y por los años que pasen se pueden conseguir los sueños, a mi hermana mayor Paola,

gracias por el apoyo, por enseñarme que es la perseverancia mediante su estudio de Medicina

y a mi hermana menor Valentina por siempre apoyarme y estar en los momentos más duros

de mi vida.

Por último, agradezco a mi novio Diego Palomino por apoyarme desde el momento cero, por

siempre enseñarme a seguir adelante, a confiar en mis habilidades y conocimientos (por más

años juntos).

Resumen

Actualmente transitan un gran número de combinaciones vehiculares con dimensiones y

pesos diferentes en las vías colombianas. Sin embargo, por economía en algunos tipos de

vehículos de carga pesada se ha optado por cambiar dos llantas simples por una llanta de

banda ancha, cuya presencia no ha sido considerada en los diseños de pavimentos. Lo anterior

puede repercutir en el mantenimiento y conservación de los pavimentos, pudiendo afectar la

durabilidad de la infraestructura vial. En este sentido, a nivel internacional se han realizado

diversas investigaciones sobre la utilización de este tipo de llantas en el pavimento,

analizando solo un tipo de estructura sin involucrar los diferentes tipos de configuraciones

vehiculares. Determinando que, al modificar las llantas simples por las llantas de banda

ancha, provocan desde 3,5 a 10 veces más daño en una estructura de pavimento. Lo anterior

genera más incertidumbre del daño que pueda causar este tipo de llanta con diferentes tipos

de vehículos y de diferentes pesos.

Este trabajo analizó el efecto estructural de pavimentos flexibles, al utilizar dos llantas

simples por una llanta de banda ancha. Para tal fin, fueron simuladas estructuras de

pavimentos considerando diferentes tipos de suelos y espesores de capa de rodadura, llegando

a analizar los daños por ahuellamiento y por fatiga. Las simulaciones fueron realizadas

utilizando el software EverStress de elemento finitos. Adicionalmente, se contemplaron

análisis considerando el paso del 10%, 20%, 50% y el 100% de vehículos de carga pesada

con llantas de banda ancha. Como gran conclusión se reporta que la modificación de los

vehículos de carga pesada con llantas de banda ancha afecta la vida útil del pavimento,

principalmente el daño por fatiga en la capa asfáltica. Además, se evidencia que dichos daños

aumentan en las subrasantes blandas y en bajos espesores de capa asfáltica (7,5 cm). Lo

anterior proporcionando un incremento de los costos económicos para la conservación y

rehabilitación de las carreteras.

Palabras claves: Llanta banda ancha, llantas simples, EverStress y PITRA PAVE.

Abstract

Currently, many vehicle combinations with different dimensions and weights transit on

Colombian roads. However, due to economy, some types of heavy-duty vehicles have opted

to change two simple tires for a wide-band tire, the presence of which has not been considered

in pavement designs. This may affect the maintenance and conservation of the pavements

and may affect the durability of the road infrastructure. In this sense, at an international level,

various investigations have been carried out on the use of this type of tire on the pavement,

analyzing only one type of structure without involving the different types of vehicle

configuration. Determining that when modifying the simple tires for the wide band ones, they

generate an increase in the magnitude of loads between 4 and 60 times of what is estimated

in a pavement structure. This creates more uncertainty about the damage that this type of tire

can cause with different types of vehicles and of different weights.

This work analyzed the structural effect of flexible pavements, when using two simple tires

for a wide band tire. For this purpose, pavement structures were simulated considering

different types of soils and tread layer thicknesses, reaching analysis of rutting and fatigue

damage. The simulations were performed using the finite element EverStress software.

Additionally, analyzes were considered considering the passage of 10%, 20%, 50% and

100% of heavy-duty vehicles with broadband tires. As a great conclusion, it is reported that

modifying heavy-duty vehicles with wide-band tires would affect the useful life of the

pavement, mainly in relation to fatigue damage in the asphalt layer. In addition, it is

evidenced that said damages increase in soft subgrade and in low thickness of asphalt layer

(7.5 cm). This has an impact on the reduction of the useful life of the pavement, providing

an increase in the economic costs for the conservation and rehabilitation of the roads.

Keywords: Wide band rim, single rims, EverStress y PITRA PAVE.

Tabla de contenido

1. Introducción ................................................................................................................... 12

2. Hipótesis ....................................................................................................................... 16

3. Objetivo general ........................................................................................................... 16

Objetivos específicos ........................................................................................................ 16

4. Marco teórico ................................................................................................................ 17

Descripción de llanta simple y banda ancha ..................................................................... 18

Área de contacto de la llanta: ........................................................................................... 19

Combinaciones vehiculares: ............................................................................................. 20

Esfuerzos: ......................................................................................................................... 21

Presión de inflado: ............................................................................................................ 21

Deformación: .................................................................................................................... 21

Deflexiones: ...................................................................................................................... 22

EverStress: ........................................................................................................................ 22

Llanta de base ancha (WBT): ........................................................................................... 22

5. Marco referencial .......................................................................................................... 24

Antecedentes teóricos (Estado del arte)............................................................................ 24

6. Metodología. ................................................................................................................. 27

Primera fase: ..................................................................................................................... 27

Segunda fase ..................................................................................................................... 30

Tercera fase: ..................................................................................................................... 32

Cuarta fase: ....................................................................................................................... 34

Quinta fase: ....................................................................................................................... 37

7. Resultados. .................................................................................................................... 38

Primera fase ...................................................................................................................... 38

Segunda fase ..................................................................................................................... 40

Tercera fase: ..................................................................................................................... 46

Cuarta fase: ....................................................................................................................... 49

Quinta fase: ....................................................................................................................... 53

8. Conclusiones ................................................................................................................. 55

9. Recomendaciones ......................................................................................................... 56

10. Referencias ................................................................................................................ 57

1. ANEXOS ...................................................................................................................... 60

Anexo 1............................................................................................................................. 60

Anexo 2............................................................................................................................. 61

Anexo 3............................................................................................................................. 64

Camión C2 .................................................................................................................... 65

Camión C3 .................................................................................................................... 68

Camión C4 .................................................................................................................... 71

Camión C5 .................................................................................................................... 77

Camión C6 .................................................................................................................... 80

Anexo 4............................................................................................................................. 88

10% de los vehículos con llanta de banda ancha y llanta simples ................................ 89



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Tabla de figuras

Figura 1 Evolución de los camiones en el tiempo. Fuente: Autoras. ................................... 13

Figura 2 Nomenclatura de la llanta simple. -Fuente: (Karmalan, 2018) .............................. 18

Figura 3 Relación de área de contacto y presión de la llanta. Fuente: Autoras. ................... 19

Figura 4 Área de contacto. Fuente: Autoras. ........................................................................ 20

Figura 5 Esfuerzos. -Fuente: Autoras. .................................................................................. 21

Figura 6 descripción de las referencias o medias de las llantas. - Fuente: Autoras.............. 23

Figura 7 Diferencia de llanta primera generación y segunda generación. -Fuente: (ILIEV,

2019) ..................................................................................................................................... 23

Figura 8. Estructura de pavimento. Fuente: Autoras. ........................................................... 32

Figura 9 Punto de evaluación para el análisis de esfuerzos y deformaciones para las llantas

simples y la llanta de banda ancha. Fuente: Autoras ............................................................ 41

Figura 10 Evolución de los esfuerzos verticales con la profundidad (Estructura de pavimento

con CBR 5%). Fuente: Autoras. ........................................................................................... 42


con CBR 10%). Fuente: Autoras. ......................................................................................... 43


con CBR 15%). Fuente: Autoras. ......................................................................................... 43

Figura 13 Evolución de la deformación horizontal con la profundidad (Estructura de

pavimento con CBR 5%). Fuente: Autoras. ......................................................................... 44


pavimento con CBR 10%). Fuente: Autoras. ....................................................................... 45


pavimento con CBR 15%). Fuente: Autoras. ....................................................................... 45

Figura 16 Daño por fatiga a).CBR 5%. b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras...... 50

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Figura 17 Daño por ahuellamiento a).CBR 5%. b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente:

Autoras.................................................................................................................................. 51

Tablas

Tabla 1 carga admisible mediante los años. Fuente: Autoras............................................... 14

Tabla 2 Referencias llantas banda ancha y llantas simples. Fuente: Autoras....................... 18

Tabla 3 Dimensionamiento de las llantas de banda ancha y simple. Fuente: Autoras. ........ 18

Tabla 4 Tipos de ejes en los vehículos de carga pesada. -Fuente: Autoras .......................... 20

Tabla 5 Designación de vehículos pesados. Fuentes: Autoras. ............................................ 28

Tabla 6 Descripción de las llantas de banda ancha y llantas simples. Fuente: Autoras ....... 29

Tabla 7 Especificaciones de las llantas simples y llantas banda anchas Fuente: Autoras. ... 30

Tabla 8 Correlaciones para obtener el CBR. Fuente: Autoras. ............................................ 31

Tabla 9 Pesos admisibles según el tipo de camión. Fuente: Autoras. .................................. 33

Tabla 10 Especificación de cargas por eje y tipo de vehículo. Fuente: Autoras. ................. 34

Tabla 11 TPDS y factor de daño vehicular. Fuente: Autoras ............................................... 35

Tabla 12 Área de contacto para vehículos C2G, C3, C4, C5 y C6. Fuente: Autoras ........... 39

Tabla 13 Módulos Resilientes. Fuentes: Autoras ................................................................. 41

Tabla 14 Valores de modulo resiliente para las capas del pavimento. Fuente: Autoras. ..... 41

Tabla 15 promedio de incremento y decrecimiento de las deformaciones. Fuente: Autoras47

Tabla 16 Tipo de vehículo- TPD- BW. Fuente: Autoras ...................................................... 49

Tabla 17 incremento y decrecimiento al utilizar BWT. Fuente: Autoras. ............................ 52

Tabla 18 Daño por fatiga al 10%, 20%, 50% y100%. Fuentes: Autoras. ............................. 53

Tabla 19 Daño por ahuellamiento al 10%, 20%, 50% y100%. Fuentes: Autoras ................ 54

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Tabla 20 Deformaciones a tracción y compresiones llanta simple y llanta banda ancha para

camiones C2. Fuente: Autoras. ............................................................................................. 65






camiones C5 ESRD. Fuente: Autoras................................................................................... 74


camiones C5 tándem. Fuente: Autoras. ................................................................................ 77


camiones C6 trídem (rueda central). Fuente: Autoras. ......................................................... 80


camiones C5 trídem (rueda lateral). Fuente: Autoras. .......................................................... 83


camiones C6 tándem. Fuente: Autoras. ................................................................................ 86

Tabla 28 10% de los vehículos con llanta de banda ancha y llanta simple. Fuente: Autoras

.............................................................................................................................................. 89

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1. Introducción

Actualmente, Colombia está en la búsqueda del desarrollo económico con el objetivo de

brindar bienestar a la población. En los últimos años se ha producido un incremento de la

infraestructura vial, lo cual conlleva al aumento del transporte de carga pesada. Lo anterior

conduce a proporcionar una mejor integración entre las regiones y proporcionar un

crecimiento económico. Por parte del Instituto Nacional de Vías (INVIAS) se reporta que

Colombia tiene una red vial compuesta por aproximadamente 11.577 km de carreteras, de

los cuales, 9334,15 km son pavimentos y 2216,43 km son no pavimentados. De las carreteras

pavimentadas, el 36,64% se encuentra en buen estado y el 47,41% se encuentran en estado

regular, malo y muy malo. No obstante, esta situación también conduce al aumento de

capacidad de carga de la malla vial, lo cual proporciona una evolución de los vehículos de

carga pesada. En este sentido, es necesario analizar la influencia de llantas de base ancha en

los vehículos de carga, con el fin evaluar las metodologías de diseño de pavimentos flexibles.

Clásicamente, esas evoluciones evidencian el cambio en su geometría y sistema de

combustible de los vehículos. Históricamente el diseño de los primeros camiones era muy

semejante a los carruajes impulsados con motor, los cuales fueron inspirados en los trenes de

la época (1769). A medida que se reflejaba que este tipo de vehículos facilitaban el transporte

de mercancías, fueron mejorados gradualmente al pasar de los años. Después de la Primera

Guerra Mundial, las llantas de madera con goma se cambiaron por los de caucho para mejorar

su adherencia a la superficie de rodadura. Igualmente, fueron implementadas otras

características, tales como: sistema de encendido, frenos, implementación las cabinas

cerradas por seguridad, accionamiento hidráulico, transmisiones por eje con cargas, mayor

potencia, entre otros.

En la Figura 1 se presenta esquemáticamente la evolución de los vehículos de carga pesada

en el tiempo.

P á g i n a | 13

Figura 1 Evolución de los camiones en el tiempo. Fuente: Autoras.

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Para el caso de Colombia, en la Tabla 1 se evidencia los cambios de los pesos máximos por eje

en los últimos 50 años.

Tabla 1 carga admisible mediante los años. Fuente: Autoras

Años Carga (Kg)

Eje simple Eje Tándem Eje Trídem Observación

1971 1200 14500 - Decreto 102 de 1955

1983 10000 20000 - Sandoval (2014)

1988 11000 22000 24000 Resolución 13791 de 1988 Ministerio de

Transporte

2004 11000 22000 24000 resolución vigente en 2019 expedida por el

Ministerio en 2004.

2009 11000 22000 24000 resolución vigente en 2019 expedida por el

Ministerio en 2004.

Sandoval (2014) menciona la evolución de las cargas por ejes para los camiones en Colombia,

concluyendo que desde el año 1983 las cargas del tránsito para los camiones de dos, tres y

cuatro ejes, se presenta una sobre carga en aproximadamente 30%, 50% y 18%,

respectivamente.

Ante el crecimiento del tránsito de vehículos ha surgido la utilización de llantas banda ancha

como sustitución de las llantas simples. La principal ventaja radica en la reducción de costos ya

que permite el ahorro de combustible, también poseen mayor capacidad de carga, ahorro de

producción y reducen emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, la utilización de

llantas de banda ancha puede generar riesgos de pinchado y, volcamiento. Adicionalmente, el

desgaste de las llantas de banda ancha es más acelerado que dos llantas convencionales sin

contar la más importante de las desventajas que es el daño que causa al pavimento. Desde el

punto de vista estructural de pavimento, algunos estudios como lo es el de Illinois Center for

Transportation (2015), el cual compararon las llantas de banda ancha y simples teniendo en

cuenta no solo el daño en el pavimento sino también el impacto ambiental. En dicho estudio se

realizaron análisis por medio de modelos numéricos, métodos de predicción, mediciones

experimentales de laboratorio y evaluaciones del ciclo de vida que dichas llantas banda ancha

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si generan mayores deformaciones en el pavimento. Sin embargo, dicho impacto del pavimento

es compensado por las ventajas ambientales que estas aportan.

El principal objetivo del trabajo consiste en analizar la influencia de la utilización de llantas de

banda ancha en los vehículos pesados que transitan sobre pavimentos flexibles. Para tal fin,

fueron investigadas las diferentes tipologías de llantas de banda ancha, analizando su área de

contacto con el pavimento. Posteriormente, se realizó un análisis de esfuerzos y deformaciones

por medio de los softwares de multicapa elástica (PitraPave) y elementos finitos (EverStress)

para los vehículos en los cuales se puede sustituir la utilización de las dos llantas, por una llanta

de banda ancha. A partir de lo anterior, fueron diseñadas estructuras de pavimentos

considerando diferentes resistencias del suelo de subrasante y diferentes espesores de la capa

de rodadura, con el fin de analizar mediante el manual de pavimentos de medios y altos

volúmenes del (2018) los daños por ahuellamiento y fatiga. Esos daños fueron determinados

para camiones considerando ejes de dos llantas y de banda ancha. Finalmente, fueron analizados

el paso del 10%, 20%, 50% y el 100% de vehículos de carga pesada con llantas de banda ancha.

Este estudio se limitó a los pavimentos flexibles, por ser los más utilizados en la red vial

colombiana. Adicionalmente, no se contempló el análisis en los pavimentos rígidos. Lo anterior,

dado que la losa de concreto tiene una elevada rigidez, lo cual genera que los esfuerzos

originados por este tipo de llantas sean mínimos.

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2. Hipótesis

La hipótesis de este estudio se fundamenta en que el área de contacto de una llanta de banda

ancha es menor que el área de contacto de dos llantas simples. Lo anterior debido a que el ancho

de cada llanta simple es de 225 mm, lo que da como resultado para dos llantas simples 450 mm

con presión inflado 110 Psi y la llanta de banda ancha es de 455 mm con presión inflado 130

Psi, generando menor área de contacto con llanta de banda ancha. Además, se considera que las

cargas generadas en la estructura del pavimento reducen los esfuerzos internos al tener mayor

área de contacto y se supone que los esfuerzos para la llanta de banda ancha serán mayores que

para la llanta simple. Por otra parte, las deformaciones a compresión en la fibra superior de la

subrasante serán menores al utilizar llantas de banda ancha, debido a que este no tiene la

influencia de otra llanta como los de llanta simple.

3. Objetivo general

Evaluar el efecto estructural de pavimentos flexibles al contemplar utilización de ejes con llanta

simple y con llanta de banda ancha en los principales camiones que transitan por la

infraestructura vial colombiana.

Objetivos específicos

• Analizar el área de contacto entre la llanta y la superficie del pavimento, con el fin de

determinar la incidencia en el desempeño del pavimento.

• Establecerlas diferencias en el comportamiento estructural del pavimento al sustituir

una llanta simple por una llanta de banda ancha, mediante el software de multicapa

elástica (PitraPave).

• Analizar la influencia estructural en pavimentos flexibles con la utilización de ejes y

diferentes combinaciones vehiculares, considerando la influencia de llantas de banda

ancha y de llanta simple a través de la técnica de estudio de elementos finitos mediante

el software EverStress.

• Evaluar el desempeño de estructuras de pavimentos considerando las diferentes

combinaciones de vehículos de carga pesada a nivel nacional utilizando llantas de banda

ancha y de llanta simple.

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• Analizar el desempeño por ahuellamiento y fatiga en el pavimento al paso del 10%,

20%, 50% y el 100% de vehículos de carga pesada con llantas de banda ancha,

considerando la estructura más crítica del presente estudio.

4. Marco teórico

Según Al-Qadi (2015), las llantas anchas no son el doble en ancho que dos llantas, por ende, la

llanta ancha está haciendo casi el doble de trabajo que las dos llantas individuales afectando la

presión de inflado que es crucial para su funcionamiento. Las ventajas que tienen dichas llantas

son:

• Ahorro de combustible: disminuye la resistencia a la rodadura debido a que el área de

contacto de la llanta banda ancha es mayor que una llanta simple, lo que traduce en un

ahorro de combustible del 2 al 10%.

• Estabilidad en bajada: ya que su área de contacto es mayor y genera más estabilidad

• ahorro de peso ya que pueden llevar más carga: debido a que las llantas de banda ancha

no tienen el mismo peso o carga que las llantas simples.

Sin embargo, sus desventajas son:

• El riesgo a un escape de aire: debido a que la llanta de banda ancha si se pincha solo

tiene una llanta mientras que la llanta simple tiene dos.

• Tienen mayor riesgo de desgaste debido a que el ancho de contacto de la llanta de banda

ancha es mayor.

• También que estas no son tan comunes y no en todos los lugares donde cambian llantas

tengan los accesorios o implementos de reparación.

Por lo tanto, para poder analizar el efecto estructural del pavimento se necesitan tener claro los

siguientes conceptos:

P á g i n a | 18

Descripción de llanta simple y banda ancha

Se observa que las llantas tienen varias referencias, y se indaga cual es la llanta más utilizada

para estas combinaciones vehiculares, obteniendo la referencia 11R22.5 (llanta simple) de la

Figura 2.

Figura 2 Nomenclatura de la llanta simple. -Fuente: (Karmalan, 2018)

Después mediante un consultor de Michellin se determinó que tipo de llantas son los que se

utilizaban para la referencia 11R22.5 (Llanta simple), ya que se debe tener en cuenta los

caminos que se van a recorrer, ya sean autopistas, carreteras de montaña, zonas de lluvia, tramos

de elevada frecuencia de derrumbes o presencia de lodo en la calzada. Determinando mediante

la Tabla 2 las llantas de banda ancha que se pueden utilizar.

Tabla 2 Referencias llantas banda ancha y llantas simples. Fuente: Autoras.

llanta banda ancha llantas simples

445/50R22.5 275/80R22.5

455/55R22.5 11R22.5 o 275/80R24.5

Conociendo la referencia de las llantas se determinaron en la Tabla 3 la dimensión estándar

para los dos tipos de llantas.

Tabla 3 Dimensionamiento de las llantas de banda ancha y simple. Fuente: Autoras.

Referencias W Llanta

(Kg)

Presión inflado

(Kg/cm2)

Sección

nominal

X-One XZU* (455/55R22.5) 5300 130 455 mm

X- One XZY** (455/55R22.5) 5300 130 455 mm

11R22.5 (Llanta simple) 6000 110 225 mm

*: X-One XZU= Llantas de banda ancha para vehículos pesados en caminos urbanos.

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**: X-One XZY= Llantas de banda ancha para vehículos pesados para caminos mixtos.

Área de contacto de la llanta:

El área de contacto de las llantas a la superficie del suelo define el área cargada y la presión

aplicada al suelo. A medida que se incrementa la presión específica, mayor será el riesgo de

compactación del suelo.

Figura 3 Relación de área de contacto y presión de la llanta. Fuente: Autoras.

Al tener la referencia de las llantas, se obtuvieron los datos de entrada (dimensionamiento de la

llanta) para así poder calcular el área de contacto. Según (Huang, 2004), para las llantas de

banda ancha y de llanta simple se puede suponer que la carga por eje se distribuye

uniformemente sobre el área de contacto. El tamaño del área de contacto depende de la presión

de contacto.

La Figura 4(a) representa la forma aproximada del área de contacto de cada llanta, que se

compone de un rectángulo y dos semicírculos, la Figura 4(b) es el equivalente a un rectángulo

para el área de contacto. Además, mediante las Ecuaciones 1 y 2 se puede obtener dicha área

de contacto.

𝐴𝑐 = 𝜋(0.3𝐿)˄2 + (0.4𝐿)(0.6𝐿) 𝑬. 𝒄. 𝟏

𝐴𝑐 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑛𝑒𝑢𝑚𝑎𝑡𝑖𝑐𝑜/ 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑬. 𝒄. 𝟐

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Figura 4 Área de contacto. Fuente: Autoras.

Combinaciones vehiculares:

Los vehículos se clasifican en tres categorías: autos (A), buses (B) y camiones (C). Las

categorías B y C se distinguen por ser vehículos comerciales y de carga pesada. Por tanto, es

de vital importancia contemplar el efecto de las cargas sobre las estructuras de pavimento. En

este sentido, en la Tabla 4 se describe los sistemas de ejes más comunes en los vehículos, tales

como:

Tabla 4 Tipos de ejes en los vehículos de carga pesada. -Fuente: Autoras

Ejes Diagrama Peso

Simple: Se constituye por un ensamble de dos o cuatro

llantas unidas por una línea de rotación.

Eje simple rueda simple=6 Ton

Eje simple rueda doble =11 Ton

Tándem: Son dos ejes que conforman dos líneas de

rotación, permitiendo una buena distribución de las

cargas soportadas por el vehículo.

22 Ton

Trídem: Son dos ejes que conforman tres líneas de

rotación, permitiendo una buena distribución de las

cargas soportadas por el vehículo.

24 Ton

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Esfuerzos:

Las llantas de los vehículos se apoyan sobre el pavimento, lo que produce diferentes formas de

huellas debido al tipo de llantas, también se tiene en cuenta la presión de inflado, carga por

rueda, velocidad y estado de la superficie. Cuando está en movimiento, aparecen solicitaciones

distintas a las verticales, las cuales son, cuando el vehículo está detenido o con movimiento

uniforme (esfuerzos horizontales, succiones de agua y esfuerzos verticales). Las unidades de

los esfuerzos están dadas generalmente en Mpa.

En la Figura 5 se evidencia los diferentes esfuerzos que puede tener la estructura de pavimentos

al paso de los vehículos.

Figura 5 Esfuerzos. -Fuente: Autoras.

Presión de inflado:

La presión de inflado es un valor que se expresa en varias unidades de medida (kg/cm2 o Psi),

que indica la presión de la masa de aire introducida en la llanta a través de la válvula. Dicho

valor es medido con manómetros aplicados a la propia válvula.

Deformación:

Las deformaciones generan desplazamientos en el pavimento cuando es sometido a

solicitaciones en la superficie de la capa asfáltica, generando tensión a medida que incrementa

la profundidad. Es un parámetro de diseño importante para controlar la fatiga a tensión de las

mezclas asfálticas. Las unidades de las deformaciones están dadas por µε (micro string).

P á g i n a | 22

Deflexiones:

La deflexión es el valor del desplazamiento en la superficie del pavimento al aplicar una carga.

EverStress:

EverStress es una herramienta de análisis de elementos finitos 3D que, mediante el tipo de eje,

llanta simples o dobles, la presión de inflado, la cargas y el área de contacto de las llantas, se

puede simular la respuesta de sistemas de pavimento de asfalto flexible sometidos a cargas de

ruedas. Este software es útil tanto para investigadores como para diseñadores de pavimentos

flexibles que deben realizar análisis complejos de sistemas de pavimentos de asfalto flexible.

El software genera diseños de estructuras de pavimento, en donde se emplea modelos

numéricos, definiendo para ello, el eje de diseño, si se analiza para una llanta o dos, el espesor

de las capas y las características de los materiales, para así, calcular las deformaciones a tensión

en las fibras inferiores de las capas asfálticas y a compresión en la subrasante, provocadas por

la presión de contacto de la carga de diseño. Este programa es ideal para evaluar el efecto de la

presión de contacto de una carga dual y de banda ancha sobre los parámetros de diseño de

pavimentos asfalticos (deformaciones horizontales “εxx” y verticales “εzz”). Para este

propósito se empleó el software tridimensional de elementos finitos EverStress que permite

reproducir de una manera más ajustada el área de contacto y la intensidad de esfuerzo generados

por las llantas de los vehículos.

Llanta de base ancha (WBT):

Existe un tipo de llanta para cada posición en los vehículos pesados y estos tipos de vehículos

han optado por cambiar dos llantas simples por una llanta de banda ancha, que permitían

extensas soluciones como lo son el menor peso y su bajo precio. Las llantas de banda ancha

comenzaron su creación y comercialización a principios de la década de 1980 denominándolo

FG-WBT, se fabricaron con medidas y referencias de 385/65R22.5 y 425/65R22.5 (ver Figura

6). Alrededor del año 2000 surgió la segunda generación (WBT), hechas con perfiles más bajos

y anchos mayores con medidas de 445/50R22.5 y 455/55R22.5.

P á g i n a | 23

En los últimos años han surgido diversas actualizaciones en la fabricación de dichas llantas

WBT mediante mejoras en sus propiedades mecánicas, materiales y métodos de fabricación.

En la actualidad hay diferentes fabricantes que ofrecen llantas banda ancha como lo son

Michelin, Goodyear, BF Goodrich, Bridgestone, entre otros. En la Figura 7, en el ítem “a” se

encontrará una llanta de primera generación y una llanta banda ancha de nueva generación

usada en la actualidad, y en el ítem “b” se muestra la llanta simple con la llanta de banda ancha

convencional.

Figura 6 descripción de las referencias o medias de las llantas. - Fuente: Autoras.

Figura 7 Diferencia de llanta primera generación y segunda generación. -Fuente:

(ILIEV, 2019)

http://ilievlima.org/2do-congreso-nacional-de-pavimentos/pdf/conferenciantes/dia-15/Ev-de-da%C3%B1os-en-el-pav-debido-a-nuevos-dise%C3%B1os-de-neum%C3%A1ticos%20-%20Marco%20Montalvo%20Farf%C3%A1n.pdf

P á g i n a | 24

5. Marco referencial

Antecedentes teóricos (Estado del arte)

Al-Qadi et al. (2018) Da a conocer que existen dos tipos de llantas de banda ancha, la

primera es considerada como primera generación (FG-WBT) con una base de llanta de 50

cm y la última es la segunda generación (WBT), que esta, se caracteriza por tener más

labrados para diferentes tipos de carreteras y la base es de 55 cm, además, en la

investigación se hizo la comparación de las llantas de base ancha de la nueva generación

(WBT) y el ensamblaje de llantas simples. De tal manera, que las llantas, se compararon

considerando el área de contacto con el tipo de labrado para conocer el daño al pavimento

y el impacto Ambiental. Además, se combinaron modelos numéricos, métodos de

predicción y evaluación del ciclo de vida, involucrando las cargas de contacto, que se

midieron e incorporaron a un modelo de simulación realista de estructuras de pavimento,

materiales y condiciones de carga y así proporcionaron recomendaciones sobre el uso de

WBT.

Al-Qadi et al. (2018) determino un enfoque de elementos finitos (FE) que considera

variables que generalmente se omiten en el análisis convencional de pavimento flexible. A

través de la herramienta de predicción, fue desarrollado en base a una red neuronal artificial

para obtener respuestas críticas del pavimento y se estimó el consumo de energía del ciclo

de vida, el costo y las emisiones de gases de efecto invernadero. La investigación concluyó

que el impacto que generan las llantas de primera y nueva generación de WBT en el

pavimento es más significativo que el de las llantas simples, ya que las llantas banda ancha

generan mayores deformaciones en el pavimento que generan agrietamientos en su

superficie creados por la tensión a tracción superficial. En ese caso las llantas banda ancha

soportan entre 0,4 y 4,6 veces más repeticiones de carga a diferencia de las llantas simples.

También se propone una modificación a AASHTO para que se tenga en cuenta las llantas

NG-WBT. La revisión se basa en dos factores de ajuste, uno que explica la discrepancia

entre el enfoque AASHTO y el modelo de EF de este estudio, y el otro que aborda el impacto

de NG-WBT. Aunque puede resultar en un mayor daño al pavimento de NG-WBT, para los

casos analizados, el daño adicional al pavimento puede ser compensado por los beneficios

P á g i n a | 25

ambientales debido a que se genera un ahorro de combustible porque se disminuye la

resistencia a la rodadura debido a que el área de contacto de la llanta banda ancha es mayor

que una llanta simple. Por último, se plantean como recomendación manejar siempre las

presiones de inflado de acuerdo con la guía de llantas de la empresa fabricante del neumático

y que se haga un seguimiento continuamente de su desgaste.

UC-Davis, FLDOT, Delft, CSIR. (2015) Establecen los impactos que conlleva al utilizar

las llantas de banda ancha (WBT), en base a recopilaciones de varias investigaciones las

cuales analizaron el impacto en la infraestructura vial, concordando que el efecto FG-WBT

en la estructura del pavimento genera más daño por fatiga que las llantas simples. Como lo

es en caso del articulo de Finlandia en 1986, mediante programas experimentales se

consideraron tres configuraciones de eje (simple, tándem y trídem) y tres tipos diferentes

neumáticos (simple, tándem y WBT). En base a los resultados concluyeron que las llantas

de banda ancha causaron más daño al pavimento que el conjunto de llantas simples.

Además, el eje trídem con llantas WBT produjo una cantidad de daños similar al tándem

con rueda doble. Sin embargo, los daños estructurales de los pavimentos dependen de sus

espesores. En este sentido, el daño causado por llantas de WBT y el ensamble de la llanta

simple disminuye a medida que aumenta la profundidad del pavimento. Por último, no se

especifica el porque de dichas conclusiones por parte de los autores.

Otro artículo fundamental es el de Bonaquist (1992), el cual presentó los resultados de las

pruebas aceleradas del pavimento realizadas en Virginia, comparando el conjunto de llantas

simples con WBT en donde se construyó 12 tramos de pavimento flexible y se distribuyeron

en tres carriles para las pruebas, arrojando que el WBT produce una mayor deformación

horizontal y deformación vertical mediante el programa EverStress en todas las capas

produciendo entre 3.5 y 4.3 veces más daño por fatiga que el ensamble de llanta simple.

Pero a la hora del impacto en las operaciones de camiones el Elseifi y Al-Qadi en 2015

complementaron dicho análisis definiendo que este tipo de llantas disminuye la resistencia

a la rodadura debido a que las llantas de banda ancha el área de contacto es menor lo que

traduce en un ahorro de combustible del 2 al 10%.

P á g i n a | 26

Bormaster (2016) menciona que los camiones de servicio pesado utilizan llantas simples

por cada eje. Sin embargo, por economía algunas empresas están optando por usar llantas

de banda ancha que tiene la misma capacidad de carga que un par de llantas simples

convencionales, también permite que los camiones transporten más carga y mejor economía

de combustible que las llantas tradicionales. No obstante, este tipo de llantas son peligrosos

debido a que si se estalla la llanta de banda ancha no tendrá otra llanta para estabilizar el

vehículo de carga pesada. Como sucedió en Lousiana donde un camión terminó chocando

y prendiéndose fuego. A parte de que sean más riesgosos, las llantas de banda ancha ofrecen

menos contacto con la superficie de la carretera que las configuraciones estándar y, como

resultado, si un camión está sobrecargado, es mucho más probable que se produzca una falla

crítica. También concluyen que las llantas de banda ancha son más sensibles al desgaste,

tienen menor tracción y generan más calor si no están bien infladas.

P á g i n a | 27

6. Metodología.

El principal objetivo de este trabajo consiste en evaluar el desempeño de estructuras de

pavimentos flexibles cuando, en los vehículos de carga pesada se cambia el sistema de dos

llantas por una llanta de banda ancha. Es decir, se busca cuantificar el desempeño de los

pavimentos ante la fatiga en la fibra inferior de la capa asfáltica y el ahuellamiento en la parte

superior de la subrasante al considerar vehículos con llantas de banda ancha. Para tal fin, se

planteó la siguiente metodología, la cual se divide en cinco grandes etapas: (I) La primera etapa

conduce a determinar el área de contacto entre las llantas (simples y de banda ancha) con la

superficie del pavimento. (II) la segunda etapa consiste en analizar el comportamiento

estructural, es decir, analizar la distribución de los esfuerzos y de las deformaciones a lo largo

de la estructura del pavimento flexible. Lo anterior, por medio del programa de PitraPave. (III)

La tercera etapa, conduce a estudiar las diferencias en el comportamiento estructural del

pavimento al sustituir las llantas simples por llantas de banda ancha, atreves del software

EverStress. (IV) En la cuarta etapa se evalúa el desempeño de estructuras de pavimentos

considerando las diferentes combinaciones de vehículos a nivel nacional utilizando llantas de

banda ancha y de llanta simple. (V) Finalmente, la última etapa consiste en analizar el

desempeño por ahuellamiento y fatiga en el pavimento cuando se incrementa la utilización de

la llanta banda ancha al 10%, 20%, 50% y 100% con la estructura más crítica de la presente

investigación.

Primera fase:

A partir de las informaciones establecidas en INVIAS referentes al tránsito, se identificó los

principales vehículos que transitan por la red vial colombiana, los cuales corresponden a las

categorías de vehículos livianos: Automóviles (A) y vehículos pesados: Buses (B) y Camiones

(C). En la categoría de Camiones, se identificaron que los principales vehículos de mayor

circulación corresponden a camiones tipo: C2P, C2G, C3, C4, C5 y C6, los cuales son

clasificados según el número de ejes de cada camión. Sin embargo, el camión C2P no se tuvo

en cuenta para este estudio, ya que en el rango de cargas de la configuración de eje ESRD no

cumpliría con los máximos permisibles para llantas banda ancha. En la Tabla 5 se presenta una

P á g i n a | 28

descripción detallada, considerando la magnitud de carga por eje. En esta investigación, se

enfoca en los vehículos de carga pesada como se justifica en el Capítulo introductorio.

Tabla 5 Designación de vehículos pesados. Fuentes: Autoras.

Vehículos Descripción

(C2-P): Camiones pequeños, de un eje simple rueda simple (2,5Ton) y un eje simple

rueda doble (6 Ton), con capacidad máxima permisible de 8,5 Ton.

(C2-G): Camiones grandes, de un eje simple rueda simple (6Ton) y un eje simple

rueda doble (11 Ton). con capacidad máxima permisible de 17 Ton.

(C3): Camiones rígidos de dos ejes, un eje simple rueda simple (6 Ton) y un eje

tándem (22 Ton), con capacidad máxima permisible de 28 Ton.

(C4) Camiones rígidos de tres ejes, un eje simple rueda simple (6 Ton), más un eje

simple rueda doble (11 Ton) y un eje tándem rueda doble (22 Ton), con capacidad

máxima permisible de 36 Ton.

(C5 o 3S2): Tractocamión de un eje simple (6 Ton), más un eje tándem (22 Ton) y

un semirremolque con un eje tándem (22 Ton), con capacidad máxima permisible de

48 Ton.

P á g i n a | 29

(C6 o 3S3): Tractocamión de un eje simple (6 Ton), más un eje tándem (22 Ton) y

un semirremolque con un eje trídem (24 Ton), con capacidad máxima permisible de52

Ton.

A partir de la definición de los tipos de vehículos a estudiar, se procedió a determinar el área

de contacto entre las llantas y la superficie del pavimento. Para tal fin, se consideraron llantas

simples y llantas de banda ancha. Adicionalmente, fue necesario conocer los tipos de llantas

simples y de llantas de banda ancha más utilizadas en los vehículos de carga pesada. En la Tabla

3 se presentan las principales características para las llantas de banda ancha, según las

generaciones existentes. Seguidamente fue necesario establecer su equivalencia entre ellas, a

fin de realizar los escenarios de simulación. Mediante la Tabla 6, encontrara la descripción de

tipos de llantas simples que se puede modificar con llantas banda anchas.

Tabla 6 Descripción de las llantas de banda ancha y llantas simples. Fuente: Autoras

Referencia Descripción Labrado

X-One XZU

En vías urbanas, es de muy bajo

kilometraje, con un alto porcentaje de

frenado y arranques.

X- One XZY

Para vías mixtas, están diseñadas para

proporcionar la durabilidad y el

desempeño necesario en condiciones

agresivas de operación a velocidades

limitadas

11R22.5 Llanta simple para carreteras mixtas

Para Michelin, las llantas de banda ancha los denominan X-One y para la referencia escogida

de llanta simpe se pueden modificar por dos tipos de llantas de banda ancha (X-One XZU y X-

One XZY), su diferencia entre estos dos tipos de llantas son sus labrados y para que tipos de

P á g i n a | 30

carretera están hechas estas llantas (Tabla 6). Entre estas dos llantas se escogió la referencia X-

One XZY debido a que esta es diseñada para tipos de carretera mixta.

En la Tabla 7 se evidencia los pesos, sección nominal y presión de inflado al modificar los

vehículos con llantas de banda ancha en vez de llantas simples y con las respectivas

observaciones acerca de su uso.

Tabla 7 Especificaciones de las llantas simples y llantas banda anchas Fuente: Autoras.

Tipo de llanta magnitud

(Kg)

Presión de

inflado

(Kg/cm2)

Ancho de

llanta(mm)

Utilización en tipo

de eje y vehículo Observaciones

X- One XZY 5300 130 455

C2 para eje simple

rueda doble, C3, C4,

C5 y C6 para ejes

tándem.

Estas cargas y llantas

son es la más usual al

utilizar

X- One XZY 9,259 115 455 C4 para ejes rueda

simple rueda doble.

Se utiliza estas cargas

para cumplir con la

carga admisible del eje

vehicular

X- One XZY 7880 90 455 C6 para eje Trídem

Se utiliza estas cargas

para cumplir con la

carga admisible del eje

vehicular

11R22.5-llanta

simple

6000 110 455

C2, C3, C4, C5 y C6

para ejes simple

rueda simple

Se utiliza para C4 y C5

de banda ancha cargas

de 5,5 Ton para cumplir

con la carga admisible

del eje vehicular

Identificando las referencias, el peso, la presión de inflado, se procedió a determinar el área de

contacto, por medio de la Ecuación 2 (marco teórico).

Segunda fase

Con el fin de evaluar el comportamiento estructural del pavimento al sustituir una llanta simple

por una llanta de banda ancha se procedió a realizar diferentes simulaciones de estructuras de

pavimentos, considerando diferentes tipos de suelos de subrasante. Para tal fin, fueron definidos

los suelos en función de la capacidad de soporte, determinados a través del ensayo clásico del

CBR (California Bearing Ratio). En este sentido fueron definidos los CBR de 5%, 10% y 15%.

P á g i n a | 31

A partir de los valores de caracterización de la subrasante, fueron determinados los valores del

módulo resiliente de la subrasante (SBR). Para tal fin, se consideró un valor promedio obtenido

de las correlaciones establecidas en la literatura técnica, como se evidencia en la Tabla 8.

Tabla 8 Correlaciones para obtener el CBR. Fuente: Autoras.

Año Fuente Formula Unidades

1950 Shell (Heukelomm y Foster) 𝑀𝑟 = 1500𝐶𝐵𝑅 Psi

1975 U.S. cuerpos de ingenieros (USACE) (Green y

Hall) 𝑀𝑟 = 5409𝐶𝐵𝑅0.711 Psi

1987 Laboratorio de investigaciones y transporte y

carreteras (TRRL) 𝑀𝑟 = 2555𝐶𝐵𝑅0.64 Psi

1997 Concillo Sur africano de investigaciones

científicas o industriales (CSIR).

𝑀𝑟 = 3000𝐶𝐵𝑅0.65 Psi

A partir de los valores de módulo resiliente de la subrasante, fueron determinados los valores

de los módulos para los materiales granulares de base y subbase (Ver Ecuaciones 3 y 4). Para

tal fin, se consideraron espesores de subbase de 30 cm y base de 25 cm, respectivamente.

𝐸𝑠𝑢𝑏𝑏 = 𝐸𝑠𝑢𝑏𝑟[5,35 𝑙𝑜𝑔(ℎ) + 0,62𝑙𝑜𝑔(𝐸𝑠𝑢𝑏𝑟) − 1,56𝑙𝑜𝑔 (𝐸𝑠𝑢𝑏𝑟) ∗ 𝑙𝑜𝑔(ℎ)

− 1,13 ] 𝑬. 𝑪. 𝟑

𝐸𝑏𝑎𝑠𝑒 = 𝐸𝑖[8,05 𝑙𝑜𝑔(ℎ) + 0,84𝑙𝑜𝑔(𝐸𝑖) − 2,1𝑙𝑜𝑔 (𝐸𝑖) ∗ 𝑙𝑜𝑔(ℎ) − 2,21 ] 𝑬. 𝑪. 𝟒

Donde:

𝐄𝐬𝐮𝐛𝐛 : M. de elasticidad de la subbase (𝐾𝑔/𝑐𝑚2)

𝐄𝐬𝐮𝐛𝐫 : Modulo de elasticidad de la subrasan. (𝐾𝑔/𝑐𝑚2)

𝐄𝐢: Modulo de elasticidad de la capa asfaltica. (𝐾𝑔/𝑐𝑚2)

𝐡: Espesor del material granular que se desea encontrar (mm).

En el caso de la mezcla asfáltica, fue adoptado un valor constante, referente a la mezcla asfáltica

MDC-19, en condiciones de frecuencia de carga de 10Hz y una temperatura ambiente de 20 °C.

Así mismo, se adoptó un valor constante de espesor de capa asfáltica referente a 10 cm.

Finalmente, fueron adoptados los valores de la relación de poisson, con el fin de realizar el

análisis estructural del pavimento, considerando un análisis lineal elástico de los materiales, por

medio del software PitraPave de la Universidad de Costa Rica. Lo anterior, con el fin analizar

P á g i n a | 32

el comportamiento tensión deformación a lo largo de la estructura del pavimento, considerando

la aplicación de carga un eje con la utilización de la llanta de banda ancha y las dos llantas

simples. En la Figura 8 se presentas los escenarios de las simulaciones.

Figura 8. Estructura de pavimento. Fuente: Autoras.

El PitraPave permite conocer el comportamiento de los esfuerzos y deformaciones de la

estructura planteada. Se definió analizar este comportamiento cuando las llantas simple está en

posición 0,162m y 0 m, ya que la separación entre llanta es 0,324 m y se desea conocer el

comportamiento en los extremos y el centro de la llanta, así mismo se hace para la llanta banda

ancha, pero con el ancho de la llanta (0,455m) comprendiendo que la separación es cero ya que

solo es una llanta (0,22 m y 0 m) y se analizara a cada 5 cm, obteniendo como resultado Gráficas

de esfuerzos y deformaciones con respecto a la profundidad. Los detalles del manejo del

software PitraPave, se presentan en el Anexo 1.

Tercera fase:

En esta fase se busca analizar la influencia estructural en pavimentos flexibles con la utilización

de ejes y diferentes combinaciones vehiculares, considerando la influencia de llantas de banda

ancha y de llanta simple. Para tal fin fue utilizada la técnica de computacional de elementos

finitos mediante el programa EverStress. Este programa sirve para determinar las

deformaciones mediante la teoría del sistema de capas elásticas o elementos finitos. Lo anterior,

P á g i n a | 33

con el fin de determinar las deformaciones a tracción y compresión determinadas en la fibra

inferior de la capa asfáltica y en la fibra superior de la subrasante, respectivamente. En esta

etapa, se consideraron los diferentes vehículos analizados en la etapa 1, considerando la

influencia de llantas de banda ancha y las dos llantas simples (Ver Tabla 9). En el Anexo 2, se

presenta los detalles del manejo del software EverStress.

Tabla 9 Pesos admisibles según el tipo de camión. Fuente: Autoras.

Las cargas del tránsito para la evaluación estructural del pavimento corresponden a las cargas

máximas permisibles de cada tipo de eje establecida por el Ministerio de Transporte Colombia,

conforme se evidencia en la Tabla 4. Además, se hará el análisis para el eje simple rueda doble

(8.2 Ton) de referencia. En base a lo anterior, fueron distribuidas las cargas por eje, de tal forma

que se cumplan los pesos máximos admisibles por cada tipo de vehículo. En la Tabla 10 se

Tipo de camión Diagrama Peso (Ton)

C2G

17

C3

28

C4 – 2S2

36

C5 – 3S2

48

C6 – 3S3

54

P á g i n a | 34

presentan los pesos máximos por eje para el análisis de cada vehículo, teniendo en

consideración la influencia de y llantas de banda ancha y llantas simples.

Tabla 10 Especificación de cargas por eje y tipo de vehículo. Fuente: Autoras.

Tipo

de

camión

Análisis 1: Considerando llantas simples Análisis 2: Considerando llanta de banda ancha

ESRS

(Ton)

ESRD

(Ton)

tándem

(Ton)

Trídem

(Ton)

Peso

total

(Ton)

ESRS

(Ton)

ESRD

(Ton)

tándem

(Ton)

Trídem

(Ton)

Peso total

(Ton)

C2G 6 11 - - 17 6 10.6 - - 16,6

C3 6 - 22 - 28 6 - 21,2 - 27,2

C4 5,5 10,5 20 - 36 5,5 9,25 21,2 - 35,95

C5 6 - 21* - 48 5,5 - 21,2* - 47,9

C6 6 - 22 24 52 6 - 21,6 23,7 52

* hace referencia a que existen dos ejes de esa configuración por vehiculo.

**Ton: toneladas

Cuarta fase:

En esta etapa se determina el desempeño de las estructuras de pavimento, considerando las

combinaciones vehiculares qué se utilizan en Colombia. Lo anterior, con el fin de conocer la

vida útil del pavimento en estos dos tipos de llantas. Para este estudio, se consideró únicamente

un tránsito promedio diario semanal (TPDS)de 7500 vehículos para una única distribución

porcentual de vehículos, conforme se evidencia en la Tabla 11. Lo anterior, según las

recomendaciones del manual de pavimentos de medios y altos volúmenes del (2018).

Posteriormente, fueron determinados los factores de equivalencia de carga y el factor de daño

vehicular (FDV) a partir de las cargas máximas de los vehículos, con el fin de establecer el

número de los ejes equivales para el diseño. Lo anterior, en función del método de la cuarta

potencia.

Para el caso de la determinación del FDV en la utilización de las llantas de banda ancha, fueron

seguidas las recomendaciones de la ILIEV (2017), conforme se presentan en las Ecuaciones 5

y 6. Finalmente, la proyección del tránsito fue realizada en función del método exponencial,

asumiendo un periodo de diseño de 10 años y una tasa del crecimiento del tránsito de 0,5%.

Así mismos, se considero el factor de distribución y el factor de carril serán de 1.0 y 0.5,

P á g i n a | 35

respectivamente. Lo anterior, tomando como referencia que en Colombia la mayoría de sus

carriles son de dos sentidos.

𝐹𝐷𝑉 = ( Carga por eje estándar

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 ) 𝑬. 𝑪. 𝟓

𝐹𝐷𝑉 = (𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑛𝑒𝑢𝑚𝑎𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠 𝑠𝑖𝑚𝑝𝑙𝑒𝑠

𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑛𝑒𝑢𝑚𝑎𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎 )

4

𝑬. 𝑪. 𝟔

Tabla 11 TPDS y factor de daño vehicular. Fuente: Autoras

Caracteristica Autos Buses Camiones

A B C2G C3 C4 C5 C6

Distribución porcentual

(%)

6,12 9,9 8,8 1,85 1,85 2,20 6,10

FDV llantas simples 0 0,78 3,92 5,31 6,06 8,36 6,50

FDV a tracción para

llantas banda ancha

0 0,78 3,43 4,58 7,34 7,64 6,63

FDV a compresión

para llantas banda

ancha

0 0,78 1,49 3,93 4,55 6,71 6,81

Por otra parte, para el análisis de daño fatiga por agrietamiento y por ahuellamiento, fueron

determinadas las deformaciones a tracción y compresión en la fibra inferior de la capa asfáltica

y en la fibra superior de la subrasante, respectivamente. Lo anterior, siguiendo las

recomendaciones del Instituto Norteamericano del Asfalto (Ver Ecuaciones 7 a 9).

𝑁𝑓 = (0.00432 ∗ 𝐾1 ∗ 𝐶) ∗ (1

Ԑt)𝐾2 ∗ (

1

𝐸𝐶𝐴)𝐾3 𝑬. 𝑪. 𝟕

𝑀 = 4.84 ∗ (𝑉𝑏

Va + Vb− 0.6875) 𝑬. 𝑪. 𝟖

𝑀 = 4.84 ∗ (0,12

0,05 + 0,12− 0.6875)

𝑴 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟖𝟗𝟕

𝑪 = 𝟏𝟎𝟎.𝟎𝟖𝟖𝟗𝟕 𝑬. 𝑪. 𝟗

P á g i n a | 36

Donde:

Nf: Número de repeticiones para causar el agrietamiento por fatiga

ECA: Módulo dinámico de la mezcla asfáltica, en psi.

Vb: Volumen de asfalto efectivo de la mezcla, en %.

Va: Volumen de vacíos con aire en la mezcla, en %.

Ԑt: Deformación unitaria máxima por tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica del modelo

de análisis.

K1: Factor para considerar las diferencias entre las condiciones de campo y de laboratorio. =

18.4.

K2: 3.291.

K3:0.854.

Para la mezcla se consideró un volumen de asfalto efectivo de la mezcla (Vb) de 12 % y un

volumen de vacíos con aire en la mezcla (Va) de 5%. Adicionalmente, el módulo dinámico de

la mezcla asfáltica con el que se analizó la etapa 1 fue de 3000 MPa.

Para la predicción por ahuellamiento, se consideró las Ecuaciones 10.

𝑁𝑧 = 1.365 ∗ 10−9 ∗ (Ԑz)−4.477 𝑬. 𝑪. 𝟏𝟎

Donde:

No: Numero de repeticiones de carga por eje admisibles para el control del ahuellamiento.

Ԑz: Deformación unitaria vertical por compresión de la subrasante del modelo en análisis.

Mediante el software EverStreess, se determina la deformación unitaria vertical de la subrasante

y la deformación unitaria máxima a tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica. Para así

obtener mediante el nivel del tránsito (Ntransito) y de la respuesta de la estructura del material

(Nadmisible) (Ecuación 11) los consumos por agrietamiento y por ahuellamiento según la ley

de Miner-Palmgren, de 1945, cuando se cambian el 100% de las llantas de banda ancha en vez

de llanta simple en vehículos de carga pesada. Dichos datos de daño vehicular se organizarán

mediante diagramas de barras para analizar el comportamiento en llantas simples, llantas banda

P á g i n a | 37

ancha y los daños de las cargas que usualmente se maneja en diseños para ejes simple rueda

doble (8.2 Ton).

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑠 = 𝑁𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡𝑜/𝑁 𝐴𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑬. 𝑪. 𝟏𝟏

Quinta fase:

En esta última etapa se busca analizar el daño vehicular, cuando la estructura de pavimento

soporta el 10%, 20%, 50% y 100% de los esfuerzos, al utilizar llantas de banda ancha en vez

de simples. Esto se hará para cada estructura planteada y con el CBR más crítico, que en este

caso sería el de 5%, ya que tenemos materiales bandos a comparación de los otros CBR.

Para determinar el daño del pavimento en dichos porcentajes es necesario obtener el nivel de

transito al 10%, 20%, 50% y 100% de las llantas de banda ancha y simple, para así con esos

datos poder calcular el daño en el pavimento.

Por último, mediante las ecuaciones 7 y 10 se evalúa el daño por fatiga y ahuellamiento de cada

vehículo de carga pesada, para así sumar estos daños de los vehículos y conocer el daño máximo

que se le hace a la estructura al pasar cierto porcentaje de vehículos con modificaciones de las

llantas de banda ancha en vez de llantas simples.

P á g i n a | 38

7. Resultados.

En este capítulo son descritos los resultados obtenidos en el presente estudio para cada una de

las fases descritas en la metodología.

Primera fase

En principio en la Tabla 12 se exponen los resultados obtenidos referentes al área de contacto

para cada vehículo, considerado las referencias de llantas descritas en la metodología. El cálculo

del área de contacto se realizó por medio de la Ecuación 2, conforme se mencionó en la

metodología.

P á g i n a | 39

Tabla 12 Área de contacto para vehículos C2G, C3, C4, C5 y C6. Fuente: Autoras

Vehículo Ejes Referencia Carga por

eje (ton)

Presión

de

inflado(psi)

Ancho

(mm) Ac (in2)

C2G

ESRS 11R22.5 (llanta simple) 6 110 225 60,086

ESRD X- One XZY 10,6 130 455 89,820

11R22.5 (llanta simple) 11 120 225 101,046

C3


Tánde

m

X- One XZY 21,2 130 455 89,820

11R22.5 (llanta simple) 22 120 225 101,046

C4

ESRS 11R22.5 (llanta simple) 5,5 110 225 55,078

ESRD X- One XZY 9,25 115 455 88,604

11R22.5 (llanta simple) 10,5 120 225 96,453

Tánde

m

X- One XZY 21,2 130 455 89,820

11R22.5 (llanta simple) 22 120 225 101,046

C5


Tánde

m 1

X- One XZY 21,2 130 455 89,820

11R22.5 (llanta simple) 22 120 225 101,046

Tánde

m 2

X- One XZY 21,2 130 455 89,820

11R22.5 (llanta simple) 22 120 225 101,046

C6


tándem

1

X- One XZY 21,2 130 455 89,820

11R22.5 (llanta simple) 22 120 225 101,046

Trídem X- One XZY 23,7 90 455 96,693

11R22.5 (llanta simple) 24 120 225 110,464

A partir de los resultados obtenidos, es posible evidenciar que:

• Se evidencia un comportamiento de decrecimiento al utilizar llantas de banda ancha

en los vehículos C2G con eje ESRD, C3, C4, C5 y C6 con eje tándem, esto se debe,

a que se utilizaron llantas simples y banda anchas con la misma carga y presión de

inflado

• Los vehículos C3 son camiones rígidos de dos ejes, un eje simple más un eje tándem.

Analizando que solo se puede hacer el cambio de llantas de banda ancha para el eje

P á g i n a | 40

tándem, obteniendo que su área de contacto es mayor al utilizar dos llantas simples

(101,046 in2) en vez de las llantas de banda ancha (89,820 in2), disminuyendo

aproximadamente un 12.5%.

• El vehículo C4 tiene una configuración de un eje simple rueda doble más un eje

tándem. Obteniendo que su área de contacto es mayor al utilizar llantas simples

(96,54 in2) que los de banda ancha (88,60 in2) en cuanto ESRD disminuyendo

aproximadamente un 8,96%. Sin embargo, el porcentaje de decrecimiento al utilizar

llantas de banda ancha para el eje tándem es de 12.50%.

• Se evidencia que el comportamiento del área de contacto es menor en los vehículos

tipo C4 que los de C3, esto se debe a que se cambió las cargas y presiones en los

vehículos tipo C4 para cumplir con los límites permisibles del invias del 2015.

• Los vehículos C5 son tractocamiones de dos ejes, un eje simple más un eje tándem

y un semirremolque determinando que se tienen dos ejes tándem con la

configuración del semirremolque. Se analizó cada eje tándem por separado

determinando que para cada una de estas configuraciones el área de contacto es

mayor al utilizar llantas simples (101,05 in2) que los de banda ancha (89,820 in2) se

disminuye aproximadamente un 12.5%.

• Se determina que para los vehículos C6 con un eje Trídem el área de contacto se

disminuye el 14% utilizando llantas de banda ancha que llantas simples.

Segunda fase

Para el análisis de las estructuras de pavimento, fueron determinadas las variables de diseño

relacionadas a la subrasante y materiales granulares. El análisis se realizó para un eje estándar

de rueda doble de 8.2 toneladas. En las Tablas 13 y 14 se presentan los resultados referentes a

los módulos resilientes de la subrasante y de los materiales granulares, respectivamente. Lo

anterior, siguiendo la metodología descrita. Adicionalmente, en la Tabla 14 también se exponen

el módulo resiliente de la capa asfáltica, el cual fue considerado constante para todo el estudio.

De forma lógica, es posible evidenciar que a medida que aumenta el CBR de la subrasante,

aumenta el módulo resiliente o la capacidad estructural de las capas granulares.

P á g i n a | 41

Tabla 13 Módulos Resilientes. Fuentes: Autoras

CBR

(%)

(Heukelomm y

foster 1960)

(Green y Hall

1975)

(CSIR) (TRRL) (Lister

1987)

Promedio

(Psi)

Promedio

(Kg/cm2)

5 7500 16986 8540 7157 10046 706

10 15000 27805 13401 11153 16840 1184

15 22500 37095 17441 14457 22873 1608

Tabla 14 Valores de modulo resiliente para las capas del pavimento. Fuente: Autoras.

CBR

(%)

Subrasante Subbase Base granular

(Kg/cm2) Mpa (Kg/cm2) Mpa (Kg/cm2) Mpa

5 706 69 2033,830 199 6534,304 641

10 1184 116 2547,561 250 7139,357 700

15 1608 158 2766,480 271 7337,289 720

Mediante el PitraPave se presenta los resultados referentes a la distribución de esfuerzos

verticales y deformaciones horizontales sobre la estructura del pavimento, considerando la

acción de un sistema de eje estándar utilizando llantas de banda y llantas simples. Para una

mejor ilustración de los resultados, en la Figura 9 se presenta tres puntos de análisis. Para el

caso de llanta de banda ancha se realizó el análisis a lo largo del centro de la llanta. Para el caso

de las llantas simples, se realizaron análisis en la en el centro de una llanta y en el centro de las

dos llantas.

Figura 9 Punto de evaluación para el análisis de esfuerzos y deformaciones para las

llantas simples y la llanta de banda ancha. Fuente: Autoras

P á g i n a | 42

En la Figuras 10 a 12 se presentan las evoluciones de los esfuerzos verticales con la profundidad

para las tres estructuras de pavimento, considerando valores de CBR 5%, 10% y 15%.

Figura 10 Evolución de los esfuerzos verticales con la profundidad (Estructura de

pavimento con CBR 5%). Fuente: Autoras.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0P

rofu

nd

idad

(m

)

Esfuerzo vertical (MPa)

Sobre una llanta simple

Centro de las llantas simples

Centro de llanta de banda ancha

P á g i n a | 43





A partir de los resultados presentados, es posible evidenciar que las llantas de banda ancha

ejercen una mayor presión de contacto en la superficie de pavimento, independientemente de

su capacidad estructural. Sin embargo, se presentan mayores esfuerzos verticales en la capa

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Pro

fund

idad

(m

)





0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Pro

fund

idad

(m

)





P á g i n a | 44

asfáltica y en las capas granulares de base y subbase, principalmente para la estructura con CBR

del 15%. Para el caso del esfuerzo vertical en la fibra inferior de la capa de rodadura se presentó

un aumento de aproximadamente el 90% al utilizar la llanta de banda ancha, para el caso de las

estructuras con CBR del 5% y 10%. Para el caso de la estructura con CBR del 15%, el esfuerzo

vertical en la fibra inferior de la capa asfáltica aumento en 2.44 veces, al utilizar la llanta de

banda ancha. Esto se debe a que al tener materiales con mayor rigidez las cargas que se aplican

a la estructura de pavimento tienen que ejercer más esfuerzos para disipar dichas cargas.

En la Figuras 13 a 15 se presentan las evoluciones de las deformaciones a tracción con la

profundidad para las tres estructuras de pavimento, considerando valores de CBR 5%, 10% y

15%.



0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

-4,0E-04 -3,0E-04 -2,0E-04 -1,0E-04 0,0E+00 1,0E-04 2,0E-04 3,0E-04 4,0E-04 5,0E-04

Pro

fund

idad

(m

)

Deformación horizontal




P á g i n a | 45





A partir de los resultados de la deformación horizontal, se evidencia que las llantas de banda

ancha ejercen una menor influencia en la fibra superior de la subrasante de la estructura de

pavimento, independientemente de su capacidad estructural. Además, se presentan mayores

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

-4,0E-04 -3,0E-04 -2,0E-04 -1,0E-04 0,0E+00 1,0E-04 2,0E-04 3,0E-04 4,0E-04

Pro

fund

idad

(m

)





0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

-4,0E-04 -3,0E-04 -2,0E-04 -1,0E-04 0,0E+00 1,0E-04 2,0E-04 3,0E-04 4,0E-04

Pro

fund

idad

(m

)





P á g i n a | 46

deformaciones horizontales en la capa asfáltica y en las capas granulares de base y subbase,

principalmente para la estructura con CBR de 5%, comprendiendo que en dicho CBR se cuenta

con materiales blandos. Para el caso de la deformación horizontal en fibra superior de la

subrasante se presentó una disminución de aproximadamente el 95% y 94% al utilizar la llanta

de banda ancha, para el caso de las estructuras con CBR del 5% y 10%. Para el caso de la

estructura con CBR del 15%, el esfuerzo vertical en la fibra inferior de la capa asfáltica aumento

en 1.06 veces, al utilizar la llanta de banda ancha.

Tercera fase:

Cuando se imponen determinadas solicitaciones como cargas y esfuerzos en una estructura de

pavimento, se producen diferentes tipos de deformaciones que generan desplazamientos en

sentido vertical en magnitudes muy pequeñas que terminan siendo grandes a largo plazo. En

esta etapa se busca analizar las deformaciones de cada tipo de vehículo con sus respectivas

configuraciones de ejes que se forman en el pavimento debido a los esfuerzos producidos en él.

En el software EverStress se estima, mediante gráficos de calor de trazado de contorno, las

deformaciones críticas de la estructura, extrayendo los puntos de deformación crítica en la fibra

inferior de la capa asfáltica y la fibra superior de la subrasante, para así comparar los daños en

el pavimento según cada modificación realizada. Los resultados de dichas deformaciones a

tracción y compresión para cada tipo de camión según su configuración de ejes se pueden

observar en el Anexo 3. En dicho anexo, encontrara una representación gráfica de cada tipo de

vehículo que se analizó en el programa. Además, en dicho dibujo se encuentra un recuadro rojo

que indica el eje en estudio. Por último, se observan tres diagramas de barras que evidencian el

comportamiento a los CBR de 5%, 10% y 15% para cada tipo de llanta simple y banda ancha.

Mediante los resultados del programa, se determina el incremento o decrecimiento de las

deformaciones para cada vehículo de carga pesada, con su respectiva configuración de ejes

como se muestra en la Tabla 15.

P á g i n a | 47

Tabla 15 promedio de incremento y decrecimiento de las deformaciones. Fuente:

Autoras

Promedio

incremento et decrecimiento ez

Vehículos

entre llanta

simple y banda

ancha

entre llanta simple

y 8,2 Ton

entre llanta

banda ancha y

8,2 Ton

entre llanta

simple y

banda ancha

entre llanta

simple y 8,2

Ton

entre llanta

banda ancha y

8,2 Ton

C2G ESRD 0,96 0,41 0,68 0,30 0,56 0,36

C3 Tándem 0,23 N/A N/A 0,18 N/A N/A

C4 ESRD 0,79 0,47 0,37 0,55 0,55 0,28



C6 Trídem 0,75 N/A N/A 0,55 N/A N/A


• Se evidencia que en todos los tipos de vehículos estudiados hay un comportamiento en

donde a medida que los espesores de capa asfáltica aumenten, las deformaciones a

tracción para evaluar la mezcla asfáltica disminuyen en la llanta simple y llanta banda

ancha. Ya que al aumentar su espesor permite que esta, pueda soportar mejor las cargas

generando deformaciones menores.

• Se determina mediante los resultados del programa una tendencia mayor en las

deformaciones a tracción para las llantas de banda ancha que para los de llanta simple

en todos los vehículos estudiados. Esto se debe a que las llantas de banda ancha soportan

las cargas distribuidas en una sola área de contacto a diferencia de la llanta simple que

se reparten en dos áreas de contacto al haber dos llantas, produciendo las llantas banda

ancha mayor esfuerzo, dando como resultado mayores deformaciones.

• En la subrasante las llantas de banda ancha generan menores deformaciones a

compresión que las llantas simples, puesto que la llanta de banda ancha no tiene

influencia de cargas con otra llanta como es el caso de las llantas simples.

P á g i n a | 48

• Se evidencia que el área de influencia en la subrasante es mayor que en la capa asfáltica

debido a que mayor sea el área, menor es el esfuerzo, generando menores deformaciones

en la fibra superior de la subrasante.

• A partir de las gráficas se pueden concluir que las deformaciones a tracción y

compresión van disminuyendo a medida que el CBR aumenta, debido a que la estructura

se vuelve más resistente cuando los porcentajes de CBR incrementan, generando una

mejor disipación de esfuerzos y a su vez disminuyendo las deformaciones.

• De acuerdo con los resultados, se analizó el incremento de la deformación a tracción

entre la llanta simple y la llanta banda ancha, determinando que para el ESRD (Eje

simple rueda doble) del vehículo C2 aumenta el doble de dicha deformación al utilizar

llanta de banda ancha. Además, se evidencia que las deformaciones entre la llanta simple

y la de diseño (8,2 Ton) aumentan 41%, y entre la llanta banda ancha y la de diseño (8,2

Ton) aumenta 68% determinando que para estos tres casos la llanta banda ancha genera

un aumento considerable de las deformaciones.

• Mediante las gráficas de deformación a compresión se evidencia un decrecimiento al

utilizar llanta banda ancha en vez de llanta simple, ya que para el vehículo C2 con un

ESRD (Eje simple rueda doble) se disminuye 30% entre la llanta simple y la llanta banda

ancha, 56% veces entre la llanta simple y la de diseño (8 Ton) y 36% entre la llanta

banda ancha y la de diseño (8 Ton).

• En cuanto a los vehículos C3, C4 (tándem), C5 y C6 se observa un incremento de la

deformación a tracción al utilizar la llanta banda ancha en vez de la llanta simple.

Determinando que para el vehículo C3 y C4 (tándem) aumenta 23%. Para los vehículos

C5 aumenta 0,5 veces y para los vehículos C6 aumenta 0,8 veces la deformación a

tracción. Sin embargo, las deformaciones a compresión disminuyen, evidenciando que

para el vehículo C3 y C4 (tándem) decrece 18%, en los vehículos C5 se reducen 37% y

para los vehículos C6 decrece 65%.

• La configuración de ESRD (Eje simple rueda doble) para los vehículos C4 tiene un

aumento de 80% en la deformación a tracción al usar la llanta banda ancha en vez de la

llanta simple. Este mismo comportamiento se evidencia al analizar la llanta simple con

la de diseño (8,2 Ton), aumentando 50%, y para la llanta banda ancha y la de diseño

incrementa 40%. No obstante, en las deformaciones a compresión disminuyen para estos

P á g i n a | 49

tres casos. Observando que para la llanta banda ancha se reduce 1,6 veces, en vez de la

llanta simple, al igual que al elegir la llanta simple que la de diseño de 8,2 Ton. Por

último, en el caso de elegir la llanta banda ancha comparando con la de diseño se

reduciría 28%.

Cuarta fase:

En esta etapa se determina el desempeño de las estructuras de pavimento, considerando las

combinaciones vehiculares qué se utilizan en Colombia y en base a lo analizado de la tercera

etapa se define las deformaciones a tracción y compresión de la llanta de banda ancha y llanta

simple, para así conocer la vida útil del pavimento en estos dos tipos de llantas.

Mediante ILIEV (2017) se determina el factor daño vehicular a tracción y compresión para así

obtener el nivel de transito de las llantas de banda ancha. Como se evidencia en la Tabla 16.

Tabla 16 Tipo de vehículo- TPD- BW. Fuente: Autoras

CATEGORIA (5)

Tipo de

vehículo

Nivel de tránsito a compresión

No. número de

ejes equivalentes

en el año

Nivel de

transito

No. número de

ejes equivalentes

en el año

Nivel de

transito

B 211389,750 1,33, E+06 211389,750 1,33, E+06

C2G

1585837,234 9,97, E+06

367377,715 4,34, E+06

C3 231947,380 1,46, E+06 198955,776 1,25, E+06

C4 371592,730 2,34, E+06 230289,201 1,45, E+06

C5 460345,695 2,90, E+06 404184,328 2,54, E+06

C6 1107616,396 6,97, E+06 1136864,440 7,15, E+06

Teniendo el nivel de tránsito y mediante el documento de manual de pavimentos - medios y

altos volúmenes (agosto-2018), se obtiene el daño vehicular por ahuellamiento y fatiga. En la

Figura 16 y 17 encontrara dichos daños para CBR de 5% (a), CBR de 10% (b) y CBR de 15%

(c).

Daño por fatiga en función de los espesores de la capa asfáltica

P á g i n a | 50

Figura 16 Daño por fatiga a).CBR 5%. b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras.

(a) (b)

(c)

0

30

60

90

120

150

7,5 10 12,5

Dañ

o p

or

fati

ga

(%)

Espesor de capa asfáltica (cm)

Llanta simple Llanta banda ancha

0

30

60

90

7,5 10 12,5

Dañ

o p

or

fati

ga

(%)



0

30

60

7,5 10 12,5

Dañ

o p

or

fati

ga

(%)



P á g i n a | 51

Daño por ahuellamiento en función de los espesores de la capa asfáltica

Figura 17 Daño por ahuellamiento a).CBR 5%. b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente:

Autoras.

Determinando los daños por ahuellamiento y por fatiga, se evalúa el incremento como se

observa en la Tabla 17, al utilizar la llanta de banda ancha la fibra inferior de la capa asfáltica

y el decrecimiento en la fibra inferior de la subrasante.

(a) (b)

(c)

0

10

20

7,5 10 12,5

Dañ

o p

or

ahuel

lam

iento

(%

)



0

3

5

7,5 10 12,5D

año

po

r a

huel

lam

iento

(%

)Espesor de capa asfáltica (cm)


0

2

3

7,5 10 12,5

Dañ

o p

or

ahuel

lam

iento

(%

)



P á g i n a | 52

Tabla 17 incremento y decrecimiento al utilizar BWT. Fuente: Autoras.

espesor de la

capa asfáltica

Daño fatiga Daño Ahuellamiento

Incremento al utilizar llanta banda ancha en vez

de llanta simple

decremento al utilizar llanta banda ancha en vez

de llanta simple

CBR 5% CBR 10% CBR 15% CBR 5% CBR 10% CBR 15%

7,5 cm 3,005 2,874 2,325 0,5 0,39 0,38

10 cm 2,469 2,297 2,041 0,37 0,33 0,31

12,5 cm 1,954 1,255 0,918 0,222 0,153 0,111


• Mediante los diagramas de barras de cada uno de los vehículos estudiados, se aprecia

que los daños por fatiga y ahuellamiento va disminuyendo en función del aumento de

los CBR. Esto se debe a que cuando los CBR son mayores, los materiales de la base,

subbase y subrasante son más resistentes a los daños causados por los vehículos.

• Se determina que en todos los tipos de vehículos estudiados hay un comportamiento en

donde a medida que los espesores de capa asfáltica aumenten, los daños por fatiga

disminuyen en la llanta simple y llanta banda ancha, ya que al aumentar su espesor

permite que esta, pueda soportar mejor las cargas de los vehículos.

• Se evidencia en todos los vehículos de carga pesada, mediante los diagramas de barras

que los daños por fatiga son mayores para la llanta de banda ancha que para los de llanta

simple. Esto se debe a que las llantas de banda ancha soportan los esfuerzos en una sola

área de contacto a diferencia de la llanta simple que se reparten en dos áreas de contacto.

Produciendo las llantas banda ancha mayor deformación a tracción.

• Se evidencian mediante los diagramas de barra, que para CBR de 5% y espesores de

capas faltica 7,5 cm la estructura fallaría por fatiga si se utilizará llantas de banda ancha,

ya que la estructura al tener esta modificación el daño sería aproximadamente el 148%

lo que indica que la estructura no tendría la capacidad de soportar los esfuerzos que

generan todos los vehículos.

• Se determina que la estructura más crítica del estudio es para CBR de 5% y espesor de

capa asfáltica de 7,5 cm ya que sobrepasa el 100% de la capacidad de dicha estructura

por daños de fatiga al modificar llantas de banda ancha en vez de llantas simples.

Además, se concluye que para los otros espesores de capas faltica y CBR, estarían entre

P á g i n a | 53

los rangos normales por daño de fatiga definiendo que las estructuras soportarían

adecuadamente los esfuerzos causados por los vehículos de carga pesada.

• Se define que el promedio del daño por fatiga al utilizar llantas de banda ancha en vez

de llanta simple. Incrementa aproximadamente 2,12 veces, sin embargo, para el daño

por la huella miento hay un decrecimiento de 0,3 veces al utilizar esta modificación.

Quinta fase:

Para determinar el daño del pavimento en dichos porcentajes es necesario obtener el nivel de

transito al 10%, 20%, 50% y 100% de las llantas de banda ancha y simple, para así con esos

datos poder calcular el daño en el pavimento.

En la cuarta etapa se determinó el daño del pavimento por fatiga y ahuellamiento, al utilizar el

100% de las llantas banda ancha y llanta simple. Se desea conocer estos mismos daños, pero

para el 10%, 20% y 50% de la utilización de dichas llantas. En base a lo anterior es necesario

conocer el nivel de tránsito para cada porcentaje. Dicho nivel de transito se encuentra

especificado en el Anexo 4

Teniendo en cuenta, los datos anteriores se proceden a determinar el daño por ahuellamiento

(Tabla 18) y fatiga (Tabla 9), mediante las ecuaciones 5 y 8 al modificar las llantas de banda

ancha en vez de las llantas simples en los porcentajes del 10%, 20%, 50% y 100%. Obteniendo

lo siguiente:

Tabla 18 Daño por fatiga al 10%, 20%, 50% y100%. Fuentes: Autoras.

espesor de la capa asfáltica

Daño fatiga


10% veh. 20% veh. 50% veh. 100% veh. 10% veh. 20% veh. 50% veh. 100% veh.

7,5 cm 7,4 14,8 37,0 74,0 14,8 29,7 74,2 148,4

10 cm 7,4 14,7 36,8 73,5 8,9 17,9 44,7 89,4

12,5 cm 6,7 13,4 33,4 66,8 7,4 14,7 36,8 73,6

Promedio entre porcentajes de veh. 32,2 46,7

P á g i n a | 54

Tabla 19 Daño por ahuellamiento al 10%, 20%, 50% y100%. Fuentes: Autoras

espesor de la capa asfáltica

Daño Ahuellamiento


10% veh. 20% veh. 50% veh. 100%

veh.

10%

veh.

20%

veh.

50%

veh.

100%

veh.

7,5 cm 1,2 2,5 6,2 12,4 0,6 1,1 2,8 5,6

10 cm 0,6 1,2 3,0 6,1 0,4 0,8 1,9 3,8

12,5 cm 0,3 0,5 1,3 2,6 0,2 0,3 0,8 1,5

Promedio entre porcentajes

de vehículos 3,2 1,6


• Se determina que a medida que se aumente la utilización de las llantas banda ancha en

vez de las llantas simples habrá un incremento gradual en el daño por fatiga, ya que con

espesores de 7,5 cm el incremento a utilizar dicha modificación al 10% sería de 7,4% a

comparación de la llanta simple. Además, cuando esta estructura soporta las cargas al

50%, el daño por fatiga aumentaría 37% y si, llegara al 100% de esta modificación su

afectación sería 74% mayor que lo estimado para llantas simples.

• Se define que los daños por fatiga a medida que se aumente el espesor de la capa

asfáltica disminuyen hasta 67% dicho daño. este mismo comportamiento ocurre para

los daños por ahuellamiento, ya que con una capa asfáltica de 7,5 cm el daño es de 6,7%

más, al utilizar llanta banda ancha para todos los vehículos de carga pesada mientras

que para u espesor de 12,5 cm el daño es de 1,1% Determinando que disminuye 5,6%

aumentando el espesor de las capas asfálticas.

P á g i n a | 55

8. Conclusiones

A partir de los resultados encontrados en esta investigación referente al estudio de las llantas

banda ancha se tienen las siguientes conclusiones:

• Las llantas de banda ancha tienen aproximadamente un 18% más de base que una llanta

simple y esto genera una optimización de cargas en el eje de alrededor de 0,8 Ton con

una presión más alta que la llanta convencional, generando un perfil transversal más

ancho y plano en la distribución de presiones. Sin embargo, se evidencian mayores

deformaciones a tracción por parte de las llantas banda ancha, debido a que estas

soportan las cargas en una sola llanta a comparación de las llantas simples. Además, el

área de contacto de la llanta de banda ancha es menor que el de una llanta simple siendo

esta una desventaja en la distribución de solicitaciones.

• Es posible evidenciar, mediante el software PitraPave que las llantas de banda ancha

ejercen una mayor presión de contacto en la superficie de pavimento,

independientemente de la resistencia de los materiales de las estructuras de pavimentos

aproximadamente es de 2,44 veces para CBR de 15%. Sin embargo, se presentan

menores deformaciones horizontales en la fibra superior de la subrasante, de

aproximadamente 1,06 veces para CBR de 15%.

• Se analiza que, en todas las configuraciones vehiculares estudiadas en el presente

documento con el programa EverStress, la deformación a tracción en la capa asfáltica

es mayor que la deformación vertical por compresión en la subrasante, este

comportamiento se evidencia en todos los CBR estudiados, tanto en la llanta simple

como en el de la llanta banda ancha. Por lo tanto, se concluye que a mayor porcentaje

de CBR, menores son las deformaciones a tracción en la superficie del pavimento

• Se determina que los consumos más altos están por fatiga en donde la banda ancha no

soportaría los esfuerzos de los vehículos y causarían 3 veces mayor daño a la estructura

crítica de CBR de 5% y espesor de 7,5 cm de la capa asfáltica. Sin embargo, para daños

por ahuellamiento con el mismo CBR y espesor de capa asfáltica se evidencia un

decrecimiento de 0,5% al utilizar llanta de banda ancha.

• A medida que se aumente la capacidad de vehículos con la modificación de banda ancha,

aumentará el daño por fatiga a tal punto que si se utilizara en todos los vehículos dicha

P á g i n a | 56

configuración, la estructura del pavimento sufriría daños de 74% mayor de lo

considerado en la capa asfáltica.

9. Recomendaciones

• Se recomienda hacer estos análisis cambiando su factor de carril y de distribución para

conocer la afectación en vías terciarias o en vías que no están constantemente en

mantenimiento y así conocer todos los panoramas al utilizar estos dos tipos de llanta

• Se recomienda analizar el comportamiento de las llantas de banda ancha y simples

cambiando sus condiciones de materiales o disminuyendo el espesor de la subbase y

base para conocer las afectaciones que conlleva no tener los espesores adecuados en las

estructuras de pavimento.

P á g i n a | 57

10. Referencias

• Al-Qadi, Imad L., Jaime A. Hernandez, Angeli Gamez, Mojtaba Ziyadi,

Osman Erman Gungor, y Seunggu Kang. 2018. «Impact of Wide-Base

Tires on Pavements: A National Study». Transportation Research Record:

Journal of the Transportation Research Board 2672(40):186-96. doi:

10.1177/0361198118757969.

• Aquituari, Aguilar, y Alvaro Alberto. s. f. «Evaluación de la vida útil del

pavimento flexible de la vía Conococha – Yanacancha ante el incremento

de los ejes equivalentes no proyectados, utilizando la metodología

ASSHTO 93.» 90.

• Avilés, Chávez, Carlos Mauricio, Echeverría Chávez, José Orlando,

Iriondo Tobar, y Victor Hugo. 2018. «MODELACIÓN MULTICAPA

ELÁSTICA DE PAVIMENTOS FLEXIBLES EN EL SALVADOR

MEDIANTE LA APLICACIÓN DE SOFTWARE». 281.

• Bastidas Martinez, J. Rondón Quintana, H. (2020). Caracterización de

mezclas de concreto asfáltico. Universidad Piloto de Colombia.

http://repository.unipiloto.edu.co/bitstream/handle/20.500.12277/8146/C

aracterizacion-

MezclasConcretoAsfaltico.pdf?sequence=1&isAllowed=y

• Bormaster, Ryan. 2016. «Why Super Single Tires Are a Dangerous Cut

Corner in The Trucking Industry - HG.org». Recuperado 29 de octubre

de 2020 (https://www.hg.org/legal- articles/why-super-single-tires-are-a-

dangerous-cut-corner-in-the-trucking-industry-39790).

• Chávez-Valencia, L. E., C. Hernández-Barriga, y A. Manzano-Ramírez.

2011. «Modelación del envejecimiento de los pavimentos asfálticos con

la metodología de la superficie de respuesta». Ingeniería, investigación y

tecnología 12(4):373-82.

• González C., O., Iglesias C., C., Herrera S., M., López B., E., & Sánchez

I., Á. (2007). Modelación matemática de la superficie de contacto suelo-

neumático. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 16, núm. 2, pp.

49-51.

http://www.hg.org/legal-

P á g i n a | 58

• Huang, Y. H. (2004). Área de contacto. En Y. H. Huang, Pavement Analysis and Desing

- 2nd Edition (pág. 28). Pearson- Prentice Hall.

• Illinois Center for Transportation.2015. «The Impact of Wide-Base

Tires on Pavement – A National Study». Recuperadp

04 de noviembre de

2020(file:///C:/Users/BRIZETH/Desktop/Draft%20Final%20Rep

ort%20WBT%20VOL%20III.p df)

• ILIEV. (2019). ll congreso de pavimentos. Obtenido de

http://ilievlima.org/2do-congreso- nacional-de-

pavimentos/pdf/conferenciantes/dia-15/Ev-de-da%C3%B1os-en-el-pav-

debido-a-nuevos-dise%C3%B1os-de-

neum%C3%A1ticos%20%20Marco%20Montalvo%20Farf%C3%A1n.p

df

• INVIAS. (2015). Diseño de pavimento- Medios y altos volumenes.

Bogota, Colombia.

• INVIAS. (26 de 07 de 2019). Objetivos y Funciones. Obtenido de

https://www.invias.gov.co/index.php/informacioninstitucional/objetivos-

y-funciones

• Karmalan8. (20 de 10 de 2018). llantas de trailer - nomenclatura llantas de camion de

carga.Obtenido de https://www.youtube.com/watch?v=W9WGRhglhJQ

• Michellín. (2018). Guia michellín- X-One. Obtenido de

https://www.renollan8w.com/wp-

content/uploads/2018/07/GUIA_XONE.pdf

• Ministerio de Transporte. (26 de 07 de 2017). ¿Qué es el Ministerio de Transporte?

Obtenido de

https://www.mintransporte.gov.co/publicaciones/259/que_es_el_ministerio_de_transp

orte/

• Parrera, A. (24 de 11 de 2019). Pavimentos flexibles y pavimentos rígidos.

Obtenido de https://www.unifort.es/pavimentos-industriales/pavimentos-

flexibles-pavimentos-

rigidos/#:~:text=Transmite%20directamente%20los%20esfuerzos%20al,

pavimento%20r% C3%ADgido%20y%20uno%20asf%C3%A1ltico.

• Peña, Jose Luis. 2018. «LAS ÚLTIMAS TENDENCIAS Y

TECNOLOGÍAS EN

http://ilievlima.org/2do-congreso-

http://www.invias.gov.co/index.php/informacion-institucional/objetivos-y-funciones



http://www.youtube.com/watch?v=W9WGRhglhJQ

http://www.youtube.com/watch?v=W9WGRhglhJQ

http://www.renollan8w.com/wp-



http://www.mintransporte.gov.co/publicaciones/259/que_es_el_ministerio_de_transporte/



http://www.unifort.es/pavimentos-industriales/pavimentos-flexibles-pavimentos-



P á g i n a | 59

• PAVIMENTACIÓN». Recuperado 29 de octubre de 2020

(https://www.ptcarretera.es/las- ultimas-tendencias-y-tecnologias-en-

pavimentacion/).

• P.S.I sistema de inflado de llantas. 2009. «RESUMEN SOBRE

LLANTAS PARA FLOTILLAS COMERCIALES». Recuperado 29 de

octubre de 2020

(http://www.psitiredigest.com/tiredigestSept09Spanish.pdf).

• Rodríguez., A. P. (2009). DEFORMACIONES PLÁSTICAS EN CAPAS

DE RODADURA DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS. Obtenido de

https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3334/34065-

15.pdf?sequence=15&isAllowed=y

• Ruedas, Dieciocho. 2014. «DIECIOCHO RUEDAS: FINALMENTE

LAS LLANTAS SUPER SINGLE SE IMPONEN EN EL

MERCADO AMERICANO». DIECIOCHO

• RUEDAS. Recuperado 29 de octubre de 2020

(https://dieciochoruedas.blogspot.com/2014/09/finalmente-las-llantas-

super-single-se.html).

• SECRETARÍA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES INSTITUTO

MEXICANO DEL TRANSPORTE. (2002). MECÁNICA DE MATERIALES PARA

PAVIMENTOS.Obtenido-de:

https://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt197.pdf

• The University Of Maine. (2020). Civil and Environmental Engineering. Obtenido de

https://civil.umaine.edu/everstressfe-2/

http://www.ptcarretera.es/las-

http://www.psitiredigest.com/tiredigestSept09Spanish.pdf)

http://www.psitiredigest.com/tiredigestSept09Spanish.pdf)

http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt197.pdf

http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt197.pdf

P á g i n a | 60

1. ANEXOS

Anexo 1

Mediante el software PitraPave se obtiene las deformaciones y esfuerzos de la siguiente manera:

• En el programa se debe especificar como estará constituida la estructura de pavimento, con

sus respectivos espesores de las capas de la estructura, sus módulos resilientes y la relación de

poisson como se evidencia en la Figura 1.

Figura 1 especificación de la estructura. Fuente- Autoras.

• Después como en la Figura 2, se define las cargas y presiones de inflado de la llanta de banda

ancha y simple, a su vez se determina la ubicación de las llantas, concluyendo que para las

llantas simples cuentan con una separación entre ellas de 324 mm y al haber dos, la ubicación

de cada una de estas estará, en 162mm y -162mm y para las llantas de banda ancha su ubicación

es en 0m debido a que solo es una llanta.

Figura 2 Cargas de las llantas. Fuente- Autoras.

• Después se debe determinar los puntos en donde se desea evaluar la estructura de pavimento

con las cargas de las llantas. Para esta investigación se determinó que se evalúa la estructura

para llanta simple con ubicaciones de ±0,162m y 0m y para la llanta de banda ancha de ±0,228m

y 0m con profundidades de cada 0,05 mm para los dos tipos de llantas como se representa en la

Figura 3, obteniendo 60 puntos para analizar.

P á g i n a | 61

Figura 3 Puntos a estudiar. Fuente- Autoras.

• Por último, en la Figura 4 se ven los resultados del programa que evalúa mediante los 60

puntos los esfuerzos a compresión, esfuerzo a tención verticales, horizontales, las

deformaciones y deflexiones verticales y horizontales.

Anexo 2

EverStress:

•En el programa se debe especificar como estará constituida la estructura de pavimento como

se muestra en la Figura 5, con sus respectivos espesores de las capas, numero de capas que se

desea evaluar, sus módulos resilientes y la relación de Poisson.

Figura 4 Resultados del programa. Fuente- Autoras.

P á g i n a | 62

Figura 5. estructura de pavimento. Fuente: Autoras.

•Después se determina si lo que se evalúa es para una llanta simple o de banda ancha, además

si el eje es simple o tándem cabe recalcar que esto depende del tipo de vehículo que se desea

analizar, teniendo esto claro se especifica en el programa (Figura 6) cual es el área de contacto

de la llanta, la presión de inflado, la carga y la separación entre las llantas simples.

Figura 6. cargas de EverStress. Fuente: Autoras.

P á g i n a | 63

•El programa cuenta con dos tipos de mallado. El primero es un mallado simple o general que

da el programa el cual señala la Figura 7, el segundo es personalizar el mallado, estos dos

mallados contribuye a que si se tiene un mallado más específico así mismo será el análisis de

elementos finitos en estos mallados. El mallado para la investigación tiene una longitud en X y

de 800mm y en estas longitudes se subdivide en 5 partes además en cada una de estas partes se

analiza en 4 secciones.

Figura 7 mallado del programa. Fuente: Autoras.

• Con los anteriores datos el programa estima, mediante gráficos de calor de trazado de contorno

y cifras al costado derecho las deformaciones críticas de la estructura como se observa en la

Figura 8.

P á g i n a | 64

Figura 8 Resultados de EverStress. Fuente: Autoras.

Anexo 3

En cada figura se encontrará una representación gráfica de cada tipo de vehículo que se analizó

en el programa. Además, en dicho dibujo se encuentra un recuadro rojo que indica el eje en

estudio. Por último, se observan tres diagramas de barras (a, b y c), los cuales corresponden a

los CBR de 5%, 10% y 15% para cada tipo de llanta simple y banda ancha.

P á g i n a | 65

Camión C2

Tabla 20 Deformaciones a tracción y compresiones llanta simple y llanta banda ancha

para camiones C2. Fuente: Autoras.

Camión C2

Tipo de eje CBR (%) Espesor (cm)

Llantas simple Llanta banda ancha

Carga (Ton) Deformación

a tracción

Deformación

a

compresión


a tracción

Deformación

a

compresión

ESRD

5 7,5 11 2,450,E-04 5,97,E-04 10,6 2,872,E-04 3,88,E-04

5 10 11 1,005,E-04 4,55,E-04 10,6 2,136,E-04 2,82,E-04

5 12,5 11 7,290,E-05 3,31,E-04 10,6 1,158,E-04 2,65,E-04

10 7,5 11 1,123,E-04 3,57,E-04 10,6 2,097,E-04 2,76,E-04

10 10 11 8,230,E-05 3,21,E-04 10,6 2,104,E-04 2,52,E-04

10 12,5 11 4,710,E-05 2,86,E-04 10,6 1,093,E-04 2,24,E-04

15 7,5 11 9,250,E-05 3,33,E-04 10,6 1,948,E-04 2,32,E-04

15 10 11 7,430,E-05 2,91,E-04 10,6 1,850,E-04 1,88,E-04

15 12,5 11 6,590,E-05 2,42,E-04 10,6 9,470,E-05 1,24,E-04

ESRD 8.2 Ton

5 7,5 8,2 2,010,E-04 2,78,E-04 - - -

5 10 8,2 9,190,E-05 2,02,E-04 - - -

5 12,5 8,2 3,390,E-05 1,15,E-04 - - -

10 7,5 8,2 6,140,E-05 2,32,E-04 - - -

10 10 8,2 4,490,E-05 1,76,E-04 - - -

10 12,5 8,2 2,971,E-05 9,13,E-05 - - -

15 7,5 8,2 4,846,E-05 1,56,E-04 - - -

15 10 8,2 3,811,E-05 1,00,E-04 - - -

15 12,5 8,2 2,310,E-05 8,61,E-05 - - -

P á g i n a | 66

Deformación a Tracción: ESRD (Eje simple rueda doble)

Figura 9 Deformación a Tracción de camión C2- ESRD (Eje simple rueda doble).

a).CBR 5%. b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras.

C2-G -C2-P

17 Ton

(a

)

(b) (c)

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)


Llantas simple Llanta banda ancha ESRD 8.2 Ton

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



(a)

P á g i n a | 67

Deformación a Compresión: ESRD (Eje simple rueda doble)

Figura 10 Deformación a Compresión de camión C2- ESRD. a).CBR 5%. b).CBR 10%.

C). CBR 15%. (Eje simple rueda doble). Fuente: Autoras.

C2-G -C2-P

17 Ton

(b) (c)

(a)

0,00000

0,00020

0,00040

0,00060

0,00080

7,5 10 12,5D

efo

rmac

ión a

co

mpre

sió

n(µ

m/m



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n

(µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n

(µm

/m)



P á g i n a | 68

Camión C3



Camión C3




a tracción

Deformación

a compresión


a tracción

Deformación

a compresión

Tándem

5 7,5 11 2,455,E-04 3,87,E-04 10,6 2,980,E-04 3,25,E-04

5 10 11 2,400,E-04 3,42,E-04 10,6 2,600,E-04 2,88,E-04

5 12,5 11 2,308,E-04 2,98,E-04 10,6 2,517,E-04 2,13,E-04

10 7,5 11 2,097,E-04 3,23,E-04 10,6 2,500,E-04 2,75,E-04

10 10 11 1,858,E-04 2,90,E-04 10,6 2,280,E-04 2,33,E-04

10 12,5 11 1,752,E-04 2,24,E-04 10,6 1,823,E-04 1,75,E-04

15 7,5 11 1,848,E-04 2,79,E-04 10,6 2,200,E-04 2,38,E-04

15 10 11 1,470,E-04 2,26,E-04 10,6 1,842,E-04 1,83,E-04

15 12,5 11 9,156,E-05 1,88,E-04 10,6 1,637,E-04 1,58,E-04

P á g i n a | 69

Deformación a Tracción: Eje TANDEM

Figura 11 Deformación a Tracción de camión C3- Eje TANDEM. a).CBR 5%. b).CBR

10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras.

Deformación a Compresión: Eje TANDEM

C3 -28 Ton

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



(a)

(b) (c)

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



P á g i n a | 70

Figura 12 Deformación a Compresión de camión C3- Eje TANDEM. a).CBR 5%.

b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras.

(b) (c)

0,00000

0,00010

0,00020

0,00030

0,00040

0,00050

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n

(µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n

(µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n

(µm

/m)



C3 -28 Ton

(a)

P á g i n a | 71

Camión C4



Camión C4




a tracción

Deformación

a

compresión


a tracción

Deformación

a

compresión

Tandem 1 eje

5 7,5 11 2,455,E-04 3,87,E-04 10,6 2,980,E-04 3,25,E-04

5 10 11 2,400,E-04 3,42,E-04 10,6 2,600,E-04 2,88,E-04

5 12,5 11 2,308,E-04 2,98,E-04 10,6 2,517,E-04 2,13,E-04

10 7,5 11 2,097,E-04 3,23,E-04 10,6 2,500,E-04 2,75,E-04

10 10 11 1,858,E-04 2,90,E-04 10,6 2,280,E-04 2,33,E-04

10 12,5 11 1,752,E-04 2,24,E-04 10,6 1,823,E-04 1,75,E-04

15 7,5 11 1,848,E-04 2,79,E-04 10,6 2,200,E-04 2,38,E-04

15 10 11 1,470,E-04 2,26,E-04 10,6 1,842,E-04 1,83,E-04

15 12,5 11 9,156,E-05 1,88,E-04 10,6 1,637,E-04 1,58,E-04

P á g i n a | 72




(a)

(b) (c)

0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

0,00024

0,00028

0,00032

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

0,00024

0,00028

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

0,00024

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



C4 -36 Ton.

(c)

(a)

P á g i n a | 73


Figura 14 Deformación a Compresión de camión C4- Eje TANDEM. a).CBR 5%.

b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras.

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



(a)

(b) (c)

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

0,00048

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n (

µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



C4-36 Ton.

P á g i n a | 74

Deformación a Tracción: ESRD (Eje simple rueda doble)


para camiones C5 ESRD. Fuente: Autoras.

Camión C4




a tracción

Deformación a

compresión


a tracción

Deformación a

compresión

ESRD

5 7,5 11 2,339,E-04 5,696,E-04 10,6 2,506,E-04 3,382,E-04

5 10 11 9,593,E-05 4,347,E-04 10,6 1,864,E-04 2,461,E-04

5 12,5 11 6,959,E-05 3,160,E-04 10,6 1,011,E-04 2,600,E-04

10 7,5 11 1,072,E-04 3,404,E-04 10,6 1,830,E-04 2,405,E-04

10 10 11 9,593,E-05 3,059,E-04 10,6 1,836,E-04 2,200,E-04

10 12,5 11 6,959,E-05 3,392,E-04 10,6 1,737,E-04 1,955,E-04

15 7,5 11 8,830,E-05 3,180,E-04 10,6 1,700,E-04 2,024,E-04

15 10 11 7,092,E-05 2,782,E-04 10,6 1,614,E-04 1,637,E-04

15 12,5 11 6,290,E-05 2,305,E-04 10,6 8,264,E-05 1,079,E-04

ESRD 8.2 Ton

5 7,5 8,2 9,250,E-05 2,78,E-04 - - -

5 10 8,2 9,190,E-05 2,02,E-04 - - -

5 12,5 8,2 3,390,E-05 1,15,E-04 - - -

10 7,5 8,2 6,140,E-05 2,32,E-04 - - -

10 10 8,2 4,490,E-05 1,76,E-04 - - -

10 12,5 8,2 2,971,E-05 9,13,E-05 - - -

15 7,5 8,2 4,846,E-05 1,56,E-04 - - -

15 10 8,2 3,811,E-05 1,00,E-04 - - -

15 12,5 8,2 2,310,E-05 8,61,E-05 - - -

P á g i n a | 75

Figura 15 Deformación a Tracción de camión C4- ESRD (Eje simple rueda doble)


(a)

(b) (c)

0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

0,00024

0,00028

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



C4 -36 Ton.

(a)

P á g i n a | 76

Deformación a Compresión: ESRD (Eje simple rueda doble)

Figura 16 Deformación a Compresión de camión C4- ESRD (Eje simple rueda doble).


(a)

(b) (c)

0,00000

0,00009

0,00018

0,00027

0,00036

0,00045

0,00054

0,00063

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



C4 -36 Ton.

P á g i n a | 77

Camión C5


para camiones C5 tándem. Fuente: Autoras.

Camión C5




a tracción

Deformación

a

compresión


a tracción

Deformación

a

compresión

Tandem 1 eje

5 7,5 11 2,455,E-04 3,87,E-04 10,6 2,980,E-04 3,25,E-04

5 10 11 2,400,E-04 3,42,E-04 10,6 2,600,E-04 2,88,E-04

5 12,5 11 2,308,E-04 2,98,E-04 10,6 2,517,E-04 2,13,E-04

10 7,5 11 2,097,E-04 3,23,E-04 10,6 2,500,E-04 2,75,E-04

10 10 11 1,858,E-04 2,90,E-04 10,6 2,280,E-04 2,33,E-04

10 12,5 11 1,752,E-04 2,24,E-04 10,6 1,823,E-04 1,75,E-04

15 7,5 11 1,848,E-04 2,79,E-04 10,6 2,200,E-04 2,38,E-04

15 10 11 1,470,E-04 2,26,E-04 10,6 1,842,E-04 1,83,E-04

15 12,5 11 9,156,E-05 1,88,E-04 10,6 1,637,E-04 1,58,E-04

P á g i n a | 78




(a)

(b) (c)

0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

0,00024

0,00028

0,00032

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

0,00024

0,00028

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00004

0,00008

0,00012

0,00016

0,00020

0,00024

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



C5 -48 Ton.

P á g i n a | 79


Figura 18 Deformación a Tracción de camión C5 - Eje TANDEM. a).CBR 5%. b).CBR


0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



(a)

(b) (c)

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

0,00048

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n (

µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



C5 -48 Ton.

P á g i n a | 80

Camión C6

Deformación a Tracción: Eje TRIDEM (Rueda central)


para camiones C6 trídem (rueda central). Fuente: Autoras.




a tracción

Deformación

a

compresión


a tracción

Deformación

a

compresión

Tridem central

5 7,5 11 3,571,E-04 5,63,E-04 10,6 4,442,E-04 4,85,E-04

5 10 11 3,491,E-04 4,97,E-04 10,6 3,875,E-04 4,29,E-04

5 12,5 11 3,357,E-04 4,33,E-04 10,6 3,752,E-04 3,17,E-04

10 7,5 11 3,050,E-04 4,70,E-04 10,6 3,726,E-04 4,10,E-04

10 10 11 2,702,E-04 4,21,E-04 10,6 3,398,E-04 3,47,E-04

10 12,5 11 2,548,E-04 3,26,E-04 10,6 2,717,E-04 2,61,E-04

15 7,5 11 2,688,E-04 4,05,E-04 10,6 3,279,E-04 3,55,E-04

15 10 11 2,138,E-04 3,29,E-04 10,6 2,746,E-04 2,49,E-04

15 12,5 11 1,332,E-04 2,73,E-04 10,6 2,440,E-04 2,35,E-04

P á g i n a | 81

Figura 19 Deformación a Tracción de camión C6 - TRIDEM (Rueda central). a).CBR

5%. b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras.

(a

)

(b) (c)

0,00000

0,00010

0,00020

0,00030

0,00040

0,00050

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00010

0,00020

0,00030

0,00040

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00009

0,00018

0,00027

0,00036

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



C6 -52 Ton.

(a)

P á g i n a | 82

Deformación a Compresión: Eje TRIDEM (Rueda central)

Figura 20 Deformación a Compresión de camión C6 - TRIDEM (Rueda central).


0,00000

0,00030

0,00060

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n (

µm

/m)


Llantas simple Llanta banda ancha(a)

(b) (c)

0,00000

0,00020

0,00040

0,00060

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



0,00000

0,00020

0,00040

0,00060

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



C6 -52 Ton.

P á g i n a | 83

Deformación a Tracción: Eje TRIDEM (Rueda lateral)


para camiones C5 trídem (rueda lateral). Fuente: Autoras.

Camión C6




a tracción

Deformación

a

compresión


a tracción

Deformación

a

compresión

Tridem lateral

5 7,5 11 1,785,E-04 2,82,E-04 10,6 2,221,E-04 2,42,E-04

5 10 11 1,745,E-04 2,48,E-04 10,6 1,938,E-04 2,14,E-04

5 12,5 11 1,679,E-04 2,17,E-04 10,6 1,876,E-04 1,58,E-04

10 7,5 11 1,525,E-04 2,35,E-04 10,6 1,863,E-04 2,05,E-04

10 10 11 1,351,E-04 2,11,E-04 10,6 1,699,E-04 1,74,E-04

10 12,5 11 1,274,E-04 1,36,E-04 10,6 1,359,E-04 1,31,E-04

15 7,5 11 1,344,E-04 2,03,E-04 10,6 1,640,E-04 1,58,E-04

15 10 11 1,069,E-04 1,65,E-04 10,6 1,373,E-04 1,28,E-04

15 12,5 11 6,659,E-05 1,36,E-04 10,6 1,220,E-04 1,18,E-04

P á g i n a | 84

Figura 21 Deformación a Tracción de camión C6 - TRIDEM (Rueda lateral). a).CBR


0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



(b) (c)

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



C6 -52 Ton.

P á g i n a | 85

Deformación a Compresión: Eje TRIDEM (Rueda lateral)

Figura 22 Deformación a Compresión de camión C6 - TRIDEM (Rueda lateral). a).CBR


0,00000

0,00010

0,00020

0,00030

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n (

µm

/m)



(b) (c)

0,00000

0,00006

0,00012

0,00018

0,00024

0,00030

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



C6 -52 Ton.

P á g i n a | 86



para camiones C6 tándem. Fuente: Autoras.

Camión C6




a tracción

Deformación

a

compresión


a tracción

Deformación

a compresión

Tandem 1 eje

5 7,5 11 2,455,E-04 5,63,E-04 10,6 2,980,E-04 3,25,E-04

5 10 11 2,400,E-04 3,42,E-04 10,6 2,600,E-04 2,88,E-04

5 12,5 11 2,308,E-04 2,98,E-04 10,6 2,517,E-04 2,13,E-04

10 7,5 11 2,097,E-04 3,23,E-04 10,6 2,500,E-04 2,75,E-04

10 10 11 1,858,E-04 2,90,E-04 10,6 2,280,E-04 2,33,E-04

10 12,5 11 1,752,E-04 2,24,E-04 10,6 1,823,E-04 1,75,E-04

15 7,5 11 1,848,E-04 2,79,E-04 10,6 2,200,E-04 2,38,E-04

15 10 11 1,470,E-04 2,26,E-04 10,6 1,842,E-04 1,83,E-04

15 12,5 11 9,156,E-05 1,88,E-04 10,6 1,637,E-04 1,58,E-04

P á g i n a | 87

Figura 23 Deformación a Tracción de camión C6 - Eje TANDEM. a).CBR 5%. b).CBR

10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



(a)

(b) (c)

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

7,5 10 12,5

Def

orm

ació

n a

tra

cció

n (

µm

/m)



C6 -52 Ton.

P á g i n a | 88


Figura 24 Deformación a Compresión de camión C6 - Eje TANDEM. a).CBR 5%.

b).CBR 10%. C). CBR 15%. Fuente: Autoras-

Anexo 4

Se representa en la Tabla 9 para el 10%, Tabla 10 para el 20% y Tabla 11 para el 50%.

0,00000

0,00010

0,00020

0,00030

0,00040

0,00050

0,00060

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n (

µm

/m)



(b) (c)

0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

0,00040

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



0,00000

0,00008

0,00016

0,00024

0,00032

7,5 10 12,5Def

orm

ació

n a

co

mpre

sió

n(µ

m/m

)



C6 -52 Ton.

P á g i n a | 89

10% de los vehículos con llanta de banda ancha y llanta simples

Tabla 28 10% de los vehículos con llanta de banda ancha y llanta simple. Fuente:

Autoras

10% de los vehículos

Tipo de

vehículo TPD


Nivel de tránsito a tracción Nivel de tránsito a compresión

FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel de

transito FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel de

transito FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel de

transito

B 742,500 0,78 190250,775

1,20, E+06 0,78 190250,775 1,20, E+06

0,78 190250,775 1,20, E+06

C2P 607,500 0,31

61864,763 3,89, E+05

3,43

684068,251 4,30, E+06

1,49

298238,953 1,88, E+06

C2G 660,000 3,92 849895,200 5,34, E+06 3,43 743185,260 4,67, E+06 1,49 324012,690 2,04, E+06

C3 138,750 5,31 242026,481 1,52, E+06 4,58 208752,642 1,31, E+06 3,93 179060,199 1,13, E+06

C4 138,750 6,06 276211,013 1,74, E+06 7,34 334433,457 2,10, E+06 4,55 207260,281 1,30, E+06

2S3 O C5 165,000 8,36 453132,900 2,85, E+06 7,64 414311,125 2,61, E+06 6,71 363765,896 2,29, E+06

C6 457,500 6,50 976876,875 6,14, E+06

6,63 996854,756 6,27, E+06

6,81 1023177,996 6,43, E+06

P á g i n a | 90



Autoras


Tipo de

vehículo TPD

Llanta simple

Llanta banda ancha


FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel de

transito FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel de

transito FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel

de

transito

B 742,500 0,78 169111,800

1,06, E+06 0,78 169111,800 1,06, E+06

0,78 169111,800

1,06,

E+06

C2P 607,500 0,31

54990,900 3,46, E+05

3,43

608060,667 3,82, E+06

1,49

265101,292 1,67,

E+06

C2G 660,000 3,92 755462,400 4,75, E+06

3,43 660609,120 4,15, E+06

1,49 288011,280

1,81,

E+06

C3 138,750 5,31 215134,650 1,35, E+06

4,58 185557,904 1,17, E+06

3,93 159164,621

1,00,

E+06

C4 138,750 6,06 245520,900 1,54, E+06

7,34 297274,184 1,87, E+06

4,55 184231,361

1,16,

E+06

2S3 O

C5 165,000 8,36 402784,800 2,53, E+06

7,64 368276,556 2,32, E+06

6,71 323347,463

2,03,

E+06

C6 457,500 6,50 868335,000 5,46, E+06

6,63 886093,117 5,57, E+06

6,81 909491,552

5,72,

E+06

P á g i n a | 91



Autoras


Tipo de

vehículo TPD

Llanta simple

Llanta banda ancha


FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel de

transito FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel de

transito FDV

No número

de ejes

equivalentes

en el año

Nivel de

transito

B 742,500 0,78 105694,875

6,65, E+05 0,78 105694,875 6,65, E+05

0,78 105694,875 6,65, E+05

C2P 607,500 0,31

34369,313 2,16, E+05

3,43

380037,917 2,39, E+06

1,49

165688,307 1,04, E+06

C2G 660,000 3,92 472164,000 2,97, E+06

3,43 412880,700 2,60, E+06

1,49 180007,050 1,13, E+06

C3 138,750 5,31 134459,156 8,46, E+05

4,58 115973,690 7,29, E+05

3,93 99477,888 6,26, E+05

C4 138,750 6,06 153450,563 9,65, E+05

7,34 185796,365 1,17, E+06

4,55 115144,601 7,24, E+05

2S3 O C5 165,000 8,36 251740,500 1,58, E+06

7,64 230172,847 1,45, E+06

6,71 202092,164 1,27, E+06

C6 457,500 6,50 542709,375 3,41, E+06

6,63 553808,198 3,48, E+06

6,81 568432,220 3,57, E+06

evaluaciÓn estructural de pavimentos …

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