06.0 diseÑo del pavimento y secciones tipicas

GERENCIA DE GERENCIA DE PROYECTOSPROYECTOS

SUB GERENCIA DE ESTUDIOSSUB GERENCIA DE ESTUDIOS

ADECUACION Y ACTUALIZACIÓN DE ESTUDIOS DEFINITIVOS DE INGENIERIA PARA LA REHABILITACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LA

CARRETERA PUENTE PAUCARTAMBO - OXAPAMPA

6.0 ESTUDIOS DE SUELOS.

Los estudios de investigación del sub suelo por donde se desplaza la vía así, como el de las canteras de materiales y fuentes de agua han sido aprobados con fecha setiembre 2002 por lo que estas se encuentran vigentes, solo fueron objeto de verificación mediante inspección directa en campo a las canteras y fuentes de agua en lo referente a su ubicación, volumen, acorde a lo establecido en el Convenio Nº 08 -2003-MTC/20.

6.1 TRABAJOS DE CAMPO

Para evaluación geotécnica del suelo de la subrasante

La evaluación geotécnica del suelo de subrasante existente a lo largo del trazo ejecutado por el Consorcio ANDREICO EIRL y HOB Consultores y Ejecutores S.A. fue mediante un programa de exploración de campo, excavación de calicatas y recolección de muestras para ser ensayadas en el laboratorio, se excavaron 133 pozos “a cielo abierto”, los que se denominan C-1 al C-128, mas 5 pozos intermedios, la profundidad alcanzada en las perforaciones varía entre 1.5 m. a 2.00 m, tal que no sea menor de 1.50 m por debajo de la subrasante proyectada y ubicadas en forma alternada (derecha e izquierda) de la carretera.

La eliminación de las ecuaciones de emplame al efectuar el replanteo del eje del proyecto para la restitución de Pis y BMs. y la necesidad de ejecutar ajustes en angulos, longitud de radio etc.; originan nuevas progresivas con relación a las exitentes en el proyecto aprobado, por lo fue necesario elaborar un cuadro de equivalencia de progresivas de ubicación de las calicatas de prospección de suelos de la sub rasante a fin de mantener la uniformidad y consistencia del estudio. En consecuencia su vigencia.

El cuadro indicado es RELACIÓN EQUIVALENCIA DE PROGRESIVAS DE CALICATAS.

ADECUACIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE LOS ESTUDIOS DEFINITIVOS DE INGENIERIA PARA LA REHABILITACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA: PUENTE PAUCARTAMBO – OXAPAMPA.



6.2 ENSAYOS DE CAMPO Y DE LABORATORIO

Para evaluación geotécnica del suelo de la subrasanteA fin de realizar la evaluación geotécnica del suelo de subrasante se realizaron los siguientes ensayos:

Ensayos de campo

104 Densidad natural (Cono de arena)

AASHTO T 191 ASTM D 1556 MTC E 117

Ensayos de laboratorio

Características Físicas:

169 Análisis Granulométrico AASHTO T 88 ASTM D 422 MTC E 204165 Límites de Consistencia AASHTO T 89 ASTM D 4318 MTC E110/111169 Contenido de Humedad ASTM D 2216 MTC E 108

Características Mecánicas:

16 Compactación Próctor Modificado


16 Relación Soporte California (C.B.R.)


Para la estabilización de taludesPara realizar la evaluación geotécnica del suelo para la estabilización de taludes se realizaron los siguientes ensayos:

Ensayos de campo

1 Penetración Dinámica Ligera (DPL)

DIN 4090 DP



27 Análisis Granulométrico AASHTO T 88 ASTM D 422 MTC E 20427 Límites de Consistencia AASHTO T 89 ASTM D 4318 MTC E110/11125 Límites de Contracción AASHTO T 92 ASTM D 427 MTC E11227 Contenido de Humedad ASTM D 2216 MTC E 108




Características Mecánicas:

16 Corte Directo AASHTO T 236 ASTM D 3080 MTC E 123

Para el estudio de socavaciónCon la finalidad de identificar y conocer las propiedades físicas del lecho, para el estudio de socavación se realizaron los siguientes ensayos:



5 Análisis Granulométrico AASHTO T 88 ASTM D 422 MTC E 2045 Límites de Consistencia AASHTO T 89 ASTM D 4318 MTC E110/1114 Sólidos en Suspensión (ppm) AASHTO T 26 MTC E 716

Las canteras establecidas para el proyecto por el consorcio ANDREICO EIRL y HOB. Consultores y Ejecutores S.A. se mantienen inalterables por cuento estas no han sido usadas a la fecha de la verificación en el mes de agosto del 2003.

Las canteras determinadas van a satisfacer las demandas de material apropiado para las necesidades del proyecto, siendo estas las siguientes canteras: Ramazú Peña flor I Peña flor II Santa Clara El Ripio

Cantera RamazuUbicación : Esta cantera se ubica en el km 00+000 hacia el lado

izquierdo de la carretera, con un acceso de 1700m y en la margen derecha del río Paucartambo.

Acceso : 1700m, trocha carrozable en mal estado.Potencia : 29,803.93 m3.

Tipo de material : Hormigón fluvial, compuesto por grava ycanto rodado,pobremente graduado con arena no plástica, de forma redondeada.

Clasificación AASHTO : A-1a (0)Explotación : Cargador frontal y retroexcavadora.




Propietario : Fundo Manfer (Sr. Mancheo Fernández).

UTILIZACION PROCESAMIENTO

RENDIMIENTO

Concreto Cemento Pórtland

Zarandeo 95%

Cantera Peña Flor I Ubicación : Esta cantera se ubica en el km 32+695, hacia el lado

izquierdo de la carretera, acceso de 20m y en la margen derecha del río Santa Cruz.

Acceso : 20m, en estado regular.Potencia : 107,774.68 m3Tipo de material : Grava pobremente graduada con limo, con arena

no plástica, de forma sub-angular.Clasificación AASHTO : A-1a (0)Explotación : Tractor oruga y cargador frontal.Propietario : Sr. Humberto Verde Bauman.

UTILIZACION PROCESAMIENTO

RENDIMIENTO

Base Zarandeo 95%

Cantera Peña Flor IIUbicación : Esta cantera se ubica en el km 33+529, hacia

el lado izquierdo de la carretera, con un acceso de 30m y en la margen derecha del río Santa Cruz.

Acceso : 30m, en estado regular.Potencia : 127,269.49 m3.Tipo de material : Grava bien graduada con limo, con arena

no plástica, de forma sub-angular.Clasificación AASHTO : A-1a (0)Explotación : Tractor oruga y cargador frontal.Propietario : Sr. Alejandro Jhonson Quijada.

UTILIZACION PROCESAMI RENDIMI




ENTO ENTO

Sub-base Zarandeo 95%

Cantera Santa ClaraUbicación : Esta cantera se ubica en el km 44+115, con

un acceso de 6800m camino a Pozuzo en el río Santa Clara.

Acceso : 6800m, camino afirmado en estado regular.Potencia : 45,299.01 m3.Tipo de material : Hormigón fluvial, compuesto por gravas y

canto rodado, pobremente graduadas, con arena no plástica, de forma redondeada.

Clasificación AASHTO : A-1a (0)Explotación : Cargador frontal y retroexcavadora.Propietario : Del estado.

UTILIZACIÓN PROCESAMIENTO

RENDIMIENTO

Concreto de cemento Pórtland

Zarandeo 95%

Concreto de Cemento Asfáltico

Chancado y zarandeo

95%

Cantera El RipioUbicación : Esta cantera se ubica en el km 44+115, con

un acceso de 5500m camino a Huancabamba.Acceso : 5500m, camino afirmado en estado regular.Potencia : 122,736.88 m3.Tipo de material : Gravas pobremente graduadas, con arena no plástica, de

forma angular.Clasificación AASHTO : A-1a (0)Explotación : Tractor oruga y cargador frontal.Propietario : Coordinar con el Teniente Alcalde del concejo distrital de

Huancabamba.

UTILIZACIÓN PROCESAMI RENDIMI




ENTO ENTO

Base y Sub-base Zarandeo 95%

FUENTES DE AGUA

Se presenta a continuación la relación de fuentes de agua permanente ubicadas y estudiadas.

FUENTES DE AGUA PROGRESIVA ACCESO OBSERVACION

Río Paucartambo

00+000 220 m

AL LADO DERECHO, EN LA MARGEN DERECHO DEL RIO

Río Paucartambo

05+440 5.00 m

AL LADO IZQUIERDO, EN LA MARGEN IZQUIERDO DEL RIO

Río Paucartambo

11+762 150 m

AL LADO IZQUIERDO, EN LA MARGEN IZQUIERDO DEL RIO

Quebrada Río Pisco

21+060 0.00 m CRUZA LA CARRETERA

Río Santa Cruz29+196

al 34+494

25.00 A50.00 m

AL LADO DERECHO, EN LA MARGEN DERECHO DEL RIO

Río Llamaquizu 39+920 0.00 m CRUZA LA CARRETERA

Rio la Esperanza44+120 0.00 m. CRUZA LA CARRETERA

Nota.- Estas muestras fueron obtenidas en época de estiaje, motivo por el cual el contenido de sólidos en suspensión cumple con las Especificaciones Técnicas.

Si bien existen otras quebradas a las señaladas en el cuadro que antecede se han seleccionado aquellas de régimen permanente que puedan ser utilizadas todo el año.Los resultados de los ensayos físico-químicos de las fuentes de agua, determinan su utilización en obra, tanto para su empleo en mezclas de concreto de cemento portland, como para mezclas de base granular y sub-base granular.




6.3 CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE CANTERAS Y FUENTES DE AGUA

Del análisis de los resultados de los ensayos de laboratorio se concluye lo siguiente:

a) Se ubicó las siguientes canteras:

Ramazú Uso: Concreto de cemento Pórtland. Peña flor I Uso: Base granular. Peña flor II Uso: Sub-base granular. Santa Clara Uso: Concreto asfáltico y Concreto de cemento

Pórtland. El Ripio Uso: Base y Sub-base granular.

La cantera para tratamiento superficial bi capa será Santa Clara, es de origen fluvio aluvional conformado por gravas y arenas, para su uso se deberá chancar y zarandear. e) Las canteras para concreto de Cemento Pórtland serán Ramazu y Santa Clara, ambas son de origen fluvio aluvional conformado por gravas y arenas, cumplen con todas las especificaciones del proyecto para su uso.

f) El material a emplear para Base granular será de la cantera Peña Flor I. Presenta 18.5% de partículas chatas y alargadas; para ser usado como material de Base granular, este valor no debe superar el 15%. Se recomienda realizar el control permanente de esta característica física, mediante zarandeo durante la ejecución de la obra.

g) El material a emplear para Sub-base granular será de la cantera Peña Flor II. Presenta 22.30% de partículas chatas y alargadas; para ser usado como material de Sub-base granular, este valor no debe superar el 20%. Se recomienda realizar el control permanente de esta característica física, mediante zarandeo durante la ejecución de la obra.Adicionalmente se determinó la ubicación de la cantera El Ripio, apropiado como material de base y sub-base granular.




h) Se incluyen, el plano de canteras y los resultados de laboratorio, en las especificaciones correspondientes se indica el tratamiento específico para el caso de los agregados.

i) Para la determinación de los volúmenes se ha efectuado levantamientos topográficos y calicatas exploratorias, los que nos a permitido una apreciación bastante aproximada del volumen existente.

j) En lo que se refiere al tratamiento y rehabilitación de las áreas destinadas a explotación de materiales, se esta indicando en el volumen correspondiente a Impacto Ambiental en cumplimiento de lo estipulado en los términos de referencia.Igualmente en las Especificaciones Técnicas se establece los procedimientos de trabajo y forma de pago correspondiente.

k) A lo largo de la carretera se han ubicado seis puntos para abastecimiento de agua para la obra, correspondientes a las fuentes del río Paucartambo, río Pisco, río Santa Cruz, y río Llamaquizu, todas de régimen permanente.

l) Los resultados de los ensayos físicos químicos de las fuentes de agua, determinan su utilización en obra, tanto para su empleo en mezclas de concreto de cemento Pórtland, como para mezclas de Base y Sub-base granular.

m) De acuerdo a los resultados obtenidos, todas las fuentes de agua estudiadas son aptas para su empleo en obra.

6.4 DISEÑO DEL PAVIMENTO

6.4.1 Generalidades

El proceso de la información de campo y de laboratorio, así como la inspección de zonas críticas en la carretera y criterios económicos han permitido establecer y adoptar la alternativa del pavimento más recomendable para la rehabilitación y mejoramiento de la vía.

Por razones de índole económica se ha elegido un tratamiento superficial doble para la construcción del pavimento, lo cual representa un menor costo de inversión y periodo de diseño.

6.4.2 Tráfico Previsto

Los trabajos realizados para determinar el tráfico esperado al final del periodo de diseño adoptado para el pavimento, es detallado en el estudio básico respectivo, sin




embargo se desprenden informaciones que han servido para determinar los espesores finales.

Por lo general se debe establecer el primer año de servicio, teniendo en cuenta los años correspondientes a trámites administrativos, proceso de licitación y ejecución de obra. Cuando la vía está concluida se considera como primer año de vida de la estructura y por lo tanto se deberá estimar los años respectivos que corresponda al año verdadero de estructura, tanto al inicio como al final del servicio.

Con respecto a la vida útil, se considerará el primer año, como ya se explicó se proyectará el tráfico a 7 años para una determinada tasa de crecimiento, obtenida del estudio aprobado, Adicionalmente para comparar con otras alternativas de diseño se proyectará el tráfico a 20 años.

La proyección del tráfico, se elabora teniendo en cuenta el número acumulado de repeticiones de carga por Eje Equivalente de diseño, de 8.2 Tn, y que ésta circulará por el carril de diseño durante la vida útil prevista.

El Cuadro Nº 4.1. “Tasas de Crecimiento del Tráfico por Tipo de Vehículo”, presenta la tasa anual para vehículos como auto, camioneta, ómnibus y camión (véase Cuadro Nº 7.7 del Estudio de Tráfico), de los cuales se observa diferencias sustanciales en sus valores. Es importante hacer notar, que por lo general la composición de vehículos ligeros tiene menor implicancia en la degradación del pavimento.

Se han determinado las proyecciones sobre la base de los estudios de censo de tránsito y cargas por eje. El número acumulado de repeticiones de Ejes Equivalentes, para un solo sentido, en un período de vida útil de (n) años y una tasa de crecimiento (r), se calculó con la expresión siguiente:

N=365/2 (IMDom x FDom + IMD2e x FD2e + IMD3e x FD3e + IMDt x FDt)(1+r) n - 1 rdonde:

N = Número de Ejes Equivalentes Acumulados

IMD = Indice Medio Diario

FD = Factor Destructivo

r = Tasa de crecimiento




n = Período de Diseño

om = Ómnibus

2 e = Camión de 2 ejes

3 e = Camión de 3 ejes

t = Trayler y Semitrayler

El cuadro Nº 4.2. “IMD Anual – 2001”, presenta la composición del tráfico por tipo de vehículos y para dos puntos estratégicos de evaluación. Una primera estación se ubicó en el Puente Paucartambo, inicio del tramo y la segunda estación se ubicó en el Puente Esperanza con una influencia considerada hasta la cercanía del Puente Tambo María (Km. 34+000).

En cuanto a los factores de carga, o destructivos, se presentan en el Cuadro Nº 4.3 “Factores de Carga”, que relacionan al tipo de vehículos con valores tomados para las estaciones contempladas en el estudio de tráfico.

Con los insumos detallados y la expresión de “N”, se ha realizado la estimación del tráfico de diseño. Los Cuadro Nº 4.4. “Proyección del Tráfico”, presentan los cálculos para el tráfico esperado de las estaciones Pte. Paucartambo y Pte. Esperanza, estos tráficos serán tomados en cuenta, primero desde Puente Paucartambo, al Km. 34+000 y desde el Km. 34+000 hasta el final del tramo, en el Puente Esperanza. Se podrá observar los valores por sectores y por periodos de 7 y 20 años o hasta los años, 2010 y 2023 respectivamente.

4.3 Capacidad de Subrasante

El suelo de la subrasante es la capa superficial de las explanaciones y sobre el que se construye la estructura del pavimento. El diseño del espesor del pavimento se basa en el valor de resistencia mecánica de este suelo. El CBR de la subrasante que será utilizado en el diseño, se elegirá en base a criterios estadísticos. Un criterio recomendado por el Instituto del Asfalto para carreteras de primer orden, establece que debe tomarse como CBR de diseño aquel valor que sea igual o menor que el 75.0% del total de valores de una sección determinada, cuando el tráfico previsto está comprendido entre 104 y 105 de ejes equivalentes, como es el caso del presente proyecto.

El CBR de diseño, correspondiente a un percentil del 75 % es CBR = 19% para el tramo KM. 0+000 – Km. 34+100 y CBR = 4.5 % para el tramo 34+100 – Km.




44+177.17, ambos al 95% de la Máxima Densidad Seca-MDS; según el nivel del tráfico del estudio.

4.4 Método AASHTO Versión 1993

En lo que respecta al método de diseño propuesto por la AASHTO, se ha tomado la información proveniente de la Guide for Design of Paviment Structures, edición 1993, que se basa en el valor soporte de la subrasante, número de ejes estándar anticipado, para determinar el número estructural de diseño. Este método proporciona una expresión analítica que para efectos de cálculos computarizados la solución matemática es sumamente útil. La evolución del método, establece las complementaciones siguientes:

Se introduce el coeficiente de drenaje como parámetro de caracterización de la base granular para fines del Número Estructural. Indirectamente se mide la influencia del agua en la capacidad estructural del pavimento.

Se deja sin efecto el parámetro factor regional. Se introduce el concepto de "pérdida de servicio". El valor soporte de la subrasante “S”, se reemplaza por el módulo resilente Mr. Se introduce el parámetro de confiabilidad partiendo de la consideración que el

comportamiento vs. tránsito sigue la distribución normal de Gauss.

A pesar de las bondades mencionadas la aplicación de la versión 86, al igual que la del 72, encuentra un vacío en nuestro medio en cuanto a la ejecución directa del Ensayo que mide el Mr en suelos, sin embargo para el diseño se ha establecido la correspondencia con los valores de CBR, siguiendo las recomendaciones de la experiencia Brasilera.

La fórmula general que gobierna el número estructural de diseño, presenta la expresión siguiente:

Donde:

W18 : Número proyectado de carga equivalente de 18 kip (18000 lb) de

aplicación de carga axial simples

Zr : Desviación estándar normal

So : Error estándar combinado del trafico proyectado y del




Comportamiento proyectado

PSI : Diferencia entre índice de serviciabilidad inicial, “po”, y el índice de

serviciabilidad terminal, “pt”.

MR : Modulo resilente (psi)

SN : Número estructural indicativo del espesor total del pavimento

Requerido

Los espesores finales de la estructura recomendada (carpeta, base, sub base), se han determinado empleando la expresión propuesta por la AASHTO, la cual comprende los coeficientes de transformación para cada tipo de capa. Para la transformación del número estructural en capas granulares y superficie de rodadura, se empleó la expresión siguiente:

SN = a1*D1+a2*D2*m2+a3*D3*m3

Donde:ai = Coeficiente de la capa “i”Di = Espesor de la capa “i”mi = Coeficiente de drenaje de la capa “i”

De acuerdo a las condiciones propias de la zona de proyecto, a continuación se indican los siguientes datos de diseño, aprobado con R.D. 659-2002-MTC/15.17:

R = Reliability = 95%

Zr = Standard Normal Deviate = -1.645

So = Overall Standard Deviation = 0.45

Pi = Serviciabilidad Inicial = 4.0

Pt = Serviciabilidad final = 2.0

Di = Coeficiente del TSB = No aporta.

a2 = Coeficiente estructural de B.G. = 0.053/cm

m2 = Coeficiente de drenaje de B.G. = 1.0

a3 = Coeficiente estructural de S.B.G = 0.04/cm

m3 = Coeficiente de drenaje de S.B.G = 1.0

Mr = Módulo Resilente de la Subrasante




SECTORMR (psi)*

Pte. Paucartambo – Km. 34+000 18 483

Km. 34+000 – Pte. Esperanza 5 431

*CBRsr = 0.0624*(MRsr)1.176 (Mpa) , para CBR de 4 a 48%

Para los nuevos periodos de diseño

W18 = Tráfico de Diseño

SECTOR

EAL 7AÑOS EAL 20AÑOS

Pte. Paucartambo – Km. 34+000 3.9 x 104 1.7 x 105

Km. 34+000 – Pte. Esperanza 5.9 x 104 2.5 x 105

Aplicando la ecuación de Diseño, se obtienen los siguientes Números Estructurales (SN).

SECTOR

SN 7AÑOS SN 20AÑOS

Pte. Paucartambo – Km. 34+000 1.49 1.93

Km. 34+000 – Pte. Esperanza 2.58 3.24

Los espesores de las capas de la estructura del pavimento calculado y adoptado para

un periodo de ciete años, sin considerar el aporte estructural de la capa de tratamiento

superficial, son los siguientes:

Capa Estructural

Sector I Sector II

Calculado Calculado

Tratamiento Superficial 2.5 cm 2.5 cm

Base Granular 15.0 cm 20.0 cm

Sub Base Granular 20.0 cm 40.0 cm

SN adoptado 1.595 2.66

SN requerido1.49 1.93

Sector I: Puente Paucartambo –Km. 34+000

Sector II: Km. 34+000 – Oxapampa




4.5 Conclusiones y Recomendaciones

Por razones de índole económica se ha elegido un tratamiento superficial doble (bicapa) para la superficie de rodadura.

Para el diseño de la estructura del pavimento se ha utilizado la metodología AASHTO 1993 considerando un periodo de diseño de 7 años.

Los espesores finales adoptados, teniendo en cuenta los espesores mínimos recomendados se muestran en el cuadro siguiente:

Capa Estructural Sector I Sector II

Tratamiento Superficial 2.5 cm 2.5 cm

Base Granular 15.0 cm 20.0 cm

Sub Base granular 20.0 cm 40.0 cm

Espesor Total 37.5 cm 62.5 cm

Sector I: Puente Paucartambo – Km. 34+000

Sector II: Km. 34+000 – Oxapampa

Los agregados petreos a utilizar en el tratamiento superficial serán obtenidos de las canteras Santa Clara.

En general se recomienda un estricto control de calidad de los materiales a utilizar en la construcción y especificaciones técnicas para cada material serán los recomendados por el MTC - Especificaciones Técnicas Generales para la Construcción de carreteras (EG-2000).

El Estudio de Factibilidad Económica del Proyecto de rehabilitación y Mejoramiento de la carretera Puente Paucartambo – Oaxpampa, determina según indicadores económicos, que es más recomendable que el proyecto sea ejecutado a nivel de tratamiento superficial bicapa en su longitud total; la misma originara uniformidad del proceso constructivo y del mantenimiento, y para los usuarios, menores costos de operación vehicular, menor tiempo de recorrido, mayor comodidad y confort.

Cuadro N°4.1.- TASAS DE CRECIMIENTO DEL TRAFICO POR TIPO DE VEHICULO

TIPO DE VEHICULO TASA DE

CRECIMIENTO ANUAL

(%)

AUTO 1.30

CAMIONETA 4.20




ÓMNIBUS 4.00

CAMIÓN 5.70

Cuadro N°4.2.- I.M.D. Anual – 2001

ESTACIÓNAUTO CAMIONETA CAMIONETA

RURAL

BUS C 2E C3E IMD

PTE. PAUCARTAMBO 7 17 54 4 26 8 116

PTE. ESPERANZA 195 96 80 4 60 11 446

Cuadro N°4.3.- Factores de Equivalencia

DescripciónPaucartambo Oxapampa Adoptado

Omb. 0 0 0.6759

C 3E 0.0836 0.1813 0.1324

C 2e 2.0242 1.674 1.849

Luego del periodo de construcción, estimado en dos años, se aplica una estrategia de mantenimiento rutinario, parchado del 100% de los baches, programándose al año 7, refuerzo de 6.0 cm. de carpeta asfáltica en caliente para ambos tramos: Puente Paucartambo – Km. 34+000 y Km. 34+000 – Oxapampa, previa evaluación estructural del pavimento, que defina el programa de rehabilitación y mejoramiento de la estructura a nivel de carpeta asfáltica en caliente.

Teniendo en cuenta el criterio técnico de que la obra debe mantenerse durante el período proyectado y en función a las condiciones propias de la obra tales como: disponibilidad de materiales, experiencias locales en construcción, condiciones específicas de la zona, etc; el diseño se ha efectuado para un pavimento cuya superficie es un tratamiento superficial bicapa, la cual funcionará hasta el año 7 (1 ra etapa) , luego del cual se plantea un refuerzo del pavimento con la finalidad de que preste servicio hasta el año 20 (Segunda etapa).

METODOLOGÍA DE DISEÑO

El método de la American Association of State Higway and Transportation Officials (AASHTO), versión 1993, establece que la estructura de un pavimento debe satisfacer un determinado Número Estructural, el cual se calcula en función de: a) El tráfico que transcurrirá por la vía, durante un determinado número de años (periodo de diseño); b)




La resistencia del suelo que soportará el pavimento; y c) Los niveles de serviciabilidad deseados para la vía, tanto al inicio como al final de su vida de servicio.

Adicionalmente, deben considerarse determinados parámetros estadísticos, que funcionan como factores de seguridad que garantizan que la solución obtenida cumple con un determinado nivel de confianza.

Una vez determinado el Número Estructural requerido, la estructuración del pavimento se realiza por tanteos, asignando dimensiones a cada una de las capas que lo conforman, con un determinado aporte estructural calculado en función a estas dimensiones y a la calidad de los materiales empleados. Estos números estructurales parciales se expresan mediante un coeficiente estructural y que sumados deben satisfacer el valor total requerido.

DISEÑO ESTRUCTURAL (1 ra etapa)

Para el diseño estructural se considera un periodo de análisis igual a 07 años. La aplicación de la Ecuación de Diseño establecido en el método AASHTO (1993), se ha efectuado considerando los siguientes parámetros aprobados con R.D. 659-2002-MTC/15.17:

Zr = Standard Normal Deviate = -1,645

So = Overall Standard Deviation = 0,45

Pi = Serviciabilidad Inicial = 4.0

Pt = Serviciabilidad Final = 2,0

a2 = Coeficente de Base Granular = 0.053 /cm

a3 = Coeficiente de Subbase granular = 0.04 /cm

m2 = Coeficiente de Drenaje de B.G = 1.0

m3 = Coeficiente de Drenaje de S.B.G = 1.0

Estación Pte. Esperanza

EAL7años = 5.9 x 104 repeticiones

EAL20años = 2.5 x 105 repeticiones (Segunda etapa)

EAL7-20años = 1.9 x 105 repeticiones

Mr = 5,431 psi




Estación Pte. Tambo María

EAL7años = 3.9 x 104 repeticiones

EAL20años = 1.7 x 105 repeticiones (Segunda etapa)

EAL7-20años = 1.3 x 105 repeticiones

Mr = 18.483 psi

Efectuado el procesamiento se obtiene los siguientes números estructurales:

NÚMERO ESTRUCTURAL REQUERIDO (1ra etapa)

EAL SN

Pte Paucartambo – Km. 34+000

SN

Km. 34+000 – Oxapampa

EAL7años 1.49 2.58

EAL7-20años 1.84 3.1

ESTRUCTURACIÓN DE PAVIMENTO

El pavimento ha sido estructurado para soportar las condiciones proyectadas de tráfico para su ciclo de vida así como las condiciones climáticas de forma tal que los esfuerzos lleguen satisfactoriamente de la parte superior a los suelos bajo el nivel de la subrasante.

Se ha tenido en cuenta también las características geotécnicas de los materiales que conformarán la estructura vial representándolo adecuadamente con un determinado coeficiente de aporte estructural.

Debe señalarse también que de acuerdo al tráfico de diseño, la guía AASHTO establece espesores mínimos recomendables para la distribución de la estructura de pavimento, el cual se ha tomado en cuenta en la estructuración a fin de establecer espesores económicos.

Siendo la estructura propuesta:




DISEÑO ESTRUCTURAL (1ra Etapa)

TRAMOPte. Paucartambo –

Km. 34+000Km. 34+000 –

Oxapampa

SUPERF. DE RODADURA

TSB e = 2.5TSB e = 2.5

Base Granular 15.00 20.00

Sub-Base Granular 20.00 40.00

SN adoptado 1.595

(1.49 = SN requerido)2.66

(2.58= SN requerido)

DISEÑO POR ETAPAS

Se ha planteado que la superficie de rodadura debe estar constituida por un Tratamiento Superficial Bicapa, la cual será reforzada posteriormente. A pesar que dicho tipo de superficie no admite análisis alguno con las recomendaciones establecidas en los Manuales ó Guias de diseño para las características de éste Proyecto, se presenta un segundo enfoque basado en construcción por etapas a fin de poder considerar dicho tipo de superficie de rodadura.

En consecuencia, la Primera Etapa está referida a la colocación de una superficie de rodadura a nivel de un Tratamiento Superficial Bicapa, y la Segunda Etapa se refiere a la colocación de un refuerzo consistente en una carpeta asfáltica en caliente cuando la vía cumpla 7 años de servicio.

Primera y Segunda Etapa

Para el diseño estructural de la Primera Etapa (7 años), se han considerado los siguientes parámetros:

a1 = Coeficiente de T.S.B = no aporta

a2 = Coeficente de Base Granular = 0.053

a3 = Coeficente de Sub Base Granular = 0.040

m2 = Coeficiente de Drenaje de B.G = 1.0




m3 = Coeficiente de Drenaje de S.B.G = 1.0

La Segunda Etapa contempla la ejecución inmediata de un refuerzo consistente en una carpeta asfáltica en caliente sobre una calzada ya existente y que está constituida por un Tratamiento Superficial Bicapa. Obviamente la implementación correcta de ésta Etapa está condicionada a una evaluación integral de pavimento a fin de verificar el nivel de degradación de la superficie existente.

Para esta Segunda Etapa (de refuerzo) calcularemos el SN de refuerzo.

Empleando el método de Vida Remanente tenemos :

RL = 100(1-EALinicial / EALfinal Indice de serviciabilidad de 1.5)

Donde:RL = Vida Remanente

Aplicando la fórmula obtenemos:

Pte Paucartambo – Km. 34+000 RL = 2.5 %

Km. 34+000 – Oxapampa RL = 27.16%

Con este valor entramos a la grafica RL Vs CF y obtenemos el FACTOR DE CONDICION de la vía en el año 7, el que es igual a:

Pte. Paucartambo. – Km. 34+000

CF = 0.55

Km. 34+000 – Oxapampa

CF = 0.78

CF = SN eff

SN o

SN eff = Numero Estructural efectivo al año 7

SN o = Numero Estructural original (adoptado)

Pte. Paucartambo – Km. 34+000 SN eff = 0.55*1.495 = 0.82




Km. 34+000 – Oxapampa SN eff = 0.78*2.66 = 2.07

Por lo tanto:

SN refuerzo = SN(7-20años) – SN eff

Pte Paucartambo – Km. 34+000.

SN refuerzo = 1.84- 0.82

SN refuerzo = 1.02

Km. 34+000– Oxapampa.

SN refuerzo = 3.1- 2.07

SN refuerzo = 1.03

Si el coeficiente estructural de la capa asfáltica es = 0.17/cm.

Obtenemos el espesor del refuerzo:

Espesor refuerzo = SN refuerzo

Coef..Est.de C.A

Espesor del Refuerzo

Pte. Paucartambo – Km. 34+000.

= 1.02/0.17 = 6.00 cm.

Km. 34+000 – Oxapampa.

= 1.03/0.17 = 6.05 cm.

Adoptamos: Espesor Refuerzo = 6.00 cm. para los dos tramos


06.0 diseÑo del pavimento y secciones tipicas

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