diseÑo del pavimento

“MEJORAMIENTO DEL CIRCUITO VIAL CHUPACA - SICAYA

DISEÑO DE ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

1.0 GENERALIDADES

El presente estudio para el Diseño de Pavimentos en el proyecto “Mejoramiento del Circuito Vial Chupaca – Sicaya – Aco – Mito” se realiza por encargo del Consultor y Jefe de proyecto.

Los parámetros concernientes a suelos y canteras, se tomaron en función al estudio elaborado por la empresa KLAFER SAC (División de Mecánica de Suelos Concreto y Materiales), por encargo del Consultor.

De manera similar los estudios de tráfico, específicamente el aforo vehicular fue elaborado y proporcionado por el consultor.

De acuerdo a la alternativa seleccionada en el Proyecto de Inversión Pública declarada viable, se plantea el “MEJORAMIENTO DEL CIRCUITO VIAL CHUPACA - SICAYA - VICSO - ACO – MITO, L = 22+044 KM – PROVINCIAS DE CHUPACA, HUANCAYO, CONCEPCION – JUNIN”. En el cual se han identificado dos tramos:

a. Tramo I: Desde el Km 00+000 (Chupaca) hasta el Km 03+480.58 (Sicaya): siendo la Ruta en análisis sin afirmar, en mal estado de conservación con presencia de baches, ahuellamientos y perdida de espesor del material de rodadura; En este tramo la Estación de Conteo “E-1” se ubicó en la progresiva 02+000 de la vía en estudio.

b. Tramo II: Desde el Km 03+480.58 (Sicaya) hasta el Km 16+460.98 (Aco): siendo la Ruta en análisis sin afirmar, en mal estado de conservación con presencia de baches, ahuellamientos y perdida de espesor del material de rodadura; En este tramo la Estación de Conteo “E-2” se ubicó en la progresiva 13+400 de la vía en estudio.

c. Tramo III: Desde el Km 16+460.98 (Aco) hasta el Km 22+020.65 (Mito): siendo la Ruta en análisis sin afirmar, en mal estado de conservación con presencia de baches, ahuellamientos y perdida de espesor del material de rodadura;

2.0 OBJETIVOS

El presente estudio se realiza para determinar el espesor de cada uno de los tipos de Pavimento, a fin de que la carretera tenga durabilidad y serviciabilidad durante el periodo de diseño.

El periodo de diseño para cada tramo es de 20 años, que es el horizonte de evaluación del proyecto, de acuerdo al PIP declarado viable.

3.0 DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE

Para el diseño estructural del pavimento se siguió los lineamientos establecidos por el método AASHTO 1993.

===================================================================================================================================DISEÑO DE ESRUCTURA DE PAVIMENTO


3.01. MÉTODO DE LA AASHTO PARA EL DISEÑO DE LA SECCIÓN ESTRUCTURAL DE LOS PAVIMENTOS.

El actual método de la AASHTO, versión 1993, describe con detalle los procedimientos para el diseño de la sección estructural de los pavimentos flexibles y rígidos de carreteras. En el caso de los pavimentos flexibles, el método establece que la superficie de rodamiento se resuelve solamente con concreto asfáltico y tratamientos superficiales, pues asume que tales estructuras soportarán niveles significativos de tránsito (mayores de 50,000 ejes equivalentes acumulados de 8.2 ton. durante el período de diseño), dejando fuera pavimentos ligeros para tránsitos menores al citado, como son los caminos revestidos o de terracería.

En este trabajo únicamente se resume el procedimiento para pavimentos flexibles, con el objeto de que el usuario disponga de una metodología práctica y sencilla de uso frecuente en su ámbito de trabajo.

3.01.01. MÉTODO DE DISEÑO.

Los procedimientos involucrados en el actual método de diseño, versión 1993, están basados en las ecuaciones originales de la AASHO que datan de 1961, producto de las pruebas en Ottawa, Illinois, con tramos a escala natural y para todo tipo de pavimentos. La versión de 1986 y la actual de 1993 se han modificado para incluir factores o parámetros de diseño que no habían sido considerados y que son producto de la experiencia adquirida por ese organismo entre el método original y su

Versión más moderna, además de incluir experiencias de otras dependencias y consultores independientes.

El diseño está basado primordialmente en identificar o encontrar un “número estructural SN” para el pavimento flexible que pueda soportar el nivel de carga solicitado. Para determinar el número estructural SN requerido, el método proporciona la ecuación general y la gráfica de la Figura 4.1, que involucra los siguientes parámetros:

“W18” El tránsito en ejes equivalentes acumulados para el período de diseño seleccionado

“R”. El parámetro de confiabilidad.

“So”. La desviación estándar global.

“Mr” El módulo de resiliencia efectivo, del material usado para la subrasante.

La pérdida o diferencia entre los índices de servicios inicial y final deseados.

a. TRÁNSITO.

Para el cálculo del tránsito, el método actual contempla los ejes equivalentes sencillos de 18,000 lb (8.2 ton) acumulados durante el período de diseño, por lo que no ha habido grandes cambios con respecto a la metodología original de



AASHTO. Solamente se aconseja que para fines de diseño en “etapas o fases” se dibuje una gráfica donde se muestre año con año, el crecimiento de los ejes acumulados (ESAL) vs tiempo, en años, hasta llegar al fin del período de diseño o primera vida útil del pavimento. La ecuación siguiente puede ser usada para calcular el parámetro del tránsito W18 en el carril de diseño.

Donde:

W18 = Tránsito acumulado en el primer año, en ejes equivalentes sencillos de 8.2 ton, en el carril de diseño.

DD = Factor de distribución direccional; se recomienda 50% para la mayoría de las carreteras, pudiendo variar de 0.3 a 0.7, dependiendo de en qué dirección va el tránsito con mayor porcentaje de vehículos pesados.

. = Ejes equivalentes acumulados en ambas direcciones.

DL = Factor de distribución por carril, cuando se tengan dos o más carriles por sentido. Se recomiendan los siguientes valores:

Tabla 4.1. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL.

Una vez calculados los ejes equivalentes acumulados en el primer año, el diseñador deberá estimar con base en la tasa de crecimiento anual y el período de diseño en años, el total de ejes equivalentes acumulados y así contar con un parámetro de entrada para la ecuación general o para el nomograma de la Figura 4.1.

Es importante hacer notar que la metodología original de AASHTO usualmente consideraba períodos de diseño de 20 años; en la versión actual de 1993, recomienda los siguientes períodos de diseño en función del tipo de carretera:



Tabla 4.2. PERIODOS DE DISEÑO EN FUNCIÓN DEL TIPO DE CARRETERA.

b. CONFIABILIDAD “R”.

Con el parámetro de Confiabilidad “R”, se trata de llegar a cierto grado de certeza en el método de diseño, para asegurar que las diversas alternativas de la sección estructural que se obtengan, durarán como mínimo el período de diseño. Se consideran posibles variaciones en las predicciones del tránsito en ejes acumulados y en el comportamiento de la sección diseñada.

El actual método AASHTO para el diseño de la sección estructural de pavimentos flexibles, recomienda valores desde 50 y hasta 99.9 para el parámetro “R” de confiabilidad, con diferentes clasificaciones funcionales, notándose que los niveles más altos corresponden a obras que estarán sujetas a un uso intensivo, mientras que los niveles más bajos corresponden a obras o caminos locales y secundarios.

Tabla 4.3. VALORES DE “R” DE CONFIABILIDAD, CON DIFERENTES

CLASIFICACIONES FUNCIONALES.

c. DESVIACIÓN ESTÁNDAR GLOBAL “SO”.

Este parámetro está ligado directamente con la Confiabilidad (R), habiéndolo determinado, en este paso deberá seleccionarse un valor So “Desviación Estándar Global”, representativo de condiciones locales particulares, que



considera posibles variaciones en el comportamiento del pavimento y en la predicción del tránsito.

Valores de “So” en los tramos de prueba de AASHO no incluyeron errores en la estimación del tránsito; sin embargo, el error en la predicción del comportamiento de las secciones en tales tramos, fue de 0.25 para pavimentos rígidos y 0.35 para los flexibles, lo que corresponde a valores de la desviación estándar total debidos al tránsito de 0.35 y 0.45 para pavimentos rígidos y flexibles respectivamente.

d. MÓDULO DE RESILIENCIA EFECTIVO.

En el método actual de la AASHTO, la parte fundamental para caracterizar debidamente a los materiales, consiste en la obtención del Módulo de Resiliencia, con base en pruebas de laboratorio, realizadas en materiales a utilizar en la capa subrasante (Método AASHTO T-274), con muestras representativas (esfuerzo y humedad) que simulen las estaciones del año respectivas. El módulo de resiliencia “estacional” será obtenido alternadamente por correlaciones con propiedades del suelo, tales como el contenido de arcilla, humedad, índice plástico, etc.

Finalmente, deberá obtenerse un “módulo de resiliencia efectivo”, que es equivalente al efecto combinado de todos los valores de módulos estacionales.

Para la obtención del módulo estacional, o variaciones del Mr a lo largo de todas las estaciones del año se ofrecen dos procedimientos: uno, obteniendo la relación en el laboratorio entre el módulo de resiliencia y el contenido de humedad de diferentes muestras en diferentes estaciones del año y, dos, utilizando algún equipo para medición de deflexiones sobre carreteras en servicio durante diferentes estaciones del año.

Sin embargo, para el diseño de pavimentos flexibles, únicamente se recomienda convertir los datos estacionales en módulo de resiliencia efectivo de la capa subrasante, con el auxilio de la Figura 4.7 que proporciona un valor sopesado en función del “daño equivalente anual” obtenido para cada estación en particular.

También puede utilizarse la siguiente ecuación:

Donde:

Uf = Daño relativo en cada estación (por més o quincenal).

MR = Módulo de Resiliencia de la capa subrasante, obtenido en laboratorio o con deflexiones cada quincena o més.

Y por último:



Por lo que el

e. PÉRDIDA O DIFERENCIA ENTRE ÍNDICES DE SERVICIO INICIAL Y TERMINAL.

El cambio o pérdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se define en el método con la siguiente ecuación:

PSI = Índice de Servicio Presente

Donde:

= Diferencia entre los índices de servicio inicial u original y el final o Terminal deseado.

po = Índice de servicio inicial (4.5 para pavimentos rígidos y 4.2 para flexibles).

pt = Índice de servicio Terminal, para el cual AASHTO maneja en su versión 1993 valores de 3.0, 2.5 y 2.0, recomendando 2.5 ó 3.0 para caminos principales y 2.0 para secundarios.

Se hace notar que aún en la versión actual, AASHTO no ha modificado la escala del índice de servicio original de 0 a 5 para caminos intransitables hasta carreteras perfectas, respectivamente. Sin embargo, se sugiere que el criterio para definir el índice de servicio Terminal o mínimo de rechazo (menor índice tolerado antes de realizar alguna operación de rehabilitación, reencarpetado o reconstrucción) esté en función de la aceptación de los usuarios de la carretera.

Para el caso de diseños de pavimentos en climas muy extremosos, en especial los fríos, la guía de diseño del método actual recomienda evaluar adicionalmente la pérdida del índice de servicio original y Terminal debida a factores ambientales por congelamiento y deshielo, que producen cambios volumétricos notables en la capa subrasante y capas superiores de la estructura del pavimento. En tales casos, el diseñador deberá remitirse al método AASHTO 1993, capítulo 2.1.4.

3.01.02. DETERMINACIÓN DE ESPESORES POR CAPAS.



Una vez que el diseñador ha obtenido el Número Estructural SN para la sección estructural del pavimento, utilizando el gráfico o la ecuación general básica de diseño, (Figura 4.1) donde se involucraron los parámetros anteriormente descritos (tránsito, R, So, MR, ), se requiere ahora determinar una sección multicapa que en conjunto provea de suficiente capacidad de soporte equivalente al número estructural de diseño original. La siguiente ecuación puede utilizarse para obtener los espesores de cada capa, para la superficie de rodamiento o carpeta, base y sub base, haciéndose notar que el actual método de AASHTO, versión 1993, ya involucra coeficientes de drenaje particulares para la base y sub base.

Donde:

a1, a2 y a3 = Coeficientes de capa representativos de carpeta, base y sub base respectivamente.

D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y sub base respectivamente, en pulgadas.

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub base, respectivamente.

Para la obtención de los coeficientes de capa a1, a2 y a3 deberán utilizarse las Figuras 4.2 a 4.6, en donde se representan valores de correlaciones hasta de cinco diferentes pruebas de laboratorio: Módulo Elástico, Texas Triaxial, R - valor, VRS y Estabilidad Marshall.



Para la obtención de los coeficientes de drenaje, m2 y m3, correspondientes a las capas de base y sub base respectivamente, el método actual de AASHTO se basa en la capacidad del drenaje para remover la humedad interna del pavimento, definiendo lo siguiente:

Tabla 4.4. CAPACIDAD DEL DRENAJE PARA REMOVER LA

HUMEDAD.

En la Tabla 4.5 se presentan los valores recomendados para m2 y m3 (bases y sub bases granulares sin estabilizar) en función de la calidad del drenaje y el porcentaje del tiempo a lo largo de un año, en el cual la estructura del pavimento pueda estar expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación.

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodamiento elaborada con concreto asfáltico, el método no considera un posible efecto por el drenaje, por lo que en la ecuación de diseño sólo intervienen valores de m2 y m3 y no se asigna valor para m1 correspondiente a la carpeta.



Para el cálculo de los espesores D1, D2 y D3 (en pulgadas), el método sugiere respetar los siguientes valores mínimos, en función del tránsito en ejes equivalentes sencillos acumulados:

3.01.03. ANÁLISIS DEL DISEÑO FINAL CON SISTEMA MULTICAPA.

Deberá reconocerse que para pavimentos flexibles, la estructura es un sistema de varias capas y por ello deberá diseñarse de acuerdo a ello. Como ya se describió al principio del método, el “número estructural SN” sobre la capa subrasante o cuerpo del terraplén es lo primero a calcularse. De la misma manera deberá obtenerse el número estructural requerido sobre las capas de la sub base y base, utilizando los valores de resistencia aplicables para cada uno. Trabajando con las diferencias entre los números estructurales que se requieren sobre cada capa, el espesor máximo permitido de cualquier capa puede ser calculado. Por ejemplo, el número estructural máximo permitido para material de la capa de sub base, debe ser igual al número estructural requerido sobre la sub base restado del SN requerido sobre la subrasante.

El Método AASHTO recomienda el empleo de la siguiente figura y ecuaciones:



3.02. DESARROLLO DEL DISEÑO:

3.02.01. NUMERO DE EJES EQUIVALENTES A 8.20 TN. ACUMULADOS EN AMBAS DIRECCIONES.

Para determinar el Número de ejes equivalentes a 8.20 tn, se utilizara la siguiente expresión:

ESALi = Fd x Gjt x AADTi x 365 x Ni x FEi

Donde:

ESALi = Carga acumulada equivalente de 18 000 lb (80 KN) en un solo eje, para la categoría i de eje.

Fd = factor de diseño de carril

Gjt = factor de crecimiento para determinar tasa de crecimiento j y periodo de diseño t.

AADTi = transito anual diario promedio (TPDA) en el primer año para la categoría de eje i.

Ni = Número de ejes en cada vehículo de la categoría i.

FEi = factor de equivalencia de carga para la categoría de eje i.



3.02.02. Factor de Crecimiento (Gjt )

Tabla 20.6 Factor de CrecimientoTasa de crecimiento anual (r) porciento

Periodo de diseño, años Sin

(n) crecimiento 2 4 5 6 7 8 101 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.002 2.00 2.02 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.103 3.00 3.06 3.12 3.15 3.18 3.21 3.25 3.314 4.00 4.12 4.25 4.31 4.37 4.44 4.51 4.645 5.00 5.20 5.42 5.53 5.64 5.75 5.87 6.116 6.00 6.31 6.63 6.80 6.98 7.15 7.34 7.727 7.00 7.43 7.90 8.14 8.39 8.65 8.92 9.498 8.00 8.58 9.21 9.55 9.90 10.26 10.64 11.449 9.00 9.75 10.58 11.03 11.49 11.98 12.49 13.58

10 10.00 10.95 12.01 12.58 13.18 13.82 14.49 15.9411 11.00 12.17 13.49 14.21 14.97 15.78 16.65 18.5312 12.00 13.41 15.03 15.92 16.87 17.89 18.98 21.3813 13.00 14.68 16.63 17.71 18.88 20.14 21.50 24.5214 14.00 15.97 18.29 19.16 21.01 22.55 24.21 27.9715 15.00 17.29 20.02 21.58 23.28 25.13 27.15 31.7716 16.00 18.64 21.82 23.66 25.67 27.89 30.32 35.9517 17.00 20.01 23.70 25.84 28.21 30.84 33.75 40.5518 18.00 21.41 25.65 18.13 30.91 34.00 37.45 45.6019 19.00 22.84 27.67 30.54 33.76 37.38 41.45 51.1620 20.00 24.30 29.78 33.06 36.79 41.00 45.76 57.2825 25.00 32.03 41.65 47.73 54.86 63.25 73.11 98.3530 30.00 40.57 56.08 66.44 79.06 94.46 113.28 164.4935 35.00 49.99 73.65 90.32 111.43 138.24 172.32 271.02

Nota: factor = [(1+r)^n -1 ]/r, siendo r=tasa de crecimiento/100, distinto de cero

De la tabla 20.6 se tiene que, considerando una tasa de crecimiento de 4 % y un periodo de diseño de 20 años, se tiene que el Factor de crecimiento es de:

(Gjt ) = 29.78

3.02.03. factor de diseño de carril (Fd)

El factor de diseño de carril (Fd), es del 50 %. Debido a que es de un solo carril por sentido.

3.02.04. transito anual diario promedio (TPDA) en el primer año para la categoría de eje i. (AADTi)

De acuerdo con el Estudio de tráfico realizado tenemos:

El Índice Medio Diario (Actual + Generado + Desviado), para cada tramo es: ===================================================================================================================================DISEÑO DE ESRUCTURA DE PAVIMENTO


ESTACIÓN DE CONTEO: EP – 01 TRAMO I: Km 00+000 (Chupaca- Sicaya)

La cantidad y composición porcentual del IMD Anual Total para el diseño se presenta en el siguiente cuadro.



Considerando que para el diseño de la capa de rodadura solo tienen interés los vehículos pesados (buses y camiones), realizaremos las siguientes acciones:

Se unirán los autos con los station wagon y se unirán los camiones, panel y las combis.

De estas acciones tendremos el siguiente cuadro de IMD de diseño:

IMD ANUAL TOTAL PARA EL DISEÑO

TIPO DE VEHICULOIMD

TRAMO IIMD %

Automovil 8 20,20

Station Wagon

7 17,75

Camioneta 9 24,16 Panel 2 5,86 Combi 5 13,27 Micro 0 0,43

Omnibus2E 0 0,003E 0 0,00

CamionC2 2 5,64C3 2 6,13C4 2 4,38

Semi Traylers

T2S1 0 0,00T2S2 0 0,00T2S3 1 2,18T3S1 0 0,00T3S2 0 0,00

>=T3S3 0 0,00

Traylers

C2R2 0 0,00C2R3 0 0,00C3R2 0 0,00

>=C3R3 0 0,00TOTAL 38 100,00

3.02.05. Número de ejes en cada vehículo de la categoría i. (Ni)

El número de ejes en cada vehículo de la categoría es:

- Vehículo Microbús = Número de ejes 2.

- Vehículo Ómnibus de 2E = Numero de ejes 2

- Vehículo Ómnibus de 3E = Numero de ejes 3

- Vehículo Camión de C2 = Numero de ejes 2





- Vehículo Semi trailer de T2S1 = Numero de ejes 3





3.02.06. factor de equivalencia de carga para la categoría de eje i. (FEi)

El factor de equivalencia de carga para la categoría de eje i. se determina de la tabla 20.3 Factores equivalentes de carga:

Tabla 20.3 Factor de equivalencia de carga.

Carga Bruta por Eje factores de equivalencias de carga

KN lbEjes

SencillosEjes

Tándem Ejes Tidem4.45 1000.00 0.000028.90 2000.00 0.00018

17.80 4000.00 0.00209 0.000326.70 6000.00 0.01043 0.001 0.000335.60 8000.00 0.03430 0.003 0.00144.50 10000.00 0.0877 0.007 0.00253.40 12000.00 0.1890 0.014 0.00362.30 14000.00 0.3600 0.027 0.00671.20 16000.00 0.6230 0.047 0.01180.00 18000.00 10.000 0.077 0.01789.00 20000.00 1.51 0.121 0.02797.90 22000.00 2.18 0.180 0.040

106.80 24000.00 3.03 0.260 0.057115.60 26000.00 4.09 0.364 0.080124.50 28000.00 5.39 0.495 0.109133.40 30000.00 6.97 0.658 0.145142.30 32000.00 8.88 0.857 0.191151.20 34000.00 11.18 1.095 0.246160.10 36000.00 13.93 1.39 0.313169.00 38000.00 17.20 1.70 0.393178.00 40000.00 21.08 2.08 0.487187.00 42000.00 25.64 2.51 0.597195.70 44000.00 31.00 3.00 0.723204.50 46000.00 37.24 3.55 0.868213.50 48000.00 44.50 4.17 1.033222.40 50000.00 52.88 4.86 1.22231.30 52000.00 5.63 1.43240.20 54000.00 6.47 1.66249.00 56000.00 7.41 1.91258.00 58000.00 8.45 2.20



267.00 60000.00 9.59 2.51275.80 62000.00 10.84 2.85284.50 64000.00 12.22 3.22293.50 66000.00 13.73 3.62302.50 68000.00 15.38 4.05311.50 70000.00 17.19 4.52320.00 72000.00 19.16 5.03329.00 74000.00 21.32 5.57338.00 76000.00 23.66 6.15347.00 78000.00 26.22 6.78356.00 80000.00 29.00 7.45364.73 82000.00 32.00 8.20373.60 84000.00 35.30 8.90382.50 86000.00 38.80 9.80391.40 88000.00 42.60 10.60400.30 90000.00 46.80 11.60

De la tabla anterior se tiene los siguientes factores de equivalencia de carga:

CAMION C2

Nº DE CAMION DE 2 EJES Tipo C2:

Peso máximo eje delantero = 7 ton. = 15,432.36 lb, luego, interpolando de la Tabla 3.3. Factores de Equivalencia de carga, encontramos el Factor de carga = 0.5436……………..…(1)

Peso máximo eje trasero = 11 Ton.= 24,250.85 lb, luego, interpolando de la Tabla 3.3. Factores de Equivalencia de carga, encontramos el Factor de carga = 3.1630………….(2)

Sumando (1)+(2) = 3.7066

CAMION C3

Nº DE CAMION DE 3 EJES Tipo C3.




Peso máximo eje trasero = 18 Ton.= 39,683.20 lb, luego, interpolando de la Tabla 3.3. Factores de Equivalencia de carga, encontramos el Factor de carga = 2.0198………….(2)

Sumando (1)+(2) = 2.5634

CAMION C4

Nº DE CAMION DE 4 EJES Tipo C4.


Peso máximo eje trasero = 23 Ton.= 50,706.32 lb, luego, interpolando de la Tabla 3.3. Factores de Equivalencia de carga, encontramos el Factor de carga = 1.2942……….……….(2)

Sumando (1)+(2) = 1.8378

SEMI TRAILER T2S3 ===================================================================================================================================DISEÑO DE ESRUCTURA DE PAVIMENTO


Nº DE SEMI TRAILER DE 5 EJES Tipo T2S3.


Peso máximo eje trasero = 11 Ton.= 24,250.85 lb, luego, interpolando de la Tabla 3.3. Factores de Equivalencia de carga, encontramos el Factor de carga = 3.1630…….………….(2)

Peso máximo eje posterior = 25 Ton.= 55,115.56 lb, luego, interpolando de la Tabla 3.3. Factores de Equivalencia de carga, encontramos el Factor de carga = 1.7994……………….(3)

Sumando (1)+(2)+(3) = 5.506

SEMI TRAILER T3S2

Nº DE SEMI TRAILER DE 4 EJES Tipo T3S2:


Peso máximo eje trasero = 18 Ton.= 39,683.21 lb, luego, interpolando de la Tabla 3.3. Factores de Equivalencia de carga, encontramos el Factor de carga = 2.0198……… ….(2)



Peso máximo eje posterior = 18 Ton.= 39,683.21 lb, luego, interpolando de la Tabla 3.3. Factores de Equivalencia de carga, encontramos el Factor de carga = 2.0198……………….(3)

Sumando (1)+(2)+(3) = 4.5832

Aplicando la fórmula para determinar ESAL en cada tramo tenemos:

1. TRAMO I: DESDE EL KM 00+000 (CHUPACA) HASTA EL KM 03+480.58 (SICAYA):

CAMION C2

Nº DE CAMION DE 2 EJES Tipo C2: 2 unidades; 5.64 %

CAMION C3

Nº DE CAMION DE 3 EJES Tipo C3. 2 unidades; 6.13 %

CAMION C4

Nº DE CAMION DE 4 EJES Tipo C4. 2 unidades; 4.38 %

SEMI TRAILER T2S3

Nº DE SEMI TRAILER DE 5 EJES Tipo T2S3: 1 unidad. 2.18 %



3.02.07. N° REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES SENCILLO DE 18,000LB (8.2 TON).

Para el presente proyecto realizaremos el cálculo del Número de Repeticiones de Ejes Equivalentes de 8.2 t, se usará las siguientes expresiones por tipo de vehículos pesado, el resultado final será la sumatoria de los tipos de vehículos pesados considerados:

Donde:

W18 = Tránsito acumulado en el primer año, en ejes equivalentes sencillos de 8.2 ton, en el carril de diseño.

DD = Factor de distribución direccional; se recomienda 50% para la mayoría de las carreteras, pudiendo variar de 0.3 a 0.7, dependiendo de en qué dirección va el tránsito con mayor porcentaje de vehículos pesados.

. = Ejes equivalentes acumulados en ambas direcciones. (ESAL)

DL = Factor de distribución por carril, cuando se tengan dos o más carriles por sentido. Se recomiendan los siguientes valores:

Tabla 4.1. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL.

El Factor de distribución por carril será de 100 %===================================================================================================================================DISEÑO DE ESRUCTURA DE PAVIMENTO


SOLUCION:


3.02.08. CBR DE DISEÑO.

Para calcular el CBR de diseño, los resultados de los CBRs determinados en el laboratorio, fueron procesados mediante métodos estadísticos que permitieron seleccionar la Relación Californiana de soporte adecuada.

El criterio más difundido para la determinación del Valor de Resistencia es el propuesto por el Instituto del Asfalto el cual recomienda tomar un valor total, que el 60, el 75 o el 87.5 % de los valores individuales sea igual o mayor que él, de acuerdo con el tránsito que se espera circule sobre el pavimento como se muestra en la tabla siguiente:

LIMITES PARA SELECCIÓN DE RESISTENCIA

Numero de Ejes

Equivalentes de 8.2 Ton

En el carril de diseño

Percentil a seleccionar

Para hallar la Resistencia

<10000 60

10000 a 1000000 75

>1000000 87.5

Del estudio de suelos se tiene el siguiente cuadro, con el CBR referido al 95% de la Máxima Densidad Seca y a una penetración de 1”. Para cada tramo:

TRAMO I: DESDE EL KM 00+000 (CHUPACA - SICAYA):



El CBR de diseño es de 18.70 %.

3.02.09. MÓDULO DE RESILIENCIA DE LA SUB RASANTE.

La base para la caracterización de los materiales de la subrasante en el Método AASHTO, es el módulo de resiliencia o elástico. Este módulo se determina con un equipo especial que no es de fácil adquisición por lo que ha establecido correlaciones para determinarlo a partir de otros ensayos.

Para correlacionar el valor de CBR con el módulo de resiliencia (Mr), se han empleado las ecuaciones de correlación presentadas en el 8vo Congreso Iberoamericano de Asfalto celebrado en Santa Cruz de la Sierra Bolivia, en 1995 y



que se adaptan a las fórmulas AASHTO en base a experiencias en Latinoamérica. Las ecuaciones son las siguientes:

Para Suelos Finos:

Mr = 1500 x CBR para CBR < 10.00 %

Mr = 1000 + 555 x CBR para CBR > 10 %

Para nuestro proyecto utilizares la expresión:

Mr = 1500 x CBR para CBR < 10.00 %


3.02.10. CALCULO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

METODO AASHTO1.02.10.01 CÁLCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURAL TOTAL

REQUERIDO

Para el cálculo del Número Estructural Total (SN), el cual debe satisfacer la estructura del pavimento, el método proporciona la siguiente expresión:



….(1)

Donde,

Además:

W18 : Número Total de Ejes Equivalentes, para el período de diseño.

pi : Serviciabilidad inicial.

pt : Serviciabilidad final.

MR : Módulo de Resiliencia de la subrasante.

Zr : Desviación Standard Normal

So : Desviación Standard Total

SN : Número estructural, indicativo del espesor total del pavimento.

1.02.10.02 ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO

Para la estructuración de un pavimento, el método proporciona la siguiente expresión:

SNT = a1 D1 + a2m2 D2 + a3m3 D3 (2)

Donde:

SNT : Número Estructural Total requerido.

a1, a2, a3 : Coeficientes estructurales de los materiales.

m2, m3 : Coeficiente de drenaje de materiales granulares.

D1, D2, D3 : Espesores asumidos de las capas.

Después de obtener el Número Estructural Total (SNT) requerido, el cual debe satisfacer la estructura total del pavimento, el dimensionamiento se reduce a un problema de tipo aritmético, ya que, a1, a2 ,a3, m2 y m3, son valores conocidos. D1, D2 y D3 son valores asumidos de tal manera que,



efectuadas las operaciones indicadas en la expresión (2), se debe cumplir con la igualdad.

PARAMETROS DE DISEÑO


- Período de diseño : 20 años- W18 : 3.7414981 x 10^5- ESAL : 7.4829962 x 10^5 - MR : 28050- Nivel de Confiabilidad (R) : 85 % - Standard Normal Deviate (ZR) : -1.037- Standard Deviation (So) : 0.45- Serviciabilidad inicial (pi) : 4.2- Serviciabilidad final (pt) : 2.0

- : 2.2

APLICACIÓN DEL METODO DE DISEÑO AASHTO

Para determinar el Número estructural, indicativo del espesor total del pavimento se puede despejar SN usando un programa de cómputo, o el monograma de la figura 4.1

En el presente proyecto utilizaremos el monograma de la figura 4.1 siguiendo los siguientes pasos:

Paso 1.- Trazar una línea que una el nivel de confiabilidad de 85 % con la desviación estándar general So de 0.45, y prolongar esta línea hasta cruzar la primera línea TL en el punto A.

Paso 2. Trazar una línea que una el punto A con la W18, y prolongarla hasta cruzar la segunda línea TL en el punto B.

Paso 3. Trazar una línea que una al punto B con el módulo de resiliencia (Mr), del afirmado, y prolongarla hasta cruzar la grafica de pérdida de durabilidad de diseño en el punto C.

Paso 4. Trazar una recta horizontal desde el punto C hasta cruzar la curva de pérdida de índice de mantenimiento de diseño ( = 4.2 – 2.0) = 2.2

Paso 5. Trazar una recta vertical hasta cruzar el SN de diseño, y determinar este valor SN; siendo este para cada tramo:

1. TRAMO I: DESDE EL KM 00+000 (CHUPACA - SICAYA):

SN= 1.65

Paso 6. Determinar el coeficiente estructural de capa adecuado para cada material de construcción.



a).- Coeficientes estructurales de capa de concreto asfáltico.

Para un valor del módulo de resilencia del cemento asfáltico a 68 ºF = 450, 000 lb/pulg2. Se aplicara el grafico siguiente:

Figura 4.2 variación de los coeficientes estructurales de capa de concreto asfáltico de gradación densa, con base en el módulo de elasticidad (de resiliencia).

De acuerdo a la figura se determina que:

a1 = 0.44/pulg

Mr = 450 000 lb/pulg2 = 450 ksi



b).- Variación de los coeficientes de capa a2 , en bases granulares,

Para un CBR del material de la capa Base = 100 %.

La variación de los coeficientes de capa a2 , en bases granulares, se determinara utilizando las figura 4.3

De acuerdo a la figura se obtiene:

a2 = 0.139 /pulg

Mr = 30 500 lb/pulg2 = 30.5 ksi



c).- Variación de los coeficientes de capa a3 , en sub bases granulares,

Para un CBR del material de la capa sub Base = 40%. Min.

La variación de los coeficientes de capa a3 , en bases granulares, se determinara utilizando las figura 4.4

De acuerdo a la figura se obtiene:

a3 = 0.122 /pul

Mr = 17 950 lb/pulg2 = 17.95 ksi

Paso 7. Determinar el coeficiente adecuado de drenaje mi . Ya que se da un solo conjunto de condiciones para las capas de base y sub base, se usará el mismo valor para m1 y m2. El tiempo que requiere el agua para drenarse del interior del pavimento = 1 día, y de acuerdo a la tabla 4.4, capacidad del drenaje para remover la humedad es buena. De la tabla 4.5 El porcentaje del tiempo durante el cual la estructura del pavimento estará



expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación = 25, y de acuerdo con la tabla 4.5, mi = 1.0

Paso 8. Determinar los espesores adecuados de capa, con la ecuación:

SNT = a1 D1 + a2m2 D2 + a3m3 D3 (2)

Se tienen los siguientes valores para cada tramo:


Siguiendo la recomendación de AASHTO, se tiene que una estructura de pavimento es un sistema estratificado, la determinación de los distintos espesores se debería hacer como se indica en la figura 4.8.

Primero se determina el SN requeridos sobre las capas de base y sub base, usando la resistencia correspondiente de cada capa. El espesor mínimo admisible de cada capa se puede determinar entonces usando las diferencias de los SN calculado, como se indica en la figura 4.8



Utilizando los valores adecuados de Mr en la figura 4.1 Gráfica de diseño para estructuras de pavimento flexible, se obtienen para cada tramo:


Para un:

Mr para la capa de la base = 30 500 lb/pulg2.

Al utilizar la figura 4.1, se obtiene que: SN1 = 1.73

Para un:

Mr para la capa de la sub base = 17 950 lb/pulg2

Al utilizar la figura 4.1 , se obtiene que. SN2 = 2.10

Reemplazando en las formulas se tiene que la estructura del pavimento propuesto será de:



CONCLUSIONES.

- Carpeta asfáltica de 0.59” de espesor

- Base granular de 6” de espesor.

- Sub base granular de 6” de espesor.


diseÑo del pavimento

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