diseÑo estructural de un pavimento rigido en pimentel

7/31/2019 DISEO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO RIGIDO EN PIMENTEL

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DISEO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO

RIGIDO EN PIMENTEL

1. INTRODUCCION

El diseo de mezcla es uno de los puntos ms importantes del diseo de una

estructura en un proyecto y vara respecto a su caracterstica e importancia.

A continuacin se mostrara los puntos ms importantes para tal fin, en la que se

desarrollara de forma sistemtica. Tambin se mostrar un estudio preliminar en la

que se tendr que aproximar los criterios y el diseo a un entorno casi real.

A esto se adjuntara diagramas, grficos y planos relacionados al informe en la que

ser de gran ayuda para complementar dicha informacin.

Al final de esto se tendr una idea en la importancia que tiene el diseo de mezcla

para el diseo de una estructura, complementando con lo expuesto anteriormente se

realizara estudios obligatorios que permitan recolectar ms informacin y as detallarla

y alcanzar el grado de importancia que se merece.


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2. ANTECEDENTES

2.1. UBICACIN DE OBRA

El proyecto a realizar se localiza en el departamento de Lambayeque, provincia de

Chiclayo y distrito de Pimentel.

La ubicacin especfica se localiza en un tramo que conecta las carreteras de Juan

Velasco y el desvo de Pimentel conocida como Los laureles.

Entre los elementos o accesos importantes colindantes al proyecto tenemos:

Posta mdica de Pimentel

Colegio Santa Rosa de Lima.

Av. 3 de Octubre

Av. Chiclayo

Av. Francisco Bolognesi.

Carretera Juan Velazco

Carretera desvo Pimentel.


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2.2. UBICACIN DE CANTERAS

Est ubicada en el distrito de Mesones Muro, provincia de Ferreafe, departamento de

Lambayeque aproximadamente a 18km de Tucume en direccin sureste.

De esta cantera se extraen ridos y agregados para construcciones civiles de

Chiclayo. En esta cantera se encuentran gran variedad de rocas: granitos, granitos

intemperizados, granodioritas, gabros, andesitas, dacitas y muchos tipos de cuarcitas

(como la cuarcita pura y la sacarosa), que son piedras metamrficas.


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Esta cantera basa su produccin en material aluvial fluvial, es decir, materiales de

fondo de rio, trados por el rio Loco de Ferreafe. Los volmenes de reserva son de

1000 000 000 m3. Estos materiales, acumulados en grandes cantidades, son sacados

con maquinaria pesada, como cargadores frontales o tractores oruga, para seguir el

proceso del tamizado, en el tamiz Hechizo.

Generalmente el material tamizado, es acumulado y est compuesto por grava,

gravilla, arena fina, arena gruesa y aproximadamente 6% de arcilla este material sirve

de base para la construccin de carreteras ya que permite trabajar con una

compactacin al 100%, este material es de excelente calidad para la construccin de

pistas y veredas, especialmente carreteras.

En el proceso de tamizado son separados tambin la arena gruesa, grava y gravilla de

a y sobre todo lo que ms produce esta cantera es piedra cascote que es muy

utilizada para combatir el salitre. Estas piedras son trasladadas por volquetes hacia la

chancadora de piedra que se sita entre Ferreafe y Picsi, la cual produce

aproximadamente 300-400 m3 de piedra de y .


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DESCRIPCIN DE LA CANTERA TRES TOMAS

De los estudios realizados se describe a la cantera tres tomas con las siguientes

caractersticas:

Suelos identificados en el sistema AASHTO, como A - 1- a (0), gravas limosas,

mezcla de gravas, arena y limo de baja plasticidad.Uso : Base, Sub Base y Piedra para Concreto

Ubicacin : Tres Tomas, rea: 21,347.98 m2.

Potencia til : 45,472.08m3

Rendimiento para Base : 77.30 %

Rendimiento para Sub Bases: 77.30%

Rendimiento para Relleno : 100 %

Rendimiento Para Concreto: 51 %

Granulometra : Uniforme

Acceso : Tiene

Clasificacin SUCS : GW GM

Lmite Lquido : 22.46

Lmite Plstico : 19.99

ndice Plstico : 3.24

Mxima Densidad : 2.20 gr/cm3

Humedad Optima : 7.17%

Abrasin : 19.65%


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3. INFORMACION DISPONIBLE

Como en este informe vamos a aproximar el diseo de una estructura es evidente que

tendremos que ignorar algunos conceptos de diseo como tenemos a continuacin:

Elementos que conforman el alineamiento horizontal: curvas, radios.

Elementos que conforman el alineamiento vertical: curvas, pendientes.

Algunos elementos de la seccin: Peralte.

Entre los puntos y criterios ms importantes para poder llevar a cabo este diseo son:

3.1. DEMANDA DE TRAFICO VEHICULAR

Segn un estudio realizado en la zona, correspondiente al proyecto Estudio definitivo,Mejoramiento de la carretera San Jos-Pimentel, se puede determinar una demanda

aproximada de la zona.

En la siguiente tabla se tienen las caractersticas fundamentales para el diseo de la

va:

3.2. ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL DISEO

A continuacin mencionaremos los elementos bsicos que conforman el diseo de la

carretera y estn relacionados con respectos de parmetros o variables fundamentales

como son: demanda de trfico, condiciones del suelo, clima y orografa.

Segn su funcin Red Vial Terciaria o Local

Segn la demanda 3ra. Clase (IMDA < a 400 veh/dia).

Segn condicionesorogrficas Tipos 1.


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3.2.1. PENDIENTE TRANSVERSAL DE LA CALZADA

El bombeo de la calzada es la inclinacin de la seccin de diseo correspondiente,

que segn las normas para este tipo de proyecto representara 2%.


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3.2.4. CAPA ESPECIAL

La implementacin de una capa anticontaminante debido a que la zona provista de

suelo con altos ndices de sulfato a si lo dispone. Presenta una espesor de 10cm

tambien a esta se incorpora aditivos antisulfatos muy necesarios para su resistencia.

3.2.5. CARPETA DE CONCRETO SIMPLE (PAVIMENTO)

Como ya se haba explicado con anterioridad, esta capa tiene un espesor de 15cm,

elaborado con concreto simple varillado en la que en su superficie representa el nivel

de la rasante. La resistencia apropiada para este concreto es de 650psi.

Para lo mostrado anteriormente, relacionado a las capas que conforman el diseo

deben cumplir ciertos criterios mnimos que a continuacin se presentan:


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De igual manera se tienen ciertos criterios mnimos que rigen la seleccin del material

granular, tanto fino como grueso:

3.2.6. DISEO DE JUNTAS

Segn el espesor de nuestro pavimento (e=15cm) el espaciamiento aproximado seria

de 4m (longitudinal). Para esto se sabe que el ancho de nuestra calzada es de 7m y

una longitud de 400mts con un espesor de 1

El motivo de las juntas es la distribucin correcta de las cargas generadas por los

vehculos sobre la superficie del pavimento y otros efectos como dilatacin.


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3.3. PROCESO CONSTRUCTIVO

La construccin de pavimentos de concreto de cemento portland est marcada por el

uso de un gran nmero de maquinas de diseo especial, cada una de las cualescumple una funcin especfica en el proceso de construccin. Una vez que se inician

las operaciones de pavimentacin, se siguen los diferentes pasos del procedimiento

de construccin, es una serie continua de operaciones separadas que se planean y

coordinan, de suerte que la construccin sigue su curso con una mnima perdida de

tipo y esfuerzo. Cada uno de los pasos se puede efectuar por separado con mucho

cuidado y precisin en forma tal, que el pavimento terminado cumpla con precisin con

las normas de resistencia estructural y tersura que se especifican. Los mtodos

precisos y las maquinas utilizadas en el proceso de construccin varan tan poco de un

trabajo a otro, y no se har el intento de analizar aqu todas las posibles variaciones en

los mtodos y procedimientos de trabajo.

Sin embargo, la siguiente es la secuencia de las etapas en un proyecto tpico:

Preparacin y acabado de la sub-rasante.

Preparacin de la capa anticontaminante

Preparacin de la capa sub-base

Instalacin de encofrado


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Instalacin de juntas.

Dosificacin de agregados y cemento.

Mezclado y colocacin del concreto.

Extendido y acabado del concreto.

Curado del concreto.

Mantenimiento y puesta en obra del proyecto.

PREPARACIN Y ACABADO DE LA SUB-RASANTE

Es la primera fase para el diseo y una de las ms importantes, ya que esta recibe las

otras capas de la va, para su diseo primero se debe realizar las explanaciones

necesarias, por medio de maquinarias entre la que tenemos compactadoras, rodillos.

El material compactado puede ser de tipo natural si es el caso que se encuentre enbuenas condiciones de calidad, de lo contrario se debe comprar, luego se compacta a

un espesor de 25cm, para lo cual se tiene el terreno nivelado y listo para recibir las

otras capas. El tamao mximo en esta capa depender de las condiciones, pero se

tendr que limitar a un dimetro de 3/4. Presenta una compactacin del 95% de su

densidad seca.


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PREPARACIN DE LA CAPA ANTICONTAMINANTE

Es una capa preparada para proteger las capas superiores del agresivo efecto que

genera la zona, como es el caso de nuestro proyecto que presenta un suelo concantidades considerables de sulfatos en la que permiten alterar gradualmente el

diseo.

Es necesaria la adicin de esta capa cuando e suelo asa lo disponga, su composicin

requiere de material granular fino y grueso con una aplicacin de aditivos anti-sulfatos

donde el espesor corresponde al orden de los 10cm.

PREPARACIN DE LA CAPA SUB-BASE

Esta capa es una de las ms importantes que ya recibe indirectamente las cargas que

producen los vehculos a la superficie de rodadura, est compuesta de material

granular grueso (grava) y estabilizado con cemento para mejorar su resistencia,

compactado al 100% con un CBR40%.

Para su diseo se debe considerar una pendiente que permita la evacuacin del agua

de preferencia un 2%. Se utilizan para ello tambin camiones especializados para el

esparcimiento del material y niveladoras para su superficie.

INSTALACIN DE ENCOFRADO

En esta fase se prepara el encofrado de madera para albergar el concreto fresco

teniendo en cuenta que el mtodo para ello es el confinamiento modular (2 por

seccin). Debe estar bien instalado y ajustado para que no se permita el escurrimiento

y esto se permite por medio de tornillos en las caras del encofrado.

El encofrado debe encontrarse en buenas condiciones para que no ocurra problemas

en el vaciado.

INSTALACIN DE JUNTAS

Las juntas son espacios comprendidos entre mdulos del encofrado y estn

restringiendo el contacto entre paneles de concreto, estos espacios presentan una

profundidad de 5cm y un ancho de 2.5 cm su longitud depende de las secciones en

las que se encuentran (5m longitudinal y 3.5m transversal)

El momento del vaciado quedaran definidos estos espacios listos para ser rellenadospor medio de selladores (frio o caliente)


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Su funcin es la de amortiguar los efectos generados por la dilatacin del concreto y

deformaciones producidas por las cargas de los vehculos.

DOSIFICACIN DE AGREGADOS Y CEMENTO

En esta fase esta designada para el diseo del concreto en la que se necesita conocer

con anticipacin el diseo de mezcla, relacin en la que intervine la cantidad de

cemento (Portland tipo V), el agregado grueso, agregado fino y agua.

Todos estos componentes para el concreto deben estar bien definidos de la manera

ms exacta posible ya que cualquier variacin pequea cambiaria las caractersticas

que presenta el concreto (trabajabilidad, resistencia, etc.)

MEZCLADO Y COLOCACIN DEL CONCRETO.

Un vez que se tiene el diseo de mezcla apropiado se realizan las comprobaciones

para saber el lmite de resistencia de las probetas o testigos de concreto (1er ensayo a

los 7 das y luego el segundo a los 28 das).

Un vez que se tiene la mezcla se realiza las comprobaciones necesarias en obra por

medio del nivel de revenimiento, asentamiento o Slump (3-4) est lista para el

vaciado.


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EXTENDIDO Y ACABADO DEL CONCRETO.

Teniendo ya la mezcla diseada en obra se comienza a verter el contenido de los

baldes a los mdulos, separados por el encofrado se varilla bien la mezcla y se

comienza a nivelar el contenido creando una superficie lisa sin ninguna deformacin

aparente, se realiza lo mismo para todos los mdulos teniendo en cuenta la

separacin entre las juntas.


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CURADO DEL CONCRETO

Llega el momento ms importante en la que consiste en verter agua sobre la superficie

de concreto supuestamente ya endurecida con el motivo de que el concreto alcance su

resistencia optima, evitar el quiebre o fisuracin debido a factores climticos y, para

ello el concreto debe estar expuesto a la humedad constante por medio de pequeos

montculos de de arena alrededor de la superficie del concreto llamados arroceras

pero teniendo mucho cuidado en su control. El tiempo mnimo de curado es de 7 das

ya que si no se considera esto puede haber problemas relacionados a su resistencia.


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MANTENIMIENTO Y PUESTA EN OBRA DEL PROYECTO.

Esta es la fase final en la que se va a sacar provecho al proyecto y tambin en la que

se va poner en evaluacin la durabilidad del mismo (Horizonte de evaluacin

aproximado de 20 aos).

Los mantenimientos necesarios para este tipo de obra estn relacionados a

mantenimientos peridicos ya que la inversin del proyecto no amerita realizar estos

tipos de actividades.


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4.1. DESCRIPCION DE LAS CONDICIONES DE USO YMEDIOAMBIENTALES DE LA ESTRUCTURA

4.1. ASPECTOS CLIMATOLOGICOS

4.1.1. CLIMA

En condiciones normales, las escasas precipitaciones condicionan el carcter

semidesrtico y desrtico de la angosta franja costera, por ello el clima de la zona se

puede clasificar como desrtico subtropical arido, influenciado directamente por la

corriente fra marina de Humbolt, que acta como elemento regulador de los

fenmenos meteorolgicos.

La temperatura en verano flucta Segn datos de la Estacin Reque entre 25.59C ,

siendo la temperatura mxima anual de 28.27 C. ; la temperatura mnima anual de

15.37C, en el mes de Setiembre , con la influencia de las dems estaciones y con

una temperatura media anual de 21C

4.1.2. HUMEDAD

La humedad atmosfrica relativa en el departamento de Lambayeque es alta, con unpromedio anual de 82%; promedio mnimo de 61% y mximo de 85%.

4.2. ASPECTOS MORFOLOGICOS E HIDROLOGICOS

4.2.1. TOPOGRAFIA

La topografa es plana en el casco urbano. Colinda con el Ocano Pacfico. Tiene

pendiente baja que va desde la playa hasta la zona urbana, con ligera pendiente. En la

parte sur tiene elevaciones de mayor envergadura. En la parte Norte el terreno es

cruzado por el Dren que lleva las aguas servidas de la ciudad hasta el mar. A partir de

la zona del casco urbano la pendiente se mantiene estable hasta la zona este que

conecta con la carretera Chiclayo-Pimentel.


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4.2.2. GEOLOGIA

Dentro del origen de los suelos debe notarse que su formacin ha ocurrido a travs de

las eras geolgicas tal como seguira ocurriendo, ejerciendo influencia decisiva en el

orden de sucesin en la forma y en la continuidad de los estratos del suelo. Hablar de

la geologa del distrito de San Jos, es referirnos directamente a la geomorfologa del

Valle Chancay La Leche, que segn las investigaciones realizadas en esta zona

norte del pas, se supone que la faja costera del Dpto. de Lambayeque que es donde

se sita la localidad en estudio, en pocas remotas (millones de aos) haya sido un

fondo marino de aguas poco profundas y que debido a las continuas avenidas de los

Ros La Leche y Reque hayan rellenado esta parte del Ocano Pacfico, cabe

mencionar el aporte en este relleno, de los vientos imperante en la regin, en cuanto a

materiales finos, con lo que se forma de esta manera una amplia zona desrtica, queposteriormente fue domada por los primeros pobladores que llegaron a este valle

4.2.3. HIDROLOGIA

Pimentel se encuentra dentro de la Cuenca del Chancay Lambayeque, en zona

colindante con el Ocano Pacfico, en su rea de estudio antes se tena la estacin

Climatolgica ordinaria de Pimentel; pero esta ha sido clausurada a partir del ao

1985; se adjunta la informacin comprendida entre los aos 1969 a 1983 a nivel de

precipitacin total mensual y temperatura media mensual.. Ante ello se har uso de la

informacin que se dispone de lugares aledaos y que estn bajo la responsabilidad

del Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI).

Se han identificado 20 estaciones meteorolgicas en la cuenca Chancay-Lambayeque

de las cuales 12 funcionan y 8 estn desactivadas.

No obstante se est incluyendo la informacin de la estacin de Reque, actualmente

operativa dado que se considera representativa en la zona costera del departamento

de Lambayeque.

En lo relacionado a las precipitaciones, en condiciones normales estas son escasas a

nulas; en eventos extraordinarios presentados en los aos 1972, 1983 y 1998, han

sobrepasado las expectativas y causado problemas tanto a la ciudad como a los

sectores aledaos a Pimentel. Los periodos lluviosos son los meses de verano; Enero

,febrero y Marzo. En Febrero de 1998 segn los registros del Senami para la estacin

Reque, lleg a un mximo de 112 mm de precipitacin mxima en 24 horas; vercuadro P-MAX24H, que se adjunta; tambin se incluye la lmina P-PROM, que


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representa la precipitacin media anual en mm, donde se han tenido en cuenta como

mnimo 15 estaciones, entre ellas Cueva Blanca, Pucar, El Limn, Porculla; Olmos,

Tocmoche, Puchaca, Jayanca, Chongoyape, Oyotn, Cayalt, Sipan, Ferreafe,

Chiclayo y Reque. En la que se presenta el valor de la precipitacin promedio anual en

la magnitud de 10 mm, para la localidad de Pimentel.

4.2.4. RECURSOS HIDRICOS

En Pimentel no se tiene cause de ro alguno del cual pueda aprovecharse el recurso

hdrico, pero se tiene presencia de agua del sub suelo (agua subterrnea), que, Segn

los estudios de estas elaborado por el INRENA en 1999, en los Distritos de San Jos,

Monsef, Eten, Santa Rosa y Pimental, concluyen que el ascenso de la napa freticaes de 0.61m en promedio y un descenso de la misma de 1.04m en promedio; estando

la variacin del nivel fretico relacionado por el tipo de cultivo que se da en la mayor

parte del valle ( Arroz y caa de azcar).

4.3. ATAQUES AGRESIVOS-NATURALES A LA ESTRUCTURA

En esta seccin se aborda los temas relacionados a los agentes externos y naturales

que perjudican el desarrollo de este tipo de proyecto, en la mayora de los casos

generan un deterioro, erosin de los componentes que lo conforman.

El deterioro o erosin ocurre de forma gradual o secuencial en las bases que

conforman la estructura como tenemos: sub-rasante, sub-base Yal final terminan

afectando la carpeta de concreto.

Como es explico anteriormente la zona de Pimentel presenta unas caractersticasdesfavorables en la construccin debido a problemas referidos a:

Problemas relacionados al suelo: sulfatos, expansibilidad del suelo.

Problemas relacionados a olejes: Tsunamis.

Problemas relacionados a precipitaciones.


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En esta imagen se muestra los peligros relacionados a tsunamis, que como ya se sabe

afectarian considerablemente a la estructura Segn este mapa el proyecto se

encuentra en una zona protegida a estos efectos ya que queda en una zona blanca .


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Esta otra foto muestra los peligros relacionados con las precipitaciones en la que la

estructura se debilitara por una constante accin del agua de lluvia que erosionara

las taludes de de esta estructura y de la misma carpeta de de rodadura.

Como se puede observar el proyecto a disear se sita en la zona verde que

correspondera a una inundacin baja.


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En esta imagen se muestra los peligros relacionados a suelos licuables y expansibles,

este es uno de los problemas ms destacados que los anteriores ya que a diferencia

de los anteriores este es un problema constante caracterstico de los suelos que

presenta. En la estructura genera problemas relacionados a deformaciones de taludes,

erosiones de plataforma y desplomes debido a la reaccin desfavorable que genera.

Segn este mapa el proyecto se ejecutara en una zona de baja expansibilidad

asociado a suelos de tipo: SM, SC, ML, SP-SM, CL.


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Segn lo expuesto se podr notar que no se tomo el caso de alteraciones debido a

sulfatos y esto es que estas sustancia dainas para la estructura se encuentran

presentes en casi toda la zona de Pimentel debido a las brizas salinas y su efecto que

genera es de erosin del concreto, contaminacin de bases y corrosin de los

refuerzos de acero como son las varillas de amarre.

4.4. CARACTERISTICAS DEL CONCRETO

El concreto presenta sus caractersticas particulares debido a su diseo de mezcla y

posteriormente los procesos como curado que permiten estabilizarlos.

Entre las caractersticas ms importantes tenemos:

4.5. ALTERACIONES FISICAS DE LA ESTRUCTURA:DEFORMACIONES Y DETERIOROS

Las mayores alteraciones en la que la estructura debe someterse se deben a los

efectos naturales y los producidos por el trfico por lo que se tiene uno la idea de que

existirn deformaciones y deterioros debido a esa causa.

Segn la intensidad y el poco empleo de actividades de mantenimiento estn van

incrementando de forma que se presentan patologas ya estudiadas por especialistas.

Aqu mencionaremos los ms importas:


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4.6. SISTEMA DE COLOCACION DEL CONCRETO

Como ya se mencion anticipadamente en el proceso constructivo, la colocacin delconcreto se realizaba en encofrados y se aplicaba un vaciado modular. El vaciado

modular es aquel vertido de concreto en un confinamiento por paneles hechos de

madera (encofrado) en la que se va realizando el pavimento de forma secuencial hasta

terminar todo el proyecto.

Las medidas de cada modulo son de 3.5x5m2 por lo que se deben realizar 160

mdulos.

4.7. ACABADO FINAL DEL CONCRETO

Como se trata de un pavimento rgido no es necesario dar un acabado especial, solo

basta con nivelar finamente la textura de la superficie del pavimento y esto se realiza

mediante una regla de alisado (madera o metal) en la que se da varias pasadas hasta

que la superficie quede homognea.


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5. ANALISIS DEL PROBLEMA

La calle de Los Laureles de la ciudad de Pimentel presenta una franja de terreno

(camino) no acondicionada para el trnsito de vehculos y ello genera los siguientesimpactos negativos en el desarrollo de la zona:

Problemas con el trnsito vehicular.

Daos de vehculos generados al ingresar por esta zona.

Problemas de accesibilidad.

6. CONCLUSIONES

Segn lo expuesto se puede concluir con los siguientes criterios:

El concreto diseado es capaz de resistir un trfico de una va local incluyendo

caractersticas desfavorables de la zona.

Las caractersticas de los paos realizados son: 0.15m de espesor, 3.5m de ancho

y 5m de largo.

Se est trabajando con un concreto de resistencia fc= 210kg/cm 2 debido a las

condiciones de la zona (sulfatos).

Las caractersticas de la seccin tpica de la va a disear son: 0.1m de espesor

para la capa anticontaminante, 0.25m de espesor para la sub-base y 0.15m deespesor para la carpeta de concreto.

La adicin de una capa especial (anticontaminante) permite mejorar las

condiciones salinas y mejora su cimientos.

Se ha calculado otros valores adicionales al diseo como son dimensiones de

juntas: transversales: 2.5cm de ancho, 5cm de espesor y 3.5m de longitud. Juntas

longitudinales: 2.5cm de ancho, 5cm de espesor y 5m.


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7. PLAN DE ACTUACION

7.1. ENSAYOS DE SUELO

Para el caso de pavimentos se emplean los siguientes ensayos de EMS en la

siguiente tabla:


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7.2. ENSAYOS DE AGREGADO

7.3. ENSAYOS DE CONCRETO

4. ANEXOS


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